大学经典卫星气象学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 气象卫星遥感大气基本,原理和资料产品,电磁波谱,1,太阳、地球-大气系统辐射及其在大气中传输特性,2,卫星云图观测原理,3,气象卫星的定量产品简介,4,第一节,电磁波谱,电磁波谱包括宇宙射线、太阳辐射、热辐射、无线电波等。,电磁波段的划分,电子跃迁,可见光,宇宙射线,r,射线,紫外线,X 射 线,可,见,光,红,外,线,亚毫米波,毫米波,厘米波,分米波,微 波,超短波,短,波,中,波,长,波,无 线 电 波,迟缓电振荡,光 谱 区,1nm 1,m,1cm 1m,波 长,3,10,22,3,10,20,3,10,18,3,10,16,3,10,14,3,10,12,3,10,10,3,10,8,3,10,6,3,10,4,3,10,2,频 率(Hz),近 红 外,中红外,远 红 外,1.5 15 750,m,紫 蓝 青 绿 黄 橙 红,0.40 0.43 0.45 0.50 0.57 0.60 0.63 0.76微米,分子振动转动,电 离,电磁振荡,太阳,辐射,地球大气,辐射,产 生,机 制,紫,蓝,青,绿,黄,橙,红,r 射线： 波长10,-11,10,-4,nm，生成：放射性元素蜕变，特征：几,兆电子伏特。,x 射线： 波长10,-5,0.0045,m，生成：原子内部的电子从激发态,恢复到稳态，特征：波长短，频率高能穿透密度很大的,物质。,紫外线：波长10,-5,0.35,m，生成：原子和分子内部的电子状态,改变，特征：频率较高，各种物质对短的紫外线有吸收。,可见光：波长0.35,0.76,m，生成：原子内部的电子状态，特征：,对人眼有特殊的刺激。,红外线：波长0.76,1000,m，生成：分子、原子的振动转动，特,征：与温度有关。,微 波：波长1mm,30cm。,生成：分子转动。,大于30厘米的波称,无线电波。,r射线治脑瘤,医用X线机,临床上常用的,x,线检查方法有,透视,和摄片两种。,x,线检查是临床辅助诊断方法之一。,工业中用来探伤。长期受,X,射线辐射对人体有伤害 。,X,射线可激发荧光、使气体,电离,、使感光乳胶感光，故,X,射线可用于电离计、,闪烁计数器,和感光乳胶片等检测。晶体的,点阵,结构对,X,射线可产生显著的衍射作用，,X,射线衍射法,已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。,r射线爆炸,紫外线(ultraviolet ray),紫外线有化学作用能使照相底片感光，荧光作用强，日光灯、各种荧光灯和农业上用来诱杀害虫的黑光灯都是用紫外线激发荧光物质发光的; 还可以防伪;紫外线还有生理作用，能杀菌、消毒、治疗皮肤病和软骨病等;紫外线的粒子性较强，能使各种金属产生光电效应。,分类：近紫外线UVA，远紫外线UVB和超短紫外线UVC。 UVB的照射造成人体皮肤伤害；UVA紫外线会使皮肤晒黑。,红外线辐射治疗仪,红外线（infrared rays）,生活中高温杀菌，红外线夜视仪，监控设备，手机的红外口，宾馆的房门卡，汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应，饭店门前的感应门。,所有高于绝对零度（-273.15）的物质都可以产生红外线。,医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。,可见光辐射：是绿色植物进行光合作用所必须的和有效的太阳辐射能,占总辐射,45,50,。,可见光云图,:,图像的黑白程度是表示地面和云面的反照率大小，白色表示反照率大，黑色表示反照率小。,可见光遥感,:,传统航空摄影侦察和航空摄影测绘中最常用的，可得到具有很高地面分辨率和判读与地图制图性能的黑白全色或彩色影像。,可见光通信技术：做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。,微波：,基本性质通常呈现为,穿透、反射、吸收,三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。,可见光卫星云图,：,可见光卫星云图利用云顶反射太阳光的原理制成，,比较厚的云层反射能力强，会显示出亮白色,，,云层较薄则显示暗灰色,。,选用波段,：,在可见光波段，静止卫星采用波段为,0.52-0.75m.,红外线卫星云图,：,利用卫星上红外线仪器，来测量云层温度。,温度低的云层会以亮白色来显示,，即此处的云层较高，,暗灰色的部分则代表云层高度较低,。,选用波段,：,10.5-12.5m,的红外波段。,气象卫星云图选用的电磁波段,水汽图,：卫星接收到的辐射决定于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；水汽含量越少，大气低层的辐射越可以透过水汽到达卫星，则卫星接收的辐射越大。,在水汽图上，色调越白，辐射越小，水汽越多；否则越少。,选用波段：,以,6-7m,水汽吸收谱段接收大气中水汽发射的辐射，并以图象表示便得到水汽图。在这一波段，水汽一面接收来自下面的辐射，又以自身较低的温度发射红外辐射。,在气象卫星遥感测量中，主要采用,可见光、红外和微波波段，,电磁波谱的各分谱段的划分常没有严格界线，在两谱段之间的边界是渐变的，可根据使用目的而分，例如把,微米称为反射波段,这一波段的辐射源主要是太阳，卫星接受到的是地(云)面的反射太阳辐射。,按吸收气体分为水汽吸收谱段，二氧化碳吸收谱段等。由于各个谱段的电磁波辐射特性不一样，所以遥感用的探测仪器也不一样。可见光波段采用照相方法观测物体，在红外波段以热敏电阻为探测器的辐射计，不同波段内使用不同的传感器。,在被动式气象卫星遥感系统中，主要辐射源是太阳和地球大气系统，其能量光谱分布几乎遍及整个电磁波谱范围。辐射源发射的辐射与地表、大气等目标物相互作用，其辐射被目标物反射、透射或吸收，强度和光谱分布都会发生变化，从而产生目标物的各种信息。为此要清楚认识遥感波段、遥感信息、太阳和地球大气系统辐射，及其光谱特征。,一、太阳辐射及其光谱特征,太阳：,6000K,火球，直径,139.14,万公里，是地球的,104,倍；日地平均距离,d,0,=1.49510,8,公里。,太阳辐射用太阳常数、太阳光谱,(,在大气顶处、在地面处）描述。,第二节 太阳和地球-大气系统辐射,1、太阳常数：,指在不考虑大气作用，在平均日-地距离处，垂直于太阳入射的表面上接收到太阳的辐照度,。根据高空气球、飞机、卫星测量到的太阳常数数值为1353瓦/平方米，其估计误差为21瓦/平方米。太阳常数的变化与太阳黑子数有关。由太阳常数可以计算单位时间内太阳辐射的总能量为,式中d,0,是日地平均距离，S,0,是太阳常数。Q单位为瓦。,能量平衡：到达地球大气顶的太阳辐射通过大气时，大约,35% 被地球、大气、云层反射,17% 被大气吸收,47% 到达地面、被地表吸收,太阳光谱：,太阳辐射能主要集中在微米，,辐射最大值位于0.47微米,色温度T,c,。,1/4能量在波长,0.47微米的谱段内，,46%的能量在0.400.76,m,的可见光波段。,假设太阳是理想的黑体，则可由,斯蒂芬-波尔兹曼定律和维恩位移公式计算出太阳的有效温度T,e,:,太阳最大辐射波长,二、太阳吸收光谱（如图）：该光谱与6000K的黑体辐射光谱有明显差异，存在许多由大气中的臭氧、氧、水汽、二氧化碳及尘埃等物质选择性吸收作用造成的吸收线和吸收带。,O,3,吸收：主要位于紫外光,0.2 -0.3,m,；,0.32-0.36m,；,可见光,0.6-4.75m,。,O,2,吸收：紫外、可见光。,H,2,O,吸收：,0.7,m,；,0.7-0.8m,CO,2,吸收：,3.5,m,成 分,体积混合比,（%）,混合比特征,强吸收位置,（,m）,次强吸收位置,（,m）,氧和氮,99,常数,不吸收,不吸收,H,2,O,1.00.01,可变,1.4，1.9，2.7，6.3，13.0,0.9，1.1,CO,2,0.033,常数,2.7，4.3，14.7,1.4，1.6，2.0，5.0，9.4，10.4,O,3,10,-6,可变,4.7，9.6，14.1,3.3，3.6，5.7,N,2,O,2.43.0,10,-5,可变,4.5，7.8,3.9，4.1，9.6，17.0,CH,4,1.41.6,10,-4,可变,3.3，3.8，7.7,CO,1.31.9,10,-5,可变,4.7,2.3,大气气体的吸收谱带,地面及其覆盖物对太阳辐射的反射,太阳光通过大气被吸收和散射后，到达地面的辐射一部分被地面吸收，部分又被反射到空间。地表面反射的强弱与物体的反照率和太阳高度角有关，反照率随波长、地面颜色、干湿度、粗糙度和太阳高度角而变。,1. 地面土壤粒子结构、土壤水分对反照率的影响：,通常土壤颗粒越小，颗粒间的空隙越小，吸收越少反射越大。干燥的砂质土具有较高的反照率，随土壤湿度加大，反照率明显减小。土壤湿度增大到一定值时，反照率将缓慢减小，当土壤达到吸湿极限时，反照率将几乎不变。,三种不同含水量砂土的光谱反射曲线,反射率%,波长,m,04%,512%,2232%,不同土壤湿度下含沙壤土的反射率,2、植被的反照率,：,（1）有植被覆盖的地表反照率,有植被覆盖的地表，其反照率与植物的种类、地面覆盖度、作物生长发育和颜色有关。绿色植物的反照率决定于体内叶绿素和水的吸收，叶绿素在0.45、0.67微米附近有强吸收，水在1.4微米和1.9微米处有强吸收，所以绿色植物在0.55微米和近红外(0.761.10微米）处有强反射和低吸收。,可见光-中红外小麦叶子的反射光谱,作物在生长和衰老期间光谱变化,衰老期小麦叶子反射光谱,波长,m,叶子反射率、水吸收率%,叶子反射率,水吸收率,0.5 1.3 1.9 2.5,叶子反射率、水吸收率的反相关系,（2）不同生长期作物反照率,（3）土壤对植物光谱的影响,（a）不同种类作物和裸地的反照率,（b）作物覆盖率和生物量对反照率的影响,（4）不同种类的作物及状况对反照率的影响,3、冰雪的反照率,：,雪的反照率在小于0.8微米波段几乎接近100，在大于0.8微米波段随波长的增加而减小。新雪和陈雪之间也有明显的差异。在可见光波段，两者的反照率较高，相差很小，但近红外波段，其反照率明显下降，陈雪的反照率减小得更快，在1.8或2.2微米的反射峰明显减弱。在微米波段，云和雪的反照率都很高，差异很小，在中红外波段，微米和微米，云层有很高的反照率，雪的反照率很低。,用中红外波段可以将云与雪区分开；冬季雪融化时，可以利用红外波段识别积雪。,0.6 1.4 2.0 2.4,波长,m,反射率%,雪的反射特性曲线,新雪（冷）,陈雪（融化或解冻）,盆地积雪区较山地积雪均匀,；,东北和蒙古地区的积雪、华北地区（S）和中原地区（N）、渤海湾（B）四周陆地有积雪区；,弧型分布的喜马拉雅山地积雪,冰雪覆盖区在,可见光云图,上表现为灰白到白色不等，冰雪厚度越厚，色调越白。在卫星云图上积雪深度超过,3,厘米才能清楚地表现出来。,在,红外云图,上，有雪覆盖的地区色调比四周地区更白。积雪区的亮度决定于积雪区内是否有植被、植被的种类以及有多少植被为积雪所覆盖。,如果积雪很浅，在,可见光云图,上容易看出，在,红外云图,上不容易看出，这因为雪面与四周地表的色调相差很小，而雪面的,反照率,比无雪的地表要大许多。,4、水体的反射特性:,水的反照率与水的混浊度，含盐量和叶绿素的浓度有关。利用它们这些关系可以探测水中泥沙量，叶绿素等。,在可见光波段水体的吸收最小,，即透过率最大在0.48微米左右；在微米内,对清洁水的穿透深度约为10米微米波段约为3米微米波段为1米，而在微米波段只能达到10厘米。,清水的吸收系数,混浊水体的反照率：悬浮泥沙是影响水体光谱响应的主要因素之一。,浊水的反照率比清水高得多,，浊水的反射峰值出现在更长的波长上。在0.60.7微米波段内的反照率与水体的混浊度是呈线性相关的，由此可推算水中的,泥沙量,。,叶绿素对水体反照率的影响:水体中叶绿素浓度增加时，可见光波段蓝光部分的反照率显著下降，但绿光部分的反照率则上升。,叶绿素浓度值是衡量水体初级生产力和富营养化作用的有用指标,。,不同叶绿素浓度的海水返照率,0.51.0微米波段天然清水和混水的反照率,不同覆盖物的反照率随波长的变化,5、反照率随波长的变化：,反照率是波长的函数，各种物体的反照率随波长的变化不一样，,选择波段，可将某些物体区别开来,。从可见光到近红外波段，干燥土壤的反照率随波长增大而增大，潮湿土壤则增加较小，水体的反照率随波长加大而减小。,6、云层的反照率：,云的反照率与云的厚度、云的种类和组成有关,。云层愈厚，反照率愈大，积雨云反照率最大，水滴组成的云比冰晶组成的云(同厚度）的反照率要大。云层增多，反照率增加。第一层云的透过率是第二层云的2倍，第二层云的透过率是第三层云的2倍。,多层云的反照率较高。,入射辐射L,R,1,=L/2,T,1,=L/2,T,2,=L/4,R,2,=L/4,T,3,=L/8,R,1,+ T,3,=5L/8,R,3,=L/8,多层云对太阳辐射的反射,云层反照率、吸收率和透过率的关系,反射、透射、吸收%,反射,透过,吸收,云,厚,（米）,100,80,60,40,20,00,10 100 1000 10000,云厚（米）,透过率（）,600,500,400,300,200,100,00,10 20 30 40 50 60 70 80 90,高层云,层云,（）,（）,三、,大气窗和大气吸收带,通过大气的太阳辐射或地球大气辐射将被大气中某些气体所吸收，这些吸收随波长的变化很大，在某些波段的吸收很强，而在另一些波段的吸收则很弱，在这些吸收最弱的波段，太阳辐射和地球大气辐射可以象光通过窗户那样透过大气，这些波段称做,大气窗,。,大气窗主要出现在强吸收带或线之间。,谱 段,紫外与可见（,m）,近 红 外（,m）,红外,（,m）,远红外（,m）,微 波（mm）,波长,0.30-0.75,0.77-0.91,1.0-1.12,1.19-1.34,1.55-1.75,2.05-2.46,3.5-4.1,4.5-5.0,8.0-9.1,10.2-12.4,17.0-22.0,2.06-2.22,3.0-3.75,7.5-11.5,20-30,大气窗区各波段,太阳或地球-大气的辐射在大气中传输时被大气中的,某种气体,所吸收。吸收随波长变化很大，在一些波段吸收很强，在另一些波段吸收很弱或没有吸收。对辐射吸收很强的波段就称为该气体的,吸收带,。,大气吸收带,辐射与大气和地表之间的相互作用表现为辐射的发射、吸收和反射，这为卫星遥感地表和大气提供了大量的信息。例如卫星在大气窗区波段可以测量地面、云层反射或发射的辐射，从而可以得到地表、云面的反射特性或温度分布；卫星在吸收带测量，可以得到大气温度和成分。,根据测量的目的，卫星选择不同的波长间隔进行测量，这种波长间隔称做通道。为更多地获取地面、云层和大气信息，目前卫星测量使用的通道很多。,四. 大气窗和大气吸收带在遥感中的应用,卫星测量使用的波段,通道（波段）,（,m）,光谱名称,用 途,0.2-4,反射太阳辐射99%，太阳辐射总量,5-30,可测量地球大气系统发射到宇宙空间的长波辐射，约为长波辐射的85。配合024微米的测量，可估算地球大气系统的辐射收支。,0.475-0.575,蓝、绿,地表、地下水特征，干燥、岩石、土壤,0.58-0.68,黄、红,白天云分布，植物生长、水污染、地形等,0.6-0.7,橙,透射水体，水混浊度海洋泥沙流大河悬浮陆地冰川沙漠地植物生长,0.7-0.8,红,该波段对水体和湿地反映较清楚，故用于研究植被和土壤湿度。水体在该波段对辐射有强烈吸收，反照率甚低，在图片上呈黑色，对于潮湿的地表具有较深的色调。,0.725-1.10,近红外,白天云分布，水陆边界，水体分布，土壤湿度，植物生长,3.4-4.2,短波红外,十分透明对温度灵敏，测量海面测温，云分布；白天由于太阳辐射干扰，测量的辐射不能直接计算海面温度，须消除太阳辐射干扰后进行海温计算。,5.7-7.1,水吸收带,是水汽强吸收带，可用来计算对流层中上部水汽含量和分布。,10.5-12.5,大气窗,红外云图，云参数，海面温度和降水,13-15,CO,2,吸收带,大气温度垂直分布,第三节,卫星云图观测原理,卫星云图是气象卫星最易也是最早进行的观测项目之一。早期的气象卫星采用电视摄像机对地球-大气系统进行观测，得到的是电视云图，七十年代以后气象卫星系统，采用了扫描辐射仪，选择多个光谱通道对地球大气系统观测，可得到可见光云图、昼夜的红外云图和其它种类的云图。,观测仪器应满足的条件是：,选用大气窗区,避开气体吸收和散射的波段；,仪器通道波长间隔,要有一定宽度，通道尽量选在太阳辐射或地球大气辐射较大的地方以获取更多的能量；,仪器通道选在最能区分所要探测目标物的谱段。,通道：0.520.73,m大气窗,在大气窗区,(,日,）=,(s）,1，太,阳辐亮度B,（T,日,)，可看做常数，因此,卫星观测到的辐射L,(s）与物体反照率r,s,和太阳天顶角,日,有关,。,在一定的太阳天顶角,日下，,物体反照率r,s,越大，卫星观测到的辐射L,(s）就越大，在云图上色调就越亮； 而r,s,越小， L,(s）就越小，卫星云图色调就越暗。（辐射大用白色表示；辐射小用黑色表示）,在反照率r,s,相同的条件下，太阳天顶角,日,越大，卫星观测到的辐射L,(s）就越大，卫星云图的色调就越亮； ,日,越小， L,(s）就越小，卫星云图的色调就越暗。,1、可见光云图观测原理,从可见光云图上的色调可以估计反照率的大小，从而来区分各种物体。云与地表间的反照率差异很大，所以在可见光云图上很容易将云和地表区别开。,在可见光云图上，各点相对于太阳高度角不同，即使是反照率相同的物体，其色调也不一样。太阳天顶角对色调的作用是以余弦函数形式出现的。天顶角越小卫星接收的辐射就越大。,物体反照率随波长而变，,所以同一物体在不同波段可见光云图上的色调也不同，根据这种色调差异，能更有效地区别各种物体。,2、红外云图观测原理,卫星云图在红外波段选用,通道有微米和微米。,把前者称短波红外云图，而把后者称长波红外云图。,（,1）,长波红外云图:卫星在微米红外波段接收的辐射是地面和云面发射的长波红外辐射，太阳辐射完全忽略。略去大气辐射和地面云面对向下大气辐射的反射辐射，得到卫星在这一波段观测到地气系统发射的辐射为:,式中,s,是表面比辐射率在红外微米波段，,s,1，且对大气窗区,(,s,) 1，所以上式又进一步简化为:,可见，,在一定条件下，卫星在微米通道接收的辐射仅与物体的温度有关。,被测物体温度越高，卫星接收的辐射越大，温度越低，辐射越小。将这种辐射转换成图象，辐射大温度高用黑色表示，辐射小温度低用白色表示。即为一张黑白色红外云图。,由于大气温度随高度递减的，所以根据色调深浅能判断云的种类。高云(卷云)一般呈白色，而低云呈暗色。把地(云)面看成是黑体，实际上并非如此，因此由卫星测得的辐射推算的表面温度比实际的低，由此求出的云顶高度偏高。实际测到的辐射低于表面温度的黑体辐射，计算出的云顶高度比实际的低1公里。,所以严格地说，,红外云图是一张物体的亮度温度分布图，而不是实际的温度分布图。,（2）短波红外云图,由于微米大气窗通道位于太阳辐射光谱曲线与地球大气辐射光谱曲线相交重迭处，所以在白天这一通道测得的辐射不仅包含有地面云面自身发射的辐射，而且含有地面云面反射的太阳辐射，因此,L(,s,)=L,r,(反射太阳辐射)+L,(物体发射辐射),通常在把这一通道测到的辐射转换成图象时，其辐射大转换成黑色，辐射小转换成白色。在短波红外云图上，由于在白天包含有上述两种辐射，使得物象间色调的相对变化显得十分复杂，给图象的识别带来了困难。,1,短波红外云图的测温精度较长波红外云图高。,根据普朗克公式，测温误差T，与辐射误差的关系为波长越短其T越小。,2,短波红外通道的大气衰减小。,在这一波段，大气透过率近似为0.90，其大气辐射与地面辐射之比为10，另外这一波段吸收气体主要是一些混合比近于常定的CO,2,，N,2,和N,2,O气体，所以大气透过率随季节、地理位置变化较小，这对提高测温精度有利。,3,短波红外通道在白天有太阳辐射污染。,尽管能精确测量表面温度，但白天太阳辐射污染，给测温造成困难。,长短波红外云图之间存在差别：,到达卫星的辐射第一项是地面(云面)发出的，第二项是大气中水汽发出的辐射，到达卫星的辐射与水汽透过率的垂直梯度有关。如果地面和低云的高度低于800hPa的高度，则因水汽吸收，地面和低云的辐射就不能到达卫星，表面辐射可以忽略，这时卫星接收的辐射完全是由大气水汽发出的，卫星在水汽通道测量的辐射决定于水汽含量，水汽含量愈大，则透过率愈小，卫星接收的辐射越小。因此根据卫星测量辐射可以推算大气中水汽分布。,通道：5.77.3,m水,汽强,吸收带,，,吸收带,中心为6.7,m,。,三、水汽图观测原理,气象卫星水汽通道：大约,80,的辐射能来自,620-240,hPa,气层，而最大辐射贡献大约在,400hPa,高,度处。对一定的温度廓线，大气的透过率随水汽含量增加而减小，当大气中水汽含量大时，卫星测得辐射来自大气上层，而大气水汽含量较少时，卫星测得辐射来自较低高度的大气层。,卫星在吸收带测得的辐射主要是大气中水汽发出的。大气中水汽含量越大，对其下发出的辐射吸收就越强，到达卫星的辐射就越小。将卫星测得的辐射转换成图象就得到水汽图，,通常在水汽图上色调愈白，表示水汽越多，色调越黑，水汽越少。,四、卫星云图观测仪器,卫星观测地球大气系统可以是主动式；或是被动式。但是由于主动式仪器体积大，重量重及能源消耗多，所以卫星主要采用体积小重量轻和耗能少的被动式观测仪器，可分为摄象机和辐射计两类， 第二代开始都使用辐射计进行观测。辐射计分为扫描式和非扫描式，扫描式辐射计可以取得较大范围资料，而非扫描式辐射计常只能对卫星星下点部分观测。按卫星获得资料产品分，可分为:,1,成象型辐射计：有较高地面分辨率和大观测范围，测得的值常用来转换成图象，卫星云图都是由这种辐射计取得的。,3,成象和非成象混合型辐射计：近年来静止卫星上使用的仪器。这种辐射计光谱通道较多，一些用于获取云图，另一些用于测量大气温度垂直分布。,2,非成象型辐射计：地面分辨率较低，有扫描型或非扫描型，光谱通道较多，每个通道波长间隔很窄，光谱分辨率高。主要用于测量大气温度垂直分布和大气成分。,卫星探测仪器,五、卫星云图的增强处理,卫星云图的增强处理是对灰度或辐射值进行处理，通过灰度的变换，将人眼不能发现的细节结构清楚地表示出来。例如积雨云团，在一般云图上只表现为白亮的一片，增强后可将云顶的结构显示出来，进一步判断积雨云的活动状况。图象的增强分为：,1、反差增强,反差增强又称对比度增强，它是使两个原来灰度差异很小的象素，扩大其灰度范围，也就是突出象点间的灰度差异，使黑的更黑，白的更白，从而区别它们。灰度的反差增强有,灰度的线性扩展、灰度的对数扩展、指数扩展和非线性扩展,几种方式,。,2、分层增强(或称密度分割),分层增强是将图象上的各灰度值，按需要将其进行合并或分解成若干灰度间隔(等级)，每一间隔赋于一个灰度值，这样每个象素的灰度由其本身落入那个间隔所给定的灰度值来确定。,3、增强红外云图,增强红外云图已广泛地应用于卫星云图分析业务中，它是一种半定量的资料，大大提高了卫星云图的使用价值，尤其在强雷暴，暴雨和台风的分析中更是显示了它的优越性守为了提高云图的增强效果，通常将反差增强与分层增强这两者结合一起同时进行。,2007年7月17日重庆西部的区域特大暴雨增强红外云图,4、卫星资料的其它处理方法,（1）直方图,卫星资料的直方图处理是分析使用卫星资料的重要方面，灰度级的直方图给出了一幅图象概貌总的描述，它是一种有用的统计测量结果，可以用来计算海面温度、云量、云区增长率等。,（2）灰度的门限化,当目标物表现为一定范围灰度级时，灰度级门限化是区分物体最简单和有效的方法。,（3）边界检测,主要采用边界增强的方法，以被测物体的灰度梯度来实现边界检测，目的在于突出研究目标。,（4）纹理特征,可以用来表达目标物图像表面光滑程度，是检测目标物图像的重要判据。,第四节、气象卫星的定量产品简介,自从气象卫星问世以来，在天气预报中用得最多、效果最好最直观的就要数气象卫星的图像产品-可见光图像、红外图像和水汽图像。图像应用经历了由极轨气象卫星图像到静止气象卫星图像的过程，目前短期天气预报都用的是静止气象卫星图像。,人们希望定量化、数字化。,目前有大量的数字化气象卫星资料，基本上是极轨气象卫星的产品。,一、射出长波辐射产品（OLR）,气象卫星观测的地球大气系统的射出长波辐射（Outgoing LongWave Rediation，简称OLR），是指利用气象卫星若干长波窄光谱波段的遥感探测资料计算得到的地球大气系统透过大气层顶向宇宙空间发射的长波（4120m）辐射能量数据，并生成相应的信息产品。,利用极轨气象卫星或静止气象卫星的观测数据都可以反演求得射出长波辐射产品，OLR能反映海洋和大气的许多信息。,气象卫星的数字化产品有：,1、OLR反映了大气中的云量,在热带洋面上，OLR反映了下垫面（海表）或云顶所放出的长波辐射。前者取决于海表温度（SST），后者取决于云顶温度和云量。如云顶温度降低或者云区量增多都会使OLR减小，反之，则使OLR增大。,OLR分布图实际上就是一张数值化的红外云图,。OLR能很好地反映大气中的云量，尤其是与高云量的关系非常密切。,2、 OLR反映了热带地区的对流强度,由于在对流发展地区OLR主要决定于云顶的温度，而云顶温度又主要决定于对流的强度（高度）。,OLR值越小，云顶温度越低，对流发展越强,；反之对流越弱。故OLR能反映热带对流的强度。,3、 OLR反映了大气垂直运动和散度风,在,热带OLR小的地区，对流发展较高,，上升运动强，低层辐合，高层辐散；OLR大的地区为下沉，即高空辐合，低空辐散。它们之间有很好的统计关系。故可利用OLR资料，根据经验公式，经过一定的计算，推算低纬洋面上高低层的散度风和垂直运动速度，修正或者补充洋面上由探空资料计算的结果。,4 、 OLR反映了大气中对流凝结所释放的潜热量,OLR小，对流发展旺盛，垂直速度大，在对流云中凝结释放的潜热量也大。而对流凝结释放的热量，对热带大气热源热汇的分布及变化起重要作用。热带大气热源的变化又会引起中高纬地区环流的变化，所以,大气环流及重大的气候异常,，都可以从OLR的异常中反映出来。,5、 OLR与热带洋面上及季风大陆上的雨量有密切关系,研究表明，OLR与热带洋面上的雨量及东亚、印度大陆上的季风雨量有密切的关系。故可,用OLR资料推算雨量,，从而得到全球热带地区雨量的时空变化信息。,6 、OLR包含着海表温度及海气相互作用信息,对于晴空的洋面上，OLR可以直接反映海表温度（SST），而 两者正负相关性又可反映海洋与大气,相互作用,的状态。一般正相关表示大气对海洋的作用为主，负相关则以海洋对大气的作用为主。,二、气象卫星大气探测产品（TOVS）,气象卫星大气探测产品，是指利用气象卫星大气探测器光谱通道遥感数据反演得到的大气物理参数，如大气温度、湿度和位势高度等的信息产品。目前国家卫星气象中心TOVS业务处理系统可生成水平分辨率约为75km的下列数值产品：,云参数,（云顶高度,云顶温度）,大气中水汽,总含量,15个标准层,位势高度,射出长波辐射,（OLR）,9个标准层,地转风,15个标准层,大气温度,大气臭氧,总含量,6个标准层,大气湿度,大气稳定度,指数,卫星多通道遥测作用,用红外（,OLR,）和水汽（,FWV,）双通道反演热带纬向垂直环流是一个新的途径，可以很好的监测,ENSO,过程。,多通道（红外，水汽，可见光和微波）遥感在亚洲季风研究中的应用揭示了许多新事实，澄清了过去由于观测资料缺乏所得的一些错误结论。还发现不少亚洲季风降水的异常和爆发早晚的先兆。为预测亚洲季风异常增添了新的预报因子。,研究结果表明卫星多通道遥感提供了极地冰雪盖，热带大气环流以及地气系统能量收支等众多的冰,-,气、海,-,气、陆,-,气相互作用的信息，从而使我们对于全球气候变化的物理过程有更全面深入的了解；也为气候异常的预测提供许多重要的信息。,因此，,卫星多通道遥感资料的综合应用，对于气候异常的研究和预测都有很重要的意义。,北半球(12-3月)海冰范围和春季海冰融化范围正距平,亚洲季风强度,负距平,东北冷涡多发,(低温),赤道中东太平洋海温,正距平,东北春季净辐射,负距平,卫星多通道遥测揭示的夏季东北冷涡（气温）异常的影响链,三、气象卫星海面温度监测产品,气象卫星海面温度监测产品是指通过气象卫星遥感海洋表面辐射值，经反演得到的海面温度分布信息产品。目前，国家卫星气象中心提供的极轨气象卫星海面温度监测产品，其计算范围为：,0,50,N,，,105,150E,；,格点分辨率为,50km50km,。,静止气象卫星（,GMS-5,）,海面温度监测产品具有覆盖范围广、观测频次高的优点，大大增加了晴空海温分布的监测能力。增加了南半球和东太平洋海域海面温度遥感资料。产品的覆盖范围为,50S,50N,90E,170W,。,目前国家卫星气象中心,SST,数值格点产品空间分辨率为,50km,SST,图像产品分辨率,10km,。,海面温度是国家卫星气象中心很重要的定量产品之一，它在,气候研究，如南方涛动指数、厄尔尼诺现象的爆发和持续、调节大气中的潜热和显热,研究方面，具有重要的应用价值。另外它在,渔业捕捞、军事,等领域也具有很重要的应用价值。,四、气象卫星辐射亮度温度产品（简称TBB）,气象卫星辐射亮度温度产品，是指由气象卫星红外窗区通道测得的辐射值，通过应用普朗克函数处理转换成辐射亮度温度形成的信息产品。,国家卫星气象中心以,3,小时为间隔对每日,24,小时中的,8,个时次（接近世界时,00,时、,03,时、,06,时、,09,时、,12,时、,15,时、,18,时、,21,时）的红外通道（,10.5,11.5,m,）,资料分别进行处理，然后计算出日平均,TBB,值，并生成日平均数据集。同时根据需要又生成候、旬、月平均,TBB,产品。月平均,TBB,产品每日向用户广播。,在无云或少云区，,TBB,是地表黑体辐射温度，其值较高，因此,TBB,高值区常常与高气压系统相对应,；云区中的情况则相反，,TBB,是云顶的辐射温度，其值较低，并且,TBB,低值区一般为云区,，尤其是夏季和热带地区更是如此。因此，可以根据,TBB,资料的这些特征，推断天气系统的活动、强度以及相应的天气现象。,值得注意的是，在冬季的高纬度地区和诸如青藏高原这样的高海拔地区，往往地表温度很低，接近某些云顶温度或者有时甚至比中低云云顶温度还低。这样，就难以区分开无云区和中低云区。因此,对,TBB,的使用要十分慎重,。,本章小结,基本概念：太阳常数；大气窗；吸收带；增强红外云图；OLR；TOVS；TBB。,基本问题：,1、电磁波谱分为哪几种？,2、可见光、红外和水汽图分别采用什么波段？,3、可见光、红外和水汽图观测原理？,4、OLR资料有哪些方面的应用？,