气象卫星与讲义雷达探测
卫星气象学讲义 第二章 卫星的运动和气象卫星
云图、云迹风、高垂直分辨率T、 P、Q廓线、云参数、OLR、SST、地表 特征、闪电分布
METEOSAT
MSG
主
自旋、3通道可见、
要
红外成像仪
自旋、12通道可 见红外成像仪
功 能
云图、云迹风、OLR、 SST、云参数
云图、云迹风、OLR、SST 云参数、地表特征
GOES 卫星
METEOSAT 卫星
第二章 卫星的运动和气象卫星
第一节 卫星的运动规律
一、卫星的运动方程
设想：① 地球、均质、理想球体，质心就是地心； ② 卫星—地球的距离≫卫星本身的大小，质点； ③ 卫星质量/地球质量，忽略卫星的质量； ➃ 忽略其它天体。
取地心为原点，地心指卫星近地点为极轴方向的平面极座 标系，根据引力定律可得到卫星在空间运动的方程组
面间的（升段）夹角。
升交点赤径（）：卫星由南半球飞
春分点 方向
往北半球那一段轨道称为轨道的升段；卫
星由北半球飞往南半球那一段轨道称为轨
道的降段；把轨道的升段与赤道的交点称
升交点。轨道的降段与赤道的交点称降交
点。升交点的位置用赤径表示。
偏心率（e）； 轨道半长轴（a）；
N’
D
r
A
B
倾角
F
轨道平面
NOAA-K 卫星
极轨业务气象卫星（续1）
发射国家
现状
未来发 展
中国
主 要 功 能
FY-1C、D
FY-3
10 通 道 可 见 光 、 红 外 扫 描 辐 射仪
可见红外线成像仪、高分辨 率红外分光计、微波成像仪、 微波辐射仪、、紫外臭氧探 测器、中分辨率成像光谱辐 射仪
课件-讲座10-雷达、卫星测雨
2 测站、雷达、卫星 各自的产品
2 测站、雷达、卫星 各自的产品
2 测站、雷达、卫星 各自的产品
小结 站点、雷达、卫星
各有所长、各有所短 相互不可替代
3 雷达测雨 雷达的分类
凡是不具有多普勒性能的雷达称为非相干雷达或常 规气象雷达，具有多普勒性能的雷达称为相干雷达 或多普勒雷达。 主要的气象雷达有： 测云雷达。是用来探测未形成降水的云层高度、厚 度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25 厘米或0.86厘米。工作原理和测雨雷达相同，主要 用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时， 还能测出各层的高度。由于云粒子比降水粒子小， 测云雷达的工作波长较短。测云雷达只能探测云比 较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云, 如积雨云、冰雹等,测云雷达的波束难以穿透，因而 只能用测雨雷达探测。
福建292041雷达测雨雷达测量的局限性不同位置不同波长的雷达探测结果可能不同302041雷达测雨雷达的局限性遮蔽物312041雷达测雨雷达的局限性雷达位置差异322041雷达测雨雷达的局限性雷达位置差异雷达电磁波在降水和大气中的衰减情况不同探测的回波形态和强度也可能不同332041雷达测雨雷达资料的产品线342041雷达测雨雷达资料的获取和使用ftp功能352041雷达测雨雷达资料的获取和使用中国气象局雷达通用数据格式v12有代码用于读取能够自由实现雷达产品显示和二次处理功能362041小结但不是万能的372041卫星测雨星载测雨雷达产品经过近50年的发展基于可见光红外和微波等各类卫星传感器的降水反演算法也逐渐发展成熟起来
6 基于雷达的临近预报技术
识别追踪和外推预报技术主要以雷达资料为基础，在这 方面，交叉相关外推和回波特征追踪识别外推是比较成 熟的技术，已经用于许多的临近预报业务系统中，其缺 陷是预报时效较短，准确率也不是很高。
雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)
天气雷达产品的显示方式2
• RHI (距离高度显示）：固定方位角，天线 做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构 。坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高 公式计算（标准大气折射）。
天气雷达产品的显示方式3
• CAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多 个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描 ，得到三维空间回波资料（体扫描），利 用内插技术获得某高度的平面分布
• 基本径向速度：表示整个360度方位扫描径 向速度数据，径向速度即物体运动速度平 行与雷达径向的分量。径向速度有许多直 接的应用，可以导出大气结构，风暴结构， 可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 平均径向速度产品有两点局限性：一是垂 直于雷达波束的风的径向速度被表示为0； 二是距离折叠和不正确的速度退模糊。
• 散射开来的电磁波称 为散射波
入射波
散射波
• 雷达波束通过云、降水粒子时将被散射， 其中有一部分散射波要返回雷达方向，被 雷达天线接收，在雷达显示器上就反映有 回波信号。
二、散射成因
• 微粒——粒子在入射电磁波极化下作强迫 的多极振荡，从而发出次波（散射波）。
• 粒子对电磁波的散射只改变电磁波的传播 方向,没有改变能量大小。
• d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射。
§3.2 球形水滴和冰粒的散射
• 雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷 达方向（即θ= 180º方向）的那一部分能量， 这部分能量称为后向散射能量。
在a 2 r 1时 的瑞利散射条件下
在a 2 r 复数1时模的平方
后(向) 散16射 44函r6数mm：22 12(2 代入 4 ( )中
• 产品生成：根据操作员的输入指令，RPG在 体积扫描的基础上产生所需产品。
气象卫星的概念
气象卫星的概念气象卫星是一种人造卫星，用于在太空中收集和传输气象数据，以便科学家和气象学家预测和分析天气现象。
气象卫星在全球气象观测和预警系统中发挥着至关重要的作用。
气象卫星的历史气象卫星的历史可以追溯到20世纪60年代。
当时，美国发射了第一颗气象卫星TIROS-1，它于1960年4月1日升空。
随后，各国开始发射自己的气象卫星，气象卫星技术得到了迅速发展。
气象卫星的类型气象卫星主要分为两类：极地轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。
极地轨道气象卫星：这类卫星沿着极地轨道运行，可以覆盖地球的南极和北极地区。
极地轨道气象卫星的优点是可以观测到地球的整个表面，并且由于轨道速度较快，可以实时传输数据。
地球静止轨道气象卫星：这类卫星位于地球静止轨道上，相对于地球静止不动。
地球静止轨道气象卫星的优点是可以持续观测某一特定区域，适用于气象预报和气候研究。
气象卫星的功能气象卫星主要用于以下方面：1.观测天气现象：气象卫星可以实时监测地球表面的天气状况，如云层、降水、温度等。
2.预测天气：通过收集气象数据，气象卫星可以帮助科学家预测天气变化趋势，提高天气预报的准确性。
3.气候研究：气象卫星可用于长期观测地球气候的变化，分析气候趋势，为气候变化研究提供数据支持。
4.环境监测：气象卫星可以监测地球环境的变化，如大气污染、森林火灾、海冰融化等。
5.灾害预警：气象卫星可以帮助预警自然灾害，如台风、暴雨、干旱等，为灾害防范和救援提供数据支持。
我国气象卫星的发展我国气象卫星发展经历了从试验性到业务化、从单一功能到多功能的发展过程。
目前，我国已经成功发射了多颗气象卫星，包括极地轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。
风云一号气象卫星是我国第一代太阳同步轨道气象卫星，于1988年9月7日发射升空。
虽然初期卫星发生故障，但后续成功发射了多颗风云一号卫星，为我国气象观测提供了重要支持。
风云二号气象卫星是我国第一代地球静止轨道气象卫星，于2004年发射。
T11雷达与卫星气象学
南京信息工程大学2012年研究生招生入学考试《雷达与卫星气象学》考试大纲科目代码：T11科目名称：雷达与卫星气象学《雷达气象学》占50％，《卫星气象学》占50％第一部分课程目标与基本要求一、课程目标《雷达气象学》与《卫星气象学》是大气探测专业学生的两门重要专业课。
《雷达气象学》主要包括雷达探测基础理论和回波信息分析与应用两大部分，系统地讲述雷达探测气象目标的基础理论，即回波的产生、电磁波在大气中的衰减和折射，雷达定量测量降水原理和方法，脉冲多普勒天气雷达工作原理，回波信息的分析原则及其应用，等等。
《卫星气象学》主要包括卫星遥感基础理论和卫星云图资料的分析应用技术和卫星探测资料处理的一些概念。
通过雷达气象学和卫星气象学的学习，为从事雷达、卫星气象遥感研究提供理论基础,并掌握雷达、卫星资料在天气预报及相关学科的一些应用。
二、基本要求要求学生掌握雷达回波的产生、电磁波在大气中的衰减和折射，雷达定量测量降水原理和方法，雷达回波信息的分析原则及其应用；要求学生掌握卫星遥感基本概念、卫星轨道特征、卫星辐射遥感理论和方法，卫星资料处理和分析的基本原则，卫星云图在天气分析中的应用，了解由卫星资料定量估算气象参数，并不断提高自学能力。
第二部分课程内容与考核目标《雷达气象学》部分第一章引言了解雷达气象学的相关基础知识，如：雷达气象学的主要研究内容、天气雷达的发展史、中国天气雷达的发展概况、天气雷达的应用领域、天气雷达的基本工作原理，天气雷达的主要设备。
第二章散射了解散射现象及散射的分类，掌握并理解散射方向函数，雷达散射截面、雷达反射率、雷达反射率因子。
第三章衰减掌握衰减系数，了解实际大气的衰减问题，理解衰减截面、吸收截面、标准化截面、云雨粒子的散射和衰减截面、云雨粒子的衰减系数等。
第四章雷达气象方程掌握单目标雷达气象方程、云和降水的雷达气象方程以及考虑充塞程度和衰减因子的雷达气象方程的推导，理解雷达气象方程相关问题的讨论（包括雷达探测能力与精度）。
关于二次雷达探测和卫星导航定位探测系统应用的探讨
关于二次雷达探测和卫星导航定位探测系统应用的探讨摘要：通过定向天线（雷达）高空气象探测系统和卫星导航定位高空气象探测系统的历史发展、原理分析、两种探测系统的对比分析及两种探测系统的应用探讨，使我们对这两种高空气象探测系统有了进一步深刻认识，有益于帮助气象探测员对高空探测系统的掌握，同时提供给高空探测员或气象爱好者参考。
关键词：雷达探测卫星定位引言：随着我国高空气象探测事业的迅速发展，开始在近几年内由（北斗）卫星导航定位探测系统取代目前正在使用的L波段雷达探测系统，除了能提高高空探测质量外，卫星定位跟踪后不会丢球，能够减轻高空气象业务员工作量，考虑到目前处在两种高空气象探测系统换型期，有必要从新老两种高空探测系统的历史发展、工作原理、对比分析等探讨，从而更加深刻认识到高空探测系统换型的重要性，有益于提升今后气象台站高空探测工作。
一、历史发展：高空气象探测来讲定向天线(雷达)探测系统主要是指我国曾经使用过的57-701探测系统、58-701探测系统、59-701探测系统、59-701B探测系统、59-701C探测系统和2002年开始使用的L波段二次雷达-电子探空仪系统即GTS1型探测系统，目前正在使的GTS1型探测系统升级版GTS11型探测系统、GTS12型探测系统、GTS13型探测系统等，同时在西方发达国家例如芬兰等在本世纪初已经普及使用卫星导航定位系统的高空气象探测系统即GPS定位探测系统，由于我国高空气象探测比较西方欧美发达国家较晚，直接引进成本很高，不能实现普及，随着我国北斗气象卫星系统的建设，打破了西方技术的控制，降低了成本，估计在未来几年就能在全国普及开来，从而推动我国高空气象探测事业的迅速发展。
二、原理分析天线（雷达）探测系统的高空气象观测包括701雷达、701B雷达、701C雷达与57型、58型、59型探空仪组成的雷达探测系统和L波段GFE（L）1型雷达与GTS1、GTS11、GTS12、GTS13型探空仪组成雷达探测系统等，都是二次测风雷达的简称，能测定高空各个高度上的气压、温度、湿度、风向、风速等五个重要气象要素，为气象台站提供准确的气象高空宝贵资料。
气象卫星与雷达探测
2018年9月
2011年5月
4-1 气象雷达分类
双地基雷达
一般的雷达是单基地的， 即发射机和接收机安装在 一起，且通常共用一个天 线。而双基地或多基地雷 达是将发射机和接收机分 别安装在相距很远的两个 或多个站址上。它能有效 地捕捉雷达反射波，借助 高速计算机标绘出隐形战 机飞过时留下的航迹，并 预测之后的航向。
美国海基X波段雷达在进行依靠自身动力航行
沃森· 瓦特
1 雷达发展史
发展阶段
（1）二战后，雷达技术获得了巨大的发展，主要原 因归于两个非常重要的器件发明：T/R（收/发）开 关和磁控管。 （2）收发开关使雷达的探测成功地从双（多）基变 成单基雷达。也就是从发分别用一个天线，到共用 一个天线。大大简化了雷达系统。 （3）磁控管的出现使雷达的探测功率大大提高，从 而大大提高了雷达的探测能力。
2018年9月
6 多普勒天气雷达
工作原理
多普勒天气雷达的工作原理即以多普 勒效应为基础，具体表现为：当降水粒子 相对雷达发射波束相对运动时，可以测定 接收信号与发射信号的高频频率之间存在 的差异，从而得出所需的信息。运用这种 原理，可以测定散射体相对于雷达的速度 ，在一定条件下反演出大气风场、气流垂 直速度的分布以及湍流情况等。这对研究
降水的形成，分析中小尺度天气系统，警
戒强对流天气等具有重要意义。
2018年9月
6 多普勒天气雷达
主要组成部分
（ 1）触发信号发生器：触发信号发生器 (控制钟 )是整个 雷达的控制系统，它周期性地产生一个脉冲式的触发信 号，触发脉冲输送到调制解调器和显示器，指挥它们开 始工作。每秒种产生的触发脉冲数目，称为脉冲重复频 率，以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表示。两个相 邻脉冲之间的时间间隔，称为脉冲重复周期，用Ｔ表示 ，它等于脉冲重复频率的倒数。实际工作中，可用公式 计算脉冲重复周期的数值。
气象卫星的结构与原理课件
气象卫星主要分为太阳同步轨道气象卫星和极轨气象卫星两 类，分别在地球的太阳同步轨道和极轨道上运行，为全球范 围内的天气预报和气候变化研究提供数据支持。
气象卫星的基本结构
有效载荷
气象卫星的主要任务是收集气象 数据，因此有效载荷是气象卫星 的核心部分，包括红外辐射计、 微波辐射计、扫描辐射计等遥感
数据获取
通过气象卫星上的传感器获取 地球表面的电磁波信息。
数据传输
将获取的数据传输到地面接收 站。
数据处理
对传输回来的数据进行预处理 、增强等操作，提取有用的信
息。
数据解析
将处理后的数据进行解析，转 化为具有实际应用价值的地理
信息。
03
CATALOGUE
气象卫星的组成结构
卫星平台
卫星平台是气象卫星的骨架，负 责保障卫星的稳定运行和任务执
遥感仪器
卫星搭载了多通道扫描辐射计、红外分光计、中分辨率成 像光谱仪等遥感仪器，能够获取地球大气、地表和海洋等 不同层次和类型的信息。
数据处理系统
卫星具有实时数据处理系统，能够将遥感数据转化为气象 信息，并进行数据压缩和存储，以满足用户需求。
某型气象卫星的遥感原理及数据处理流程
遥感原理
卫星通过遥感仪器获取地球表面的反射、辐射和光谱等信息，通过对这些信息 的处理和分析，可以推断出大气的温度、湿度、气压和风等气象信息。
04
CATALOGUE
气象卫星的应用与价值
气象卫星在天气预报中的应用
气象卫星可以观测地球大气层，获取云层、温度、湿度、风速、风向等气象数据。
气象卫星数据可以用于天气预报，通过分析卫星数据，可以预测未来天气情况，提 高预报的准确性和时效性。
气象卫星还可以观测海洋和陆地表面情况，获取海温和陆地温度、湿度、风速等数 据，为海洋和陆地气象预报提供重要依据。