航空气象 9.1卫星云图上云的识别
卫星云图的云状分析
卫星云图的云状分析提要随着卫星云图的日益普及，云图在预报中的使用越来越多，本文就卫星云图使用中的有关问题作了一些探讨，供大家参考。
关键词：卫星云图云状分析天气系统一、卫星云图的种类按卫星轨道分，可分为极轨卫星云图和同步卫星云图，目前大多使用的是三种同步卫星云图：可见光云图，红外云图和水汽云图。
可见光云图(VIS)利用云顶反射太阳光的原理制成，故仅能于白昼进行摄影。
可见光卫星云图可显示云层覆盖的面和厚度，比较厚的云层反射能力强，在可见光卫星云图上，会显示出亮白色，云层较薄则显示暗灰色，还可与红外线卫星云图结合起来，做出更准确的分析。
红外云图(IR)利用卫星上之红外线仪器，来测量云层之温度。
其中，温度低的云层会以亮白色来显示，也就是此处的云层较高，而暗灰色的部分则代表云层高度较低，因为越接近地面的云层温度越高。
简单而言，即以云顶的不同温度来判断云层的高度。
水汽云图(WV) 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人造卫星，则人造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。
对于6-7μm水汽带，卫星测得的辐射来自对流层中上层，故水汽图反映大气上层水汽的空间分布。
但对低层水汽不敏感，这是其不足之处，使用中应与其它云图相结合，作综合判断。
二、卫星云图的典型云系识别2.1 几种基本云的识别卷云：高度最高，温度最低，反照率低。
中云(包括高层云和高积云)：反照率有的大有的小，温度较低，范围较大。
积云和浓积云：在云图上实际为积云群，表现为带状，线状和细胞状结构，其上多皱纹，多起伏和不均匀，造成这种现象的原因是积云内部高度不同，云顶温度不一致，厚度有参差，云的形状不规则。
积雨云：反照率高，温度也低，高空风垂直切变小时呈圆形，较大时呈椭圆形，并出现卷云砧，尺度为几十至几百公里，初生时尺度较小，边界光滑，成熟后云体较大，顶部出现向四周散开的卷云羽，消亡时色调变暗，为一片松散的卷云。
卫星云图的识别
在卫星云图上，各类物象都有自已的边界形状,所以根据不同的边界可以判别各类物象。各种云的边界形状有直线的、圆形的、扇形的,有呈气旋性弯曲的、也有呈反气旋性弯曲的，有的云（如层云和雾)的边界十分整齐光滑，有的云(积云和浓积云）的边界则很不整齐。
云的边界还是判断天气系统的重要依据,如急流云系的左界整齐光滑，冷锋云带呈气旋性弯曲等。 ﻫ ４ 色调 ﻫ 色调有时也称亮度或灰度,它是指卫星云图上物象的明暗程度。不同通道图象上的色调代表的意义也不同。如可见光云图上的色调与物象的反照率、太阳高度角有关。对云而言,其色调与它的厚度、成份(水滴或冰粒子性质)和表面的光滑程度有关。云的厚度越厚,反照率越大,色调越白,大而厚的积雨云的色调最白,因此由云的色调可以推算云的厚度。在相同的照明和云厚条件下，水滴云要比冰云白。对水面的色调取决于水面的光滑程度、含盐量、混浊度和水层的深浅,一般地说，光滑的水面(风很小)表现为黑色；水层越浅,水越混浊,则其色调越浅。ﻫ在红外云图上， 物象的色调决定于其本身的温度，温度越高色调越黑。由于云顶温度随大气高度增加而降低,云顶越高,其温度越低，色调就越白；因此根据物象的温度能判别云属于那一种类型和地表。积雨云和卷云的色调最白，夏季白天沙漠地区,温度高，色调很黑。
2）暗影的宽度与太阳高度角有关,太阳高度角越低，迎太阳一侧云的色调越明亮,背太阳光一侧出现暗影。所以冬季中高纬度地区或早晨的卫星云图上，一些较高云的暗影较明显。而太阳高度角较高时,如低纬度地区或中午前后期间，即使是卷云或积雨云也难以从云图上见到卷云。
3）在上午的卫星云图上，暗影出现于云的西边界一侧;如若是下午的云图上，则暗影出现于云区的东边界一侧。
4）暗影只能出现于色调较浅的下表面上,如低云、积雪或太阳耀斑区内容易见到暗影。
气象卫星云图图像识别
北方锋面云系距台风中心 最近距离有9个纬距，台风 移向已受到锋面云系影响， 未来将逐渐向北转向。
专业人士应如何深入理解卫星云图？
ATMB
• 卫星云图是什么？它如何反应大气的状况 （运动，热力，不稳定）？
• 专业知识如何能跟卫星云图结合？
• 需要什么方法和工具来帮助使用卫星云图？
ATMB
不同方式观测的云: 地面 (左上); 飞机 (右上); 空间站 (左下); 静止卫星 (右下)
ATMB
100
50
0 1st 3rd Qtr Qtr
East West North
ATMB
GOES East is at
75 W above the equator. Florida is at around 85 W and
红外波段，波长1 mm－0.7μm，进一步可分为亚毫米波、远 红外、热红外和近红外分子的转动和振动是红外电磁波与物质 相互作用的主要机制。主要用于成像仪、分光计和辐射仪等
可见光波段，波长0.7μm －0.4μm。电子能级跃迁是主要机制 紫外光谱区，波长0.4μm －300A
X射线（300A －0.3A），γ射线（ λ＜0.3A）
ATMB
气象卫星的种类
ATMB
极轨卫星（绕极地，~850 km，被动） 空间分辨率高：~1 km， 时间分辨率低：12 hr 空间覆盖面积小 不适合监测对流天气和短时预报
气象卫星云图图像识别 及分析应用
提纲
ATMB
1、前言 2、卫星云图的基本知识 3、气象卫星云图的判识依据 4、主要天气系统的云型特征 5、卫星云图在强对流 台风 暴雨等天气系
统分析中的应用
民用航空气象人员执照考试试题汇编
民用航空气象人员执照考试试题汇编删除该段。
第二部分气象观测改写：本部分包括气象观测员应当掌握的气象观测知识和技能，包括各种气象要素的观测方法、气象观测仪器的使用和气象观测数据的处理等。
第三部分气象学基础知识改写：本部分包括气象观测员应当掌握的气象学基础知识，包括大气的组成和结构、大气运动和天气形成原理、气象要素的相互关系等。
第四部分航空气象知识改写：本部分包括气象观测员应当掌握的航空气象知识，包括各种气象现象对航空飞行的影响、各种航空气象预报产品的解读和使用等。
第五部分气象服务删除该段。
第六部分气象保障改写：本部分包括气象观测员应当掌握的气象保障知识，包括气象保障体系的组成和职责、气象保障工作的流程和方法等。
第七部分气象法规和规范改写：本部分包括气象观测员应当掌握的气象法规和规范，包括XXX的相关规定、气象观测规范和气象保障标准等。
眼睛能够感知物体的最小亮度对比，即在当前背景亮度下能够辨认物体的数值，这个数值是随着不同环境条件而变化的，被称为照度视觉阈（ET），单位为勒克斯（lx）。
基准观测点是指安装自动气象站的位置，用于观测代表机场综合天气状况的气象要素所在的任一跑道。
大气气溶胶质粒是指悬浮在大气中的固体和液体质粒，它们的沉降速率很小。
大气中吸收太阳辐射的物质主要包括氧、臭氧、水汽和液态水，其次是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、尘埃等。
干绝热线是在温度对数压力图中的黄色斜实线，代表干空气（或未饱和湿空气）在绝热升降运动中的状态变化曲线。
泊松方程说明，在干空气绝热过程中，温度变化的直接原因是气压的改变。
当气压升高时，气块会绝热增温；气压降低时，气块则绝热冷却。
云雾的微观结构是用物态、质点大小、含水量和数密度等微物理特征量来描述的。
曙暮光的持续时间主要取决于季节和地理纬度，同时还受空气湿度、云况和大气浑浊度的影响。
电离层的主要形成原因是太阳辐射的X射线和紫外射线，以及来自其它星体的高能宇宙射线，这些射线可以使空气分子发生电离。
气象卫星云图云检测及分类的研究
气象卫星云图云检测及分类的研究气象卫星云图云检测及分类的研究引言：气象卫星云图是全球气象监测系统中的重要组成部分，它们能够提供全球范围内的云信息。
云团是天气系统中的基本元素，它们影响着大气中的湿度、温度以及降水等气象因素。
因此，对气象卫星云图进行云检测和分类的研究具有重要意义，不仅能够提高气象预报的准确性，还能为气候变化、环境监测等领域提供有力支持。
一、气象卫星云图云检测的方法气象卫星云图的云检测是指通过对卫星云图进行图像分析，将云和非云地区进行区分的过程。
目前，常用的气象卫星云检测方法主要包括：可见光法、红外线法、多通道法和面积阈值法等。
1.1 可见光法可见光法是利用气象卫星拍摄的可见光波段图像来进行云检测。
可见光波段是指波长在400-700纳米范围内的电磁波，它对应于人眼可见的光谱范围。
在可见光图像中，云区通常呈现白色或灰白色，而非云地区则呈现较暗的颜色。
这种方法简单实用，但受到夜晚、低亮度等因素的限制。
1.2 红外线法红外线法是通过气象卫星拍摄的红外线图像来进行云检测。
红外线图像反映了地球表面和大气层的红外辐射情况，而云团在红外图像中通常呈现比周围地区更亮的灰白色或白色。
这种方法能够在夜晚、低亮度条件下进行云检测，但对于高云和低云的检测效果较差。
1.3 多通道法多通道法是通过综合利用可见光波段和红外线波段的特点进行云检测。
通过选择合适的波段组合，可以提高云检测的准确性。
例如，可见光波段主要用于检测低云和云的形态信息，而红外波段则用于检测高云和薄云。
1.4 面积阈值法面积阈值法是指通过设置合适的阈值来判断像素区域中的云的面积大小，从而进行云的检测和分类。
当像素区域中的云面积超过设定的阈值时，就判定该区域为云。
这种方法简单快速，但对于云的类型和云的形态信息的提取较为困难。
二、气象卫星云图云分类的方法气象卫星云图的云分类是指对云团进行识别和分类的过程。
根据云的形态、云的高度以及云的厚度等特征，可以将云团分为几个类别，如积云、层云、卷云等。
航空气象 9.2云状的识别
1989年8月31日1407时(UTC)的 NOAA卫星云图
层云St和雾
在可见光云图上，层云和雾表现为 一片光滑均匀的云区，其调从白色到 灰色，层云和雾区的边界清楚，和地 形走向一致；
在红外云图上层云和雾在红外云图 上，层云和雾表现为灰色，纹理均匀； 红外云图上有时有“黑层云”或“黑 雾”
海雾与海岸线
色调
色调也称亮度或灰度，它指的是卫 星云图上物象的明暗程度。
在可见光云图上，云的色调随云的 厚度加大而变白。大而厚的积雨云 在可见光云图上表现最白
在红外云图上，温度越低，色调越 白
暗影
可见光云图上，高云在低 云或地面上的投影，红外 云图上不出现暗影
分析暗影可以帮助我们识 别云的相对高低
构型式有带状、涡旋状、细胞状和 波状等
北大西洋地区的IR图
爱尔兰西南方的一个成熟低压
范围大小
云图照片上物象的大小，直接表明 物象的尺度
云图上云系的尺度是与天气系统一 致的。
边界形状
云的边界形状因其形成原因而有一 定规律
急流卷云的左界光滑，细胞状云系 呈环状等。层云和雾的边界一般整 齐光滑，边界的形状与地形走向相 一致。
我
国
南
方
夜
间
的
积
雨
图显示了我国南方夜间的积雨云团群A、B、C
云
Hale Waihona Puke 由于高空风速小，其四周仅有一些短的卷云羽
青藏 高原 南侧 的积 雨云
团
青藏高原南侧高空风很大时的积雨云团，G、H、 D表现为上风边界整齐，下风方向C上出现卷云 砧，云系色调越来越暗，积云母体色调很白
3.中云（高层云As和高积云Ac）
1.卷状云
1.卷状云（卷云、卷层云、密卷云、卷云砧） 主要由冰晶组成，透明度好，反照率低 特征：有时可透过卷状云看到地面目标物； 卷状云多带有纤维状纹理。 色调：在可见光云图上表现为浅灰色到白色 红外图上表现为白色
卫星云图的识别
卫星云图的识别一、卫星云图的分类卫星云图可以根据卫星所接受的波长范围分为三类：1.红外图像（ IR）：波长区间 10.5 至 12.5um2.可见光图像（ VIS）：波长区间 0.4 —1.1um3.水汽图像（ WV）：波长区间 5.7 至 7.1um红外云图红外云图的色调决定于物体的温度，反映了地面和云面的红外辐射或温度的分布。
浅色调表示红外辐射小，温度低；暗色调表示红外辐射大，温度高。
所以云顶高度越高，其温度越低，云的色调越白。
红外云图的优点是可区分不同层次的云。
缺点是因为温度相近的关系，不能区分地面和低云。
可见光云图可见光云图中亮度与星下底物表面的反照率相关很好。
图像较黑的色调代表低的亮度（低的反射辐射强度）；较亮的色调代表高亮度。
高反照率的云，云厚度大，云中水含量高，云滴的平均尺度小；低反照率的云，云厚度小，云中水含量低，云滴的平均尺度大。
可见光云图的优点是分辨率高，可区分地面和低云，云的纹理清晰。
缺点很明显，因为仅靠目标物反射，所以夜间资料不可用。
水汽云图波长 6-7um 附近是以水汽为吸收体的一个谱区。
在强吸收带中，到达卫星的辐射主要来自对流层上部。
水汽图像和红外图像一样，把接收到的辐射转换为温度来显示。
对流层上部高湿区显的亮（冷），低湿区显得暗（暖）。
即使对流层上部很干燥，近地层大气仍然可能很湿。
水汽云图优点是，可提供大气水平运动信息。
缺点是其主要反映了 400hPa-600hPa的水汽，对于其他吸收谱区无法显示。
二、云图识别判据：在卫星云图上，云的识别可以根据以下六个判据：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。
1结构形式在云图上，所谓结构型式是指目标物对光的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不同明暗程度物象点的分布式样，这些物象点的分布可以是有组织的，也可以是散乱的，即表现为一定的结构型式。
卫星云图上云的结构型式有带状、涡旋状、团状（块）、细胞状和波状等。
由云的结构型式有助于识别云的种类和云的形成过程，如：冬季洋面的开口细胞状云系，是由积云或浓积云组成，它是冷空气到达洋面受海面加热变性而形成的；大尺度的带状云系主要是由高层云和高积云组成的；团状云块一般是积雨云等。
卫星云图云和云型识别PPT课件
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
半边亮半边暗
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响
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气象卫星测量6.7μm的红外辐射能主要受大气中水汽含量、水汽在垂直方向中 的位置和水汽层的温度等三个因素影响。
在水汽图上，色调越白表示大气中水汽含量越多，反之就越少。比较水汽图和 红外云图，发现水汽图有以下特点： ①在水汽图上，积雨云和卷云的表现十分清楚，其特征与红外云图类同； ②难以在水汽图上见到地表和低云（低于850hPa），其发射的辐射被大气全部吸收 而不能到达卫星； ③在水汽图上的水汽表现远比红外图上的云区要宽广，因为在没有云的地方仍然有 水汽存在；因此在水汽图上水汽区比云区要连续完整； ④在水汽图上色调浅白的地区是对流层上部的湿区，一般与上升运动相联系；色调 为黑区是大气中的干区，相应于大气中的下沉运动。
因子,要精确推算表面温度,必须消除大气中水汽的 影响.为此将红外观测通道10.5-12.5μm分裂为两个 通道,称为红外分裂窗通道.在这两个窗区通道中, 主要是水汽对红外辐射的吸收,且是不同的,利用这 种差异可以估算大气中的水汽含量,从而用于估算 海面温度.
第23页/共53页
红外图像在红外波段选用的通道 短波红外云图3.55-3.93μm 它位于反射太阳辐射及
可见光云图与红外云图的比较 可见光云图上物像的色调决定于其反照率和太阳高度角，
红外云图上物像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。
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各种目标的一般色调
色调
目标物
黑色
海洋、湖泊、大的河流
深灰色
大面积森林、草地、耕地
灰 色 陆地晴天积云、沙漠、单独出现的卷云
灰白色
大陆上薄的中高云
白 色 积雪、冰冻湖海、中等厚度的云
浓白色
大块厚云、积雨云、多层云
2.红外云图（IR）
红外云图所反映的是地表和云面的温度 分布
色调越黑表示红外辐射越大，目标温度 越高
横断山脉积雪
太阳耀斑
的气象资料，实现了卫星的全球 观测。
极轨卫星工作原理
FY-1号C星
卫星本体是1·4×1·4×1·2米的六面体，星体 外侧对称安装六块太阳能帆板，卫星总长度 为8·6米，星重750千克。
卫星高900公里， 倾角99°， 周期102.86分钟。 每天卫星绕地 球为14圈。
地球同步气象卫星
轨道：位于赤道上空 周期：和地球自转周期相等 高度：约为36000千米 用途： 对某一地区进行连续观测，能清楚
地看到天气系统和云系的连续演变 过程
静止卫星扫描原理
风云二号（FY—2）气象卫星
2000年６月２５日,北京时间晚上７时50 分，我国在西昌卫星发射中心用“长征 三号”运载火箭，成功地将“风云二 号”B星卫星送入太空。这是我国发射的 第二颗地球同步轨道气象卫星。
全球卫星观测系统示意图
卫星资料的应用
第九章
卫星云图 及其应用
为什么要发射 气象卫星
天气图上的气象资料很不全面， 我国青藏高原是一片空白
有些资料在地面上不好观测
高空风场 地面冰雪覆盖 海面温度 大气中的臭氧分布 大气中的水汽分布 ……
我国的第一颗人造地球卫星
我国第一颗人造地 球卫酒泉卫星 发射中心发射成功
1987年4月7日15：37时(UTC) 的可见光云图
在可见光云图上我 们就可以发现，这 是一个盖在积云和 层积云带上的高云 罩。而低层的积云 和层积云与环绕低 压中心气流中的冷 空气槽相关。
3.水汽图（WV）
卫星选用6.7μm水 汽吸收谱段接收大 气中水汽发射的辐 射，并以图像表示 便得到水汽图。在 水汽图上，水汽越 多，卫星接收到的 辐射越少，色调越 白；水汽越少, 卫 星接收到的辐射越 多，色调越黑。
可见光云图上的沙尘暴
2002年4月6日13 时NOAA-16气象
卫星监测图像。
内蒙中东部、河
北北部出现了大
范围沙尘天气，
部分地区有沙尘
暴。图中黄色表
示沙尘区，白色
表示云区。本次
沙尘暴影响总面
积约为45.8万平
方公里
GMS 紅外 光資 料所 估計 出的 海面 溫度
青海南部 囊谦县境 内有一处 火点，位 于N32.1， E96.32。 西藏自治 区昌都县 境内有一 处火点， 位于 N31.16， E97.14。
色调越白表示红外辐射越小，目标温度 越低
2.红外云图（IR）
特征：
（1）地面、云面的色调随纬度和季节而 变化
（2）海陆色调对比随季节变化
附图20（a）、（b）
可见光云图与红外云图的比较
1987年4月7日15：37时(UTC) 的红外云图
在图中，位于 爱尔兰以南的 云型乍一看很 象锋面波，而 实际上是由于 这张红外云图 上出现了大量 的冷卷云所致
气象 卫星 监测 积雪 覆盖
洞庭 湖地 区气 象卫 星水 情监 测图
二、卫星云图的种类
1.可见光云图（VIS） 2.红外云图（IR） 3.水汽图（WV）
1.可见光云图（VIS)
气象卫星在可见光谱段感应地面和云面 对太阳光的反射，并把所得到的信号表 示为一张平面图像，这就是可见光云图。
在一定的太阳高度角下，物体的反照率 越大，其色调越白；反照率越小，色调 就越暗。
第一节 卫星云图上云的识别
一、气象卫星简介
气象卫星的分类及全球卫星 观测系统
目前使用的气象卫星按绕地球运行轨 道可分为:
– 太阳同步极轨卫星
– 地球同步卫星
太阳同步极轨卫星
极轨气象卫星
轨道：卫星环绕地球两极附近运行 倾角：98°左右 高度：800～1000千米 周期：约100分钟 用途： 能周期性地观测地球上空每一点
三种云图的比较
水汽图像中大尺度流型特别引人注目，因 为水汽的分布显示了大气运动的状态。
全球水汽图（WV）
大尺度流型特别明显
三、地表特征分析
1998 年 2 月 9 日 12 ： 00 （ UTC ） 的可见光云图， 图中D是撒哈拉 沙漠，N是尼罗 河沿岸带状耕 作区，V为非洲 热带雨林，G是 太阳耀斑