第3章 气象卫星遥感大气的基本原理4讲解
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第1-4章 气象卫星遥感原理
春 15：00
i90 进动方向从西向东
（3）近极地太阳同步卫星轨道 的实现 利用卫星轨道在地球扁率 夏
作用下的进动去抵消卫星轨道 15：00
球地 轨 道
太阳
卫星轨道
冬
15：00
平面随地球绕太阳运行时引起
的转动，即可实现近极地太阳 同步卫星轨道。
秋 15：00
图2-10 太阳同步轨道
3、太阳同步轨道的优缺点
一.近极地轨道气象卫星的发展
1、美国的地球静止轨道气象卫星 发射近极地轨道气象卫星的国家有：美国、苏联、中
国和日本。 世界上第一颗气象卫星，美国泰罗斯-1（TIROS），
仪器越来越先进，精度越来越高。
遥感的概念
在一定距离之外，不直接接触被测 物体和有关物理现象，通过探测器接收 来自被测目标物发射或反射的电磁辐射 信息，并对其处理、分类和识别的一种 技术。
遥感探测的设备 ➢ 传感器，运载工具
遥感探测的内容 ➢ 遥感信息获取手段的研究； ➢ 各类物体的辐射波谱特性及
传输规律的研究； ➢遥感信息的处理与分析判读
技术的研究。
遥感探测的分类：
➢ 按工作方式分为：被动遥感和 主动遥感；
➢ 按波段分为：紫外遥感、可见 光遥感、红外遥感和微波遥感；
➢ 按对象分为：大气遥感、海洋 遥感、农业遥感和地质地理遥感等。
第二节 气象卫星遥感观测的特点
在空间固定轨道上运行 全球和大范围的观测 使用新的探测技术 受益面广
1、什么是地球同步卫星轨道
N
H=35860Km
S 图2-11 地球同步卫星轨道
2、地球同步卫星轨道的实现
①卫星运行方向与地球自转方向相同； ② 轨道倾角i=0，地球赤道平面与卫星轨道平面重合；
《大气遥感》PPT课件
方式和手段
❖ 60年代以后，随着红外、微波、激光、声学和电子 计算机等新技术蓬勃开展，对大气信号的认识普及 紫外、可见光、红外、微波、声波、无线电波等波 段，形成了光学大气遥感、激光大气遥感、红外大 气遥感、微波大气遥感、声波大气遥感等各个分支。
❖ 大气遥感被广泛应用于气象卫星、空间实验室、飞 机和地面气象观测，成为气象观测中具有广阔开展 前景的重要领域。
辐射产生的原因
❖ 光辐射 ❖ 依靠入射光补充能量而导致的辐射〔如夜光等〕 ❖ 电辐射 ❖ 依靠放电补充能量而导致的辐射〔如日光灯等〕 ❖ 化学辐射 ❖ 依靠化学反响补充能量而导致的发光 ❖ 热辐射 ❖ 物体因吸收外界的热量或减少本身的内能而产生
的辐射，也称为温度辐射
❖ 在物理学中，直接把辐射作为电磁波 ❖ 每份能量的辐射称为光子。每个光子的能量
❖ 近年来人类活动造成的地球大气气候变迁成为大气 科学研究热点，其原因也在于人类活动所排放的某 些物质会改变地球大气中的辐射过程所致。
简史—现代大气辐射学的理论根底
基尔霍夫 Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)
德国物理学家 1859：Kirchhoff’s Law 基尔霍夫定律：
1871：Rayleigh Scattering
瑞利散射：
尺度远小于入射光波长 的粒子所产生的散射现象。 分子散射强度与入射光的波 长四次方成反比, 且各方向的 散射光强度是不一样的。
简史—现代大气辐射学的理论根底
Gustav Mie (1868-1957) 德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
❖ 利用上述研制的实验设备，建立从大气信号 物理特征中提取大气信息的理论和方法，即 反演理论，是大气遥感研究的根本任务。
第3章 气象卫星遥感大气的基本原理3
在红外波段，忽略分子散射辐射。 （1）小气柱吸收的辐射
dz (、T、p) dA=1 L(z) 图3-9 小气柱介质辐射
dL1 ( z ) k ( z ) L ( z ) ( z )dz ( z ) L ( z )dz a ( z ) L ( z )
dI1因介质吸收引起辐射的改变量，k(z)分谱质量吸收系数， (z)吸收介质的密度。常称 (z)=k(z)(z) 为体积吸收系数。 a(z)= (z)dz 为单位厚度薄层的吸收系数。
L () [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
c 0
zh
(1 ) B ( z h ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
c zh
在晴空无云时
L () s B (0) (0) B ( z) ( z) ( z )dz
z1
zh
hc , B ( zh ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
zh
zh
L（zh）
z1
L（z1） 图3-12有云时的辐射传输
其中 cloud , 1 cloud
0
如果只有一层薄云，云高Zh, 方程可简化为
②高云云层向上发出的辐射
③高云以上大气发出的辐射，则
L () { [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
hc 1c 0 z1
L ()
z 32 1
lc, B ( z1 ) ( z1 ) B ( z ) ( z ) ( z )dz}
图3-10 平行大气中辐射传输
dz (、T、p) dA=1 L(z) 图3-9 小气柱介质辐射
dL1 ( z ) k ( z ) L ( z ) ( z )dz ( z ) L ( z )dz a ( z ) L ( z )
dI1因介质吸收引起辐射的改变量，k(z)分谱质量吸收系数， (z)吸收介质的密度。常称 (z)=k(z)(z) 为体积吸收系数。 a(z)= (z)dz 为单位厚度薄层的吸收系数。
L () [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
c 0
zh
(1 ) B ( z h ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
c zh
在晴空无云时
L () s B (0) (0) B ( z) ( z) ( z )dz
z1
zh
hc , B ( zh ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
zh
zh
L（zh）
z1
L（z1） 图3-12有云时的辐射传输
其中 cloud , 1 cloud
0
如果只有一层薄云，云高Zh, 方程可简化为
②高云云层向上发出的辐射
③高云以上大气发出的辐射，则
L () { [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
hc 1c 0 z1
L ()
z 32 1
lc, B ( z1 ) ( z1 ) B ( z ) ( z ) ( z )dz}
图3-10 平行大气中辐射传输
第3章气象卫星遥感大气的基本原理4
红外云图（续）
由于地表和大气的温度随季节和纬度而变，所以红外 云图上的色调表现有以下几个特点：
红外云图（续）
红外云图上地面、云面色调随纬度和季度而变化
在红外云图上，从赤道到极地，色调愈来愈变白， 这是由于地面和云面的温度向高纬度地区递减的缘 故。
同一高度上的云，愈往高纬度，云顶温度降低，其低云比中高云 尤为明显。
卫星观测到的辐射Lλ(θs）与物体温度有关。 物体温度越高，卫星观测到的辐射Lλ(θs）就越大， 卫星云图的色调就越暗；物体温度越低，卫星观测到的辐 射Lλ(θs）就越小，卫星云图的色调就越亮。（辐射大用 黑色表示，辐射小用白色表示）。
红外云图
红外云图: 通过红外辐射，气象 卫星通过红外扫描仪可探测物体的温度。
可见光云图观测原理
通道：0.52—0.68m；0.58—0.68m；0.725—1.1m等大气窗
L (s )
rs
B (T日）（ 日）（ s）日 cos日
在大气窗区 (θ日）= (θs）1，太阳辐亮度Bλ（T日)，可 看做常数，因此卫星观测到的辐射Lλ(θs）与物体反照率rsλ和太阳 天顶角θ日有关。
在白天的陆地上，干燥地表的温度变化较大，其色调变化也大；
潮湿或有植被覆盖的地区，温度变化较干燥的地区小，其色调变化 也较小。
可见光云图与红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其的反照率和太阳高 度角，红外云图上物象的色调决定于它的温度，所以 比较这两种云图，有一些外貌上相差很大，但也有些 是十分相似的。
区。在红外云图上，越往南，温度越高，色调越暗。
2、短波红外云图（3.55—3.93m）
L (s ) Lr (反射太阳辐射） L（e 物体发射辐射）
2、红外云图（续）
气象卫星遥感大气的基本原理和资料产品PPT课件
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,不同波段内使用的传感器。
4
5
6
§2 太阳和地球—大气系统辐射及其在大气中的传输特性 一、辐射的基本定律 1）基尔霍夫(Kirchhoff)定律 基尔霍夫定律是表明在一定温度下，物体的辐射能力与吸收率
8
波长(m) 6000K(近似太阳)和288K(近似地球)的黑体发射辐射光谱
9
由图看出： (1)理论上，任何温度的绝对黑体都发射波长0～ m的辐射，但温度不同，辐射能力不同，辐射能集 中的波段也不同。例如温度为6000K的物体总辐射能 力比288K大得多。而且6000K温度的物体的辐射能量 主要集中在0.17～4m波段内，而288K温度的物体的 辐射能量主要集中在3.3～80m波段内。 (2)每一温度下，黑体辐射都有一辐射最强的波长， 称为这个温度下发射的辐射峰值，并用max表示，即 光谱曲线的极大值。物体温度越高，其辐射峰值所对 应的波长max越短。
应的波长与温度的关系。从图2.3可以看到黑体辐射极大值所对应 的波长(max)是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。 据研究，黑体辐射极大值所对应的波长与其绝对温度成反比，这
个定律同样可以由普朗克公式通过对波长求导得到极大值。求导
第三章 气象卫星遥感大气的基本 原理和资料产品
§1 电磁波谱和辐射度量 §2 太阳和地球—大气系统辐射及
其在大气中的传输特性 §3 卫星云图观测原理 §4 气象卫星的定量产品简介
第1-4章 气象卫星遥感原理
② 圆锥扫描微波成像探测器(CMIS),可以对陆表和海表环境进行全 天候观测,并兼有微波成像和探测功能,探测数据包括大气温湿度廓线、 云、液态水和海面风速；
③ 横跨轨道扫描红外探测器(CfiS),有1000个红外通道,用于探测大 气的温度和湿度垂直廓线,温度探测精度≤1开,相对湿度探测精度≤10%；
风云气象卫星MVISR探测器的通道序号及主要用途
风云三号卫星的主要任务是：提供全球的温、湿、 云、辐射等参数，实现中期数据预报；监测大范围的自 然灾害和生态环境；探测地球物理参数，研究全球气候 变化与环境变化的规律；为航空、航海等提供全球及地 区的气象信息等。
风云三号卫星与美国、欧洲新一代的极轨气象卫星 一起成为国际上最重要的三大极轨气象卫星，已纳入世 界气象组织业务气象卫星系统，将在国际对地观测体系 占有重要的、不可缺少的地位，成为全球对地观测系统 的重要数据源。
第六阶段：2010年左右后，再更新，进入NOAAO-Q 系列，将分别於2008年，2010年，2013年，2015年发射。
在NOAAO-Q 系列上的新仪器先放在NASA极轨平台上试验， 如果没问题，再移植到NOAA卫星上来。
预计在这一卫星系列上的仪器：功能更强的AVHRR和HIRS， 探测高层大气的AMSU，太阳后向散射紫外辐射仪SBUVR，臭氧 总量绘图光谱仪（TOMS）等。NOAAO-Q系列卫星将可安装有 1000多个通道的红外大气探测器（AIRS）。
第二阶段：从1970到1978年，以美国ITOS卫 星为代表，13颗。
红外波段的图像使人们可以昼夜观测地球大 气，气象卫星的观测做到了全天候，出现了用于 大气温度垂直廓线观测的探测仪。
气象卫星观测数据从空间向地面模拟传递。 由于数据传递过程中夹带了噪音；气象卫星观测 数据的定量处理和应用尚不能做到，卫星观测资 料的应用方法主要还是云图的定性判读。
③ 横跨轨道扫描红外探测器(CfiS),有1000个红外通道,用于探测大 气的温度和湿度垂直廓线,温度探测精度≤1开,相对湿度探测精度≤10%；
风云气象卫星MVISR探测器的通道序号及主要用途
风云三号卫星的主要任务是：提供全球的温、湿、 云、辐射等参数，实现中期数据预报；监测大范围的自 然灾害和生态环境；探测地球物理参数，研究全球气候 变化与环境变化的规律；为航空、航海等提供全球及地 区的气象信息等。
风云三号卫星与美国、欧洲新一代的极轨气象卫星 一起成为国际上最重要的三大极轨气象卫星，已纳入世 界气象组织业务气象卫星系统，将在国际对地观测体系 占有重要的、不可缺少的地位，成为全球对地观测系统 的重要数据源。
第六阶段：2010年左右后，再更新，进入NOAAO-Q 系列，将分别於2008年，2010年，2013年，2015年发射。
在NOAAO-Q 系列上的新仪器先放在NASA极轨平台上试验， 如果没问题，再移植到NOAA卫星上来。
预计在这一卫星系列上的仪器：功能更强的AVHRR和HIRS， 探测高层大气的AMSU，太阳后向散射紫外辐射仪SBUVR，臭氧 总量绘图光谱仪（TOMS）等。NOAAO-Q系列卫星将可安装有 1000多个通道的红外大气探测器（AIRS）。
第二阶段：从1970到1978年，以美国ITOS卫 星为代表，13颗。
红外波段的图像使人们可以昼夜观测地球大 气，气象卫星的观测做到了全天候，出现了用于 大气温度垂直廓线观测的探测仪。
气象卫星观测数据从空间向地面模拟传递。 由于数据传递过程中夹带了噪音；气象卫星观测 数据的定量处理和应用尚不能做到，卫星观测资 料的应用方法主要还是云图的定性判读。
气象卫星的结构与原理课件
气象卫星的分类
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。
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。
气象卫星遥感大气的基本原理
多光谱成像技术利用不同物体在不同 波长光谱下的反射特性，通过测量这 些反射辐射的强度，可以反演出大气 的污染物质浓度、植被覆盖情况和城 市热岛效应等参数。
04
气象卫星遥感大气的主要应用
天气预报与气候预测
天气预报
气象卫星遥感通过观测地球大气层的温度、湿度、气压和风速等信息，为天气预报提供实时数据支持，帮助预报 员准确预测天气变化趋势。
气候预测
气象卫星遥感数据被广泛应用于气候预测，通过对长时间序列的大气参数和地表特征进行监测和分析，有助于理 解气候变化规律，预测未来气候趋势。
大气污染监测与防治
大气污染监测
气象卫星遥感能够监测大气中的污染物浓度和分布情况，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等，为大气 污染治理提供科学依据。
大气污染防治
基于气象卫星遥感数据，可以分析污染物扩散规律和影响范围，为制定大气污染防治措施提供决策支 持，如优化工业布局、控制污染物排放等。
总结词
通过测量地球大气层对微波辐射的发射和散射特性，推断出大气的温度、湿度和 云液态水含量等参数。
详细描述
微波辐射计技术利用大气中的气体分子和云滴对微波辐射的发射和散射特性，通 过测量这些辐射的强度和方向，可以反演出大气的温度、湿度和云液态水含量等 参数。
激光雷达技术
总结词
通过向地球大气层发射激光束并测量其反射回的信号，推断 出大气的能见度、气溶胶浓度和云高度等参数。
VS
灾害评估
在灾害发生后，气象卫星遥感可以通过对 灾区的范围、受灾程度等进行评估，为救 灾和恢复重建工作提供决策支持。
05
气象卫星遥感大气的挑战与展望
数据处理与分析的挑战
数据量庞大
气象卫星遥感获取的数据量庞大， 需要高效的数据处理和分析技术 来处理这些数据。
04
气象卫星遥感大气的主要应用
天气预报与气候预测
天气预报
气象卫星遥感通过观测地球大气层的温度、湿度、气压和风速等信息，为天气预报提供实时数据支持，帮助预报 员准确预测天气变化趋势。
气候预测
气象卫星遥感数据被广泛应用于气候预测，通过对长时间序列的大气参数和地表特征进行监测和分析，有助于理 解气候变化规律，预测未来气候趋势。
大气污染监测与防治
大气污染监测
气象卫星遥感能够监测大气中的污染物浓度和分布情况，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等，为大气 污染治理提供科学依据。
大气污染防治
基于气象卫星遥感数据，可以分析污染物扩散规律和影响范围，为制定大气污染防治措施提供决策支 持，如优化工业布局、控制污染物排放等。
总结词
通过测量地球大气层对微波辐射的发射和散射特性，推断出大气的温度、湿度和 云液态水含量等参数。
详细描述
微波辐射计技术利用大气中的气体分子和云滴对微波辐射的发射和散射特性，通 过测量这些辐射的强度和方向，可以反演出大气的温度、湿度和云液态水含量等 参数。
激光雷达技术
总结词
通过向地球大气层发射激光束并测量其反射回的信号，推断 出大气的能见度、气溶胶浓度和云高度等参数。
VS
灾害评估
在灾害发生后，气象卫星遥感可以通过对 灾区的范围、受灾程度等进行评估，为救 灾和恢复重建工作提供决策支持。
05
气象卫星遥感大气的挑战与展望
数据处理与分析的挑战
数据量庞大
气象卫星遥感获取的数据量庞大， 需要高效的数据处理和分析技术 来处理这些数据。
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射Lλ (θ s）就越小，卫星云图的色调就越亮。（辐射大用 黑色表示，辐射小用白色表示）。
Байду номын сангаас 红外云图
红外云图: 通过气象卫星上红外探测器得到的云图。
一切绝对温度高于0度的物体都会发出红外辐射，气象 卫星通过红外扫描仪可探测物体的温度。
红外云图的优点是不论白天夜间都可以实现连续观测， 它的探测值是物体表面温度的分布情况。
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决定 于物体的双向反射率，如果将地面看成朗伯面，则 卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率，物体的反 照率愈大，它的色调愈白；反照率愈小，色调愈暗 ；
反过来，可以根据卫星云图上的色调估算入射到地 表面的太阳辐射、物象的反照率和双向反射率。
日 变 化 FY-1 88.9.6.22：06 VIS
红外云图（续）
红外云图上地面、云面色调随纬度和季度而变化
在红外云图上，从赤道到极地，色调愈来愈变白， 这是由于地面和云面的温度向高纬度地区递减的缘 故。
同一高度上的云，愈往高纬度，云顶温度降低，其低云比中高云 尤为明显。
这就造成了在高纬度地区，低云和地表面的色调同中高云的色调 很相近，这种现象在冬季最明显，而且尤其是在夜间，最不容易 区分出冷的地表面上空的云。
可见光云图观测原理
通道：0.52—0.68m；0.58—0.68m；0.725—1.1m等大气窗
L (s )
rs
B (T日）（ 日）（ s）日 cos日
在大气窗区 (θ 日）= (θ s）1，太阳辐亮度Bλ （T日)，可 看做常数，因此卫星观测到的辐射Lλ (θ s）与物体反照率rsλ 和太阳 天顶角θ 日有关。
可见光云图
可见光云图： 气象卫星通过可见光波段（一般是0.5 到0.7微米）探测获得的资料。
不同的地表、海洋等在可见光波段有不同的特征，可见 光云图的探测值为反照率。
可见光资料只能在白天使用。 在FY-2云图中为通道5（ch5）的资料。
可见光云图（续）
可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光谱段，如 AVHRR仪器的CH1(0.68-0.725微米）通道或静止卫星 的(0.52- 0.75微米)，测量来自地面和云面反射的太阳 辐射，如果将卫星接收到的地面目标物反射太阳辐射 转换为图象，如果卫星接收到的辐射越大，用越白的 色调表示；而对接收到的辐射越小，则用越暗的色调 表示，这就得到可见光云图。
季节变化 NOAA （73.10.26.8：00 VIS）
红外云图观测原理
1、长波红外云图（10.5—12.5m大气窗）
Lλ (θ s）= Sλ Bλ （TS) (θ s） ≈ Bλ （TS)
卫星观测到的辐射Lλ (θ s）与物体温度有关。 物体温度越高，卫星观测到的辐射Lλ (θ s）就越大， 卫星云图的色调就越暗；物体温度越低，卫星观测到的辐
在冬季热带和副热带地区，地表面和高云的温度差达110℃以上， 在云图上有明显的反差；但是大陆极地区域，这种温度差不到 20℃，这就是说在高纬度地区地表和云之间的温度差很小，所以 在红外云图上只有很小的色调反差，不容易将云与冷地表区别开 ，云的类型也难以区别。
2、红外云图（续）
红外云图上水面与陆地色调的变化
潮湿或有植被覆盖的地区，温度变化较干燥的地区小，其色调变化 也较小。
可见光云图与红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其的反照率和太阳高 度角，红外云图上物象的色调决定于它的温度，所以 比较这两种云图，有一些外貌上相差很大，但也有些 是十分相似的。
可见光云图与红外云图的比较
可见光和红外云图的比较
可见光云图（续）
在可见光云图上，物象的色调决定于反射太阳辐 射的强度。
而卫星接收到的反射太阳辐射决定于入射到目标 物上的太阳辐射，及目标物的反照率。
入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角有关。
因此，在可见光云图上物象的色调与其本射的反 照率和太阳高度角有关。
反照率对可见光云图上色调的影响
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海面 的色调比陆面要暗。但是到夏季，陆面的温度要高于海面 温度，特别是在我国北方沿海地区，还不到夏季白天陆地 增温较快， 如山东半岛地区就表现为较暗的色调。
如果陆地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界 线也不清楚。
在白天的陆地上，干燥地表的温度变化较大，其色调变化也大；
第四节 卫星云图观测原理
VIS通道： 0.52—0.68，0.58—0.68 m等大气窗→可见光云图 0.725—1.1m →近红外云图
IR通道： 10.5—12.5m大气窗→长波红外云图 3.55—3.93m大气窗→短波红外云图 5.7—7.3m水气吸收带→水汽图
图象灰阶规则：
VIS：反射强,辐射测量值大，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。 IR：温度低, 辐射测量值小，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。
红外云图（续）
在红外云图上的色调分布反映的是地面或云面的红外 辐射或亮度温度分布，在这种云图上，色调愈暗，温 度愈高，卫星接收到的红外辐射愈大；色调愈浅，温 度愈低，辐射愈小。
根据卫星云图上的色调差异可以估计地面、云面的温 度分布。
红外云图（续）
由于地表和大气的温度随季节和纬度而变，所以红外 云图上的色调表现有以下几个特点：
可见光云图的西北侧E处色调很暗，这是因在该处太阳高度角太低，光照不足 之故；图上，越往东南，太阳高度角越大，云色调越白。
相应在红外云图上E处，由于该时已是深秋时刻，地表的温度较低，显现较浅 的色调。图中A—B为白色卷云带，之下为中低云区，之南M处为较厚的中低云
在一定的太阳天顶角θ 日下，物体反照率rsλ 越大，卫星观测到 的辐射Lλ (θ s）就越大，在云图上色调就越亮； 而rsλ 越小， Lλ (θ 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rsλ 相同的条件下，太阳天顶角θ 日越大，卫星观测到 的辐射Lλ (θ s）就越小，卫星云图的色调就越暗； θ 日越小， Lλ (θ s）就越大，卫星云图的色调就越亮。
Байду номын сангаас 红外云图
红外云图: 通过气象卫星上红外探测器得到的云图。
一切绝对温度高于0度的物体都会发出红外辐射，气象 卫星通过红外扫描仪可探测物体的温度。
红外云图的优点是不论白天夜间都可以实现连续观测， 它的探测值是物体表面温度的分布情况。
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决定 于物体的双向反射率，如果将地面看成朗伯面，则 卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率，物体的反 照率愈大，它的色调愈白；反照率愈小，色调愈暗 ；
反过来，可以根据卫星云图上的色调估算入射到地 表面的太阳辐射、物象的反照率和双向反射率。
日 变 化 FY-1 88.9.6.22：06 VIS
红外云图（续）
红外云图上地面、云面色调随纬度和季度而变化
在红外云图上，从赤道到极地，色调愈来愈变白， 这是由于地面和云面的温度向高纬度地区递减的缘 故。
同一高度上的云，愈往高纬度，云顶温度降低，其低云比中高云 尤为明显。
这就造成了在高纬度地区，低云和地表面的色调同中高云的色调 很相近，这种现象在冬季最明显，而且尤其是在夜间，最不容易 区分出冷的地表面上空的云。
可见光云图观测原理
通道：0.52—0.68m；0.58—0.68m；0.725—1.1m等大气窗
L (s )
rs
B (T日）（ 日）（ s）日 cos日
在大气窗区 (θ 日）= (θ s）1，太阳辐亮度Bλ （T日)，可 看做常数，因此卫星观测到的辐射Lλ (θ s）与物体反照率rsλ 和太阳 天顶角θ 日有关。
可见光云图
可见光云图： 气象卫星通过可见光波段（一般是0.5 到0.7微米）探测获得的资料。
不同的地表、海洋等在可见光波段有不同的特征，可见 光云图的探测值为反照率。
可见光资料只能在白天使用。 在FY-2云图中为通道5（ch5）的资料。
可见光云图（续）
可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光谱段，如 AVHRR仪器的CH1(0.68-0.725微米）通道或静止卫星 的(0.52- 0.75微米)，测量来自地面和云面反射的太阳 辐射，如果将卫星接收到的地面目标物反射太阳辐射 转换为图象，如果卫星接收到的辐射越大，用越白的 色调表示；而对接收到的辐射越小，则用越暗的色调 表示，这就得到可见光云图。
季节变化 NOAA （73.10.26.8：00 VIS）
红外云图观测原理
1、长波红外云图（10.5—12.5m大气窗）
Lλ (θ s）= Sλ Bλ （TS) (θ s） ≈ Bλ （TS)
卫星观测到的辐射Lλ (θ s）与物体温度有关。 物体温度越高，卫星观测到的辐射Lλ (θ s）就越大， 卫星云图的色调就越暗；物体温度越低，卫星观测到的辐
在冬季热带和副热带地区，地表面和高云的温度差达110℃以上， 在云图上有明显的反差；但是大陆极地区域，这种温度差不到 20℃，这就是说在高纬度地区地表和云之间的温度差很小，所以 在红外云图上只有很小的色调反差，不容易将云与冷地表区别开 ，云的类型也难以区别。
2、红外云图（续）
红外云图上水面与陆地色调的变化
潮湿或有植被覆盖的地区，温度变化较干燥的地区小，其色调变化 也较小。
可见光云图与红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其的反照率和太阳高 度角，红外云图上物象的色调决定于它的温度，所以 比较这两种云图，有一些外貌上相差很大，但也有些 是十分相似的。
可见光云图与红外云图的比较
可见光和红外云图的比较
可见光云图（续）
在可见光云图上，物象的色调决定于反射太阳辐 射的强度。
而卫星接收到的反射太阳辐射决定于入射到目标 物上的太阳辐射，及目标物的反照率。
入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角有关。
因此，在可见光云图上物象的色调与其本射的反 照率和太阳高度角有关。
反照率对可见光云图上色调的影响
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海面 的色调比陆面要暗。但是到夏季，陆面的温度要高于海面 温度，特别是在我国北方沿海地区，还不到夏季白天陆地 增温较快， 如山东半岛地区就表现为较暗的色调。
如果陆地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界 线也不清楚。
在白天的陆地上，干燥地表的温度变化较大，其色调变化也大；
第四节 卫星云图观测原理
VIS通道： 0.52—0.68，0.58—0.68 m等大气窗→可见光云图 0.725—1.1m →近红外云图
IR通道： 10.5—12.5m大气窗→长波红外云图 3.55—3.93m大气窗→短波红外云图 5.7—7.3m水气吸收带→水汽图
图象灰阶规则：
VIS：反射强,辐射测量值大，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。 IR：温度低, 辐射测量值小，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。
红外云图（续）
在红外云图上的色调分布反映的是地面或云面的红外 辐射或亮度温度分布，在这种云图上，色调愈暗，温 度愈高，卫星接收到的红外辐射愈大；色调愈浅，温 度愈低，辐射愈小。
根据卫星云图上的色调差异可以估计地面、云面的温 度分布。
红外云图（续）
由于地表和大气的温度随季节和纬度而变，所以红外 云图上的色调表现有以下几个特点：
可见光云图的西北侧E处色调很暗，这是因在该处太阳高度角太低，光照不足 之故；图上，越往东南，太阳高度角越大，云色调越白。
相应在红外云图上E处，由于该时已是深秋时刻，地表的温度较低，显现较浅 的色调。图中A—B为白色卷云带，之下为中低云区，之南M处为较厚的中低云
在一定的太阳天顶角θ 日下，物体反照率rsλ 越大，卫星观测到 的辐射Lλ (θ s）就越大，在云图上色调就越亮； 而rsλ 越小， Lλ (θ 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rsλ 相同的条件下，太阳天顶角θ 日越大，卫星观测到 的辐射Lλ (θ s）就越小，卫星云图的色调就越暗； θ 日越小， Lλ (θ s）就越大，卫星云图的色调就越亮。