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
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
之间关系的定律。该定律不仅从实验得到，而且基尔霍夫在1859年 由热力学定律从理论上又加以论证。此定律的表达式为：
aT＝T
式中是某物体的发射率。 此定律表明：在—定温度下，物体对某波长的吸收率T等于
该物体在同温度下对该波长的发射率T。即对不同物体，辐射能 力强的，其吸收能力也强；辐射能力弱的，其吸收能力也弱。黑体 吸收能力最强，所以它也是最好的发射体。
ETB 0EBd
积分后的公式表达式是：
ETB=T4
式中ETB是温度为T的绝对黑体发射的辐射总能量；是斯蒂芬—波
尔兹曼常数，＝5.6710-8W／(m2•k4)
对于非黑体或称灰体物质来说，只要在公式的右边增加物体
的发射率，它们的辐射能力就可以确定了。公式可写成：
ET=T4
11
4.维恩(Wein)位移定律 1893年维恩从热力学理论导出了黑体辐射光谱的极大值所对
气象卫星遥感地球大气的温度、湿度和云雨演变等气象要素是
通过探测地球大气系统发射或反射的电磁辐射而实现的，因此，电
磁辐射是气象卫星遥感的基础。为了准确地掌握气象卫星 探测大
气的原理和应用卫星资料，必须对辐射的基本概念，基本定律及辐
射在地球大气系统内的传输规律有清楚的了解。
§1 电磁波谱和辐射度量
一、电磁波谱 ．
式中EB(Black)是绝对黑体发射的辐射通量密度，单位是W／m2；C 是光速，C＝3108m／s；h是普朗克常数，h＝6.6310-34J·s;K是 波尔兹曼(Boltzmann)常数，K＝1.3810-23J／K，T是物体的绝对 温度，单位为K。
根据此公式可以作出不同温度下绝对黑体的辐射能力随波长的 分布曲线，如图2.2和2.3，图中绘出了太阳表面温度(6000K)和地 球表面常见温度(288K)的光谱曲线。
0.3一0.76微米，它是由于原子内部电子状态的改变而引起的,可见
光谱段还可分为：紫；蓝、青、绿、黄、橙、红等色光分谱段。其
中紫光波长最短，比紫光波长短的是紫外线；红光波长最长，比红
光波长长的是红外线 。
(5)红外线：红外线谱段从0．76—1000微米，它主要是由分子
、原子的振动转动而产生的，分为近、中、远红外。红外辐射也叫
10
3.斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan—Boltzmann)定律 1879年斯蒂芬由实验发现，物体的发射能力是随温度、波长
而改变的。由下图可见，随着温度的升高，黑体对各波长的发射 能力都相应地增强。因而物体发射的总能量(即曲线与横坐标之间 包围的面积)也会显著增大。据研究，绝对黑体的积分辐射能力与 其绝对温度的四次方成正比。1884年波尔兹曼用热力学理论证明 了这一点。在全部波长范围内对普朗克公式进行积分就可以得到 斯蒂芬—波尔兹曼公式。
长很短，范围从0.0045—10-5微米。也能穿透密度很大的物质。
(3) 紫外线：紫外线是由于原子和分子内部电子状态的改变引
起的，其波长范围为0.35—0.0045微米。又可分为近紫外和远紫外
。由于它的频率较高，各种物质对短的紫外线波都有强烈的吸收。
如图所示。
3
(4)可见光：可见光波段是一个狭窄的波长间隔，波长范围从
基尔霍夫定律的意义在于它把物体的发射与吸收联系起来了， 只要知道某物体的吸收率就可以知道其发射率，反之亦然。
7
2.普朗克(Planck)定律 1900年普朗克根据辐射过程具有量子特性的假设，导出了与实
验相符合的普朗克公式，求出了黑体辐射能力与黑体温度及波长的 关系，其公式为：
EB5ex2 p hch /c2KT 1
热辐射或温度辐射，这是由于它的产生和大小与温度有关。
(6)微波：这是比红外线波长还要长的电磁波，波长从1毫米到
30厘米，大于30厘米为无线电波。
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0.38~3.0微米称为反射波
Байду номын сангаас
电磁辐射包括太阳辐射、热辐射、无线电波等，它们的波长范
围很广，从l0-10微米(宇宙射线)到1010微米(无线电波)。
1、电磁波段的划分
(1) γ射线；它是放射性元素蜕变时产生的，其波长最短，从
l0-11一10-4纳米，具有的能量很高它能穿透非常稠密的物质。
(2) X射线，是原子内部的电子从激发态恢复到稳态产生的，波
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卫星气象学课件：第3章 卫星遥感辐射基础
电磁波性质一般以波长λ,频率f或波数ν来表示
（P53）
一、电磁波谱
按波长和频率排列的电磁波叫做电磁波谱。
电磁波的频率很宽，不同频率电磁波有不同的性质和 用途，对气象卫星有用的是可见光、红外和微波波段。
宇宙射线
Γ射线 X射线
紫外 可见光 红外
微波
无线电波
10－10 10－9 10－8 10－7 10－6 10－5 10－4 10－3 10－2 10－1 100
>12.4 热红外波段 (转动能级跃迁）
分子在振动能级跃迁的同时可能产生转动能级的跃迁，这 时吸收线的中心波数为：
0
v
E r hc
v当Er v当Er
0 0
由于 Ev Er ，因而转动跃迁表现在谱线上是振动吸 收线附近产生一系列吸收线，组成一个吸收带，这种谱线的 精细结构只有在高分辨率条件下才能看出来。
2 灰体：如果物体的吸收率与波长无关，且为小于1的常 数，即a()=常数<1，则这种物体称为灰体。
3 选择性灰体：物体的吸收率（或发射率）随波长而变， 即a=a()，则这种物体称为选择性辐射体。（自然界绝 大多数物体是选择性辐射体）。如果在某些波长范围内， 吸收率随波长变化很小，则可近似看成灰体。如果在某些 波长范围内，吸收率近似于1，则可把物体在这波段内看 成黑体。
关系： f=c
f=C/ =c/f =1/ =f/c
单位：1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）
= 106千赫（KHz ） = 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m） =109纳米（nm）
（3）、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以 光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，每一 光量子具有的能量为
（P53）
一、电磁波谱
按波长和频率排列的电磁波叫做电磁波谱。
电磁波的频率很宽，不同频率电磁波有不同的性质和 用途，对气象卫星有用的是可见光、红外和微波波段。
宇宙射线
Γ射线 X射线
紫外 可见光 红外
微波
无线电波
10－10 10－9 10－8 10－7 10－6 10－5 10－4 10－3 10－2 10－1 100
>12.4 热红外波段 (转动能级跃迁）
分子在振动能级跃迁的同时可能产生转动能级的跃迁，这 时吸收线的中心波数为：
0
v
E r hc
v当Er v当Er
0 0
由于 Ev Er ，因而转动跃迁表现在谱线上是振动吸 收线附近产生一系列吸收线，组成一个吸收带，这种谱线的 精细结构只有在高分辨率条件下才能看出来。
2 灰体：如果物体的吸收率与波长无关，且为小于1的常 数，即a()=常数<1，则这种物体称为灰体。
3 选择性灰体：物体的吸收率（或发射率）随波长而变， 即a=a()，则这种物体称为选择性辐射体。（自然界绝 大多数物体是选择性辐射体）。如果在某些波长范围内， 吸收率随波长变化很小，则可近似看成灰体。如果在某些 波长范围内，吸收率近似于1，则可把物体在这波段内看 成黑体。
关系： f=c
f=C/ =c/f =1/ =f/c
单位：1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）
= 106千赫（KHz ） = 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m） =109纳米（nm）
（3）、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以 光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，每一 光量子具有的能量为
气象卫星遥感大气的基本原理和资料产品PPT课件
射率φλ
I(λ，T)＝ φλ B(λ，T)
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其中，I(λ，T)是普朗克函数，由下式表示:
B(λ,T)=C1/λ5[exp(C2/λT)–1] 其中C1和C2是常数。C2=C1h/k,h是普朗克常数，k玻尔兹曼常数， 发射性质与特定波长有关，并随表面温度的变化而变化。在许多遥 感观测中用8至14μm谱段，发射率一般可考虑为常数(即绝大部分 物质可作为灰体)。象雪和植被这样的物质，它们的发射和吸收明 显与波长有关。
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波长(m) 6000K(近似太阳)和288K(近似地球)的黑体发射辐射光谱
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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。
热辐射或温度辐射，这是由于它的产生和大小与温度有关。
(6)微波：这是比红外线波长还要长的电磁波，波长从1毫米到
30厘米，大于30厘米为无线电波。
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0.38~3.0微米称为反射波
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3.斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan—Boltzmann)定律 1879年斯蒂芬由实验发现，物体的发射能力是随温度、波长
而改变的。由下图可见，随着温度的升高，黑体对各波长的发射 能力都相应地增强。因而物体发射的总能量(即曲线与横坐标之间 包围的面积)也会显著增大。据研究，绝对黑体的积分辐射能力与 其绝对温度的四次方成正比。1884年波尔兹曼用热力学理论证明 了这一点。在全部波长范围内对普朗克公式进行积分就可以得到 斯蒂芬—波尔兹曼公式。
第三讲遥感卫星精品PPT课件
② 成像面积大，有利于获得宏观同步 信息，减少数据处理容量。
③ 短周期重复观测：静止气象卫星30 分钟一次；极轨卫星半天一次。利 于动态监测。
④ 资料来源连续、实时性强、成本低
3、气象卫星的应用领域 ① 天气分析与气象预报 ② 气候研究与气候变迁的研究
③ 资源环境领域：海洋研究、森 林火灾、水污染
分类
4
0.76-0.90 近红 用于生物量和作物长势的测定
外
5
1.55-1.75 短波 土壤水分和地质研究，以及从云中
红外
区分出雪
6
10.4-12.5 热红 植物受热强度和其它热图测量
外
7
2.08-2.35 短波 用于城市土地利用，岩石光谱反射
红外
及地质探矿
增强型专题制图仪（ETM）
• 在新的陆地卫星6,7号上将安装增强型专 题制图仪，它是在TM 传感器的基础上增 加了一个波长0.5—0.9μm 的全色波段， 称为pan 波段，其瞬时视场为13m×15m 。 其他7 个波段的波长范围、瞬时视场均与 TM 相同。
波长（m）
IFOV
Blue-Green 0.45-0.515 蓝- 绿色 30m
Green
0.525-0.60 5 绿色 30m
Red
0.63-0.69 红色
30m
Near IR
0.775-0.90 近红外 30m
SWIR
1.55-1.75 短波红外 30m
LWIR
10.4-12.5 热பைடு நூலகம்外 60m
Landsat卫星(续)
• 4）数据的利用
• Landsat数据被世界上15个地点的地 面站所接收，主要应用于陆地的资源 探查，环境监测。TM数据包括其热红 外波段在内对沿岸地区的环境监测也 很有效。数据分发也在世界各国进行， 它是现在利用的最为广泛的地球观测 数据。
③ 短周期重复观测：静止气象卫星30 分钟一次；极轨卫星半天一次。利 于动态监测。
④ 资料来源连续、实时性强、成本低
3、气象卫星的应用领域 ① 天气分析与气象预报 ② 气候研究与气候变迁的研究
③ 资源环境领域：海洋研究、森 林火灾、水污染
分类
4
0.76-0.90 近红 用于生物量和作物长势的测定
外
5
1.55-1.75 短波 土壤水分和地质研究，以及从云中
红外
区分出雪
6
10.4-12.5 热红 植物受热强度和其它热图测量
外
7
2.08-2.35 短波 用于城市土地利用，岩石光谱反射
红外
及地质探矿
增强型专题制图仪（ETM）
• 在新的陆地卫星6,7号上将安装增强型专 题制图仪，它是在TM 传感器的基础上增 加了一个波长0.5—0.9μm 的全色波段， 称为pan 波段，其瞬时视场为13m×15m 。 其他7 个波段的波长范围、瞬时视场均与 TM 相同。
波长（m）
IFOV
Blue-Green 0.45-0.515 蓝- 绿色 30m
Green
0.525-0.60 5 绿色 30m
Red
0.63-0.69 红色
30m
Near IR
0.775-0.90 近红外 30m
SWIR
1.55-1.75 短波红外 30m
LWIR
10.4-12.5 热பைடு நூலகம்外 60m
Landsat卫星(续)
• 4）数据的利用
• Landsat数据被世界上15个地点的地 面站所接收，主要应用于陆地的资源 探查，环境监测。TM数据包括其热红 外波段在内对沿岸地区的环境监测也 很有效。数据分发也在世界各国进行， 它是现在利用的最为广泛的地球观测 数据。
第3章 气象卫星遥感大气的基本原理2
图3-3 卫星测量常用的VIS和IR波段
波段(m)
光谱名称
太阳辐射 地球-大气辐 射
用
途
0.2—4 5—30
反射太阳辐射99%，太阳辐射总量。ERBE 长波辐射85%，地球—大气发射到宇宙的长波辐射。ERBE
0.475—0.575
0.58—0.68 0.6—0.7 0.7—0.8 0.725—1.10 3.4—4.2 5.7—7.1 10.5—12.5 13—15
Purpose of the radiance observation
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
668 679 691 704 716 732 748 898 1028 1217 1364 1484 2190 2213 2240 2276 2361 2512 2671
• 到达地球并被其吸收的太阳辐射为
(1-rS) R2s0
― rS =0.28为地球行星反照率，R地球半径， s0太阳常数。
― 地球-大气系统热平衡状态下吸收这些辐射后全部转化为 热辐射向外空发射，地表平均出射度为
(1 rs )R 2 s 0 (1 rs ) s 0 M 2 4 4R
作物在生长和衰老期间光谱变化
小麦叶子在不同生长期的反射率
不同叶绿素浓度的海水反照率
天然清水和混水的反照率
不同土壤湿度下含沙壤土的反射率
清水的吸收系数
云层的反射特征
假设单层云层，反照率和透过 率都是50%。考虑二次反射后 从第一层反射的能量占原来入 射能量的62.5%。因而推测： 多层云的反照率较高。
• • •
地面及其覆盖物对太阳辐射的反射
1. 地面土壤粒子结构、土 壤水分对反照率的影响 2、植被、冰雪、水体的反 照率 3、反照率随波长的变化
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）
气象卫星的结构与原理PPT课件
气象卫星具有除一般卫星的基本结构和部件外，还携带各类遥感仪器，包括 电视摄像机、红外探测仪、射电探测仪、多谱段探测仪、气象雷达以及数据
传输设备。
第9页/共28页
遥感器能够接收和测量地球及其大气 的可见光、红外与微波辐射，并将它
们转换成电信号传送到地面。地面接
收站再把电信号复原绘出各种云层、 地表和洋面图片，进一步处理后就可
以使它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等，
若在地面看，这 种轨道上的卫星好像静止在天空某
一地方不动，故又称它为地球静止气象卫星。
第19页/共28页
2、分别进一步认识：
①极轨气象卫星（覆盖全球）：也叫太阳同
步轨道气象卫星，轨道平面与赤道平面垂直， 倾角接近90°，围绕地球南北两极运行。利 用这种卫星可以进行全球观测，每天定时飞 经同一地区上空两次。极轨气象卫星可以为 天气预报提供全球的温、湿、云、辐射等气 象参数，监测大范围的自然灾害，研究全球 生态与环境变化。
第24页/共28页
contents： 初步认识 专用系统 分类 气象卫星网络 结束
第25页/共28页
结束：
有了每个卫星携带的专用仪器和整个 全球观测系统的配合，我们的气象卫 星才能为我们各行各业的研究与预报 提供更好的服务
第26页/共28页
第27页/共28页
感谢您的观看。
第28页/共28页
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。
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2、数据传输：
1、气象遥感仪器获得的原始数据向地 面数据处理中心站传输，常用频段为 1700兆赫，数据传输速率较高，最高可 达28兆比特/秒；
传输设备。
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遥感器能够接收和测量地球及其大气 的可见光、红外与微波辐射，并将它
们转换成电信号传送到地面。地面接
收站再把电信号复原绘出各种云层、 地表和洋面图片，进一步处理后就可
以使它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等，
若在地面看，这 种轨道上的卫星好像静止在天空某
一地方不动，故又称它为地球静止气象卫星。
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2、分别进一步认识：
①极轨气象卫星（覆盖全球）：也叫太阳同
步轨道气象卫星，轨道平面与赤道平面垂直， 倾角接近90°，围绕地球南北两极运行。利 用这种卫星可以进行全球观测，每天定时飞 经同一地区上空两次。极轨气象卫星可以为 天气预报提供全球的温、湿、云、辐射等气 象参数，监测大范围的自然灾害，研究全球 生态与环境变化。
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contents： 初步认识 专用系统 分类 气象卫星网络 结束
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结束：
有了每个卫星携带的专用仪器和整个 全球观测系统的配合，我们的气象卫 星才能为我们各行各业的研究与预报 提供更好的服务
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感谢您的观看。
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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。
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2、数据传输：
1、气象遥感仪器获得的原始数据向地 面数据处理中心站传输，常用频段为 1700兆赫，数据传输速率较高，最高可 达28兆比特/秒；
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。
卫星气象学ppt课件
• 反照率：反射辐射通量与入射辐射 通量之比。
26
绝对黑体：所有波长吸收率均为1，A = 1。
单色黑体：某一波长吸收率为1，Al = 1 。 灰 体 ：吸收率不随波长变化，但小于1。
1859年，德国物理学家Kirchhoff辐射定律指出物 体在已知温度下，对辐射能之放射率或吸收率与 物体表面之性质有关。而黑色物质对辐射能具有 较大的吸收能力。如果一个物体在任何温度下能 吸收任何频率的辐射能，那么这个物体便称为黑 体。事实上，完全黑体并不存在，研究黑体辐射 时，常以人工制成一完全黑体讨论之。如图所示， 当外界辐射能经由小孔射于空腔时，此辐射能经 过多次反射后，几乎无机会再由小孔出现，故可 视为辐射能被空腔所完全吸收，而称之以完全黑 体。若加热此物体至某一温度，观察由小孔辐射 出之光谱其光谱与在同一温度之黑体所吸收辐射 者，完全相同。
关系： f=c
f=C/ =c/f =1/ =f/c
单位：
1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）= 106千赫（KHz ）= 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m）=109纳米（nm）
11
3、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以光速c运动的粒子 流，这些粒子称为光量子，每一光量子具有的能量为
特 征：与温度有关。 微 波：波长：1mm —30cm。大于30厘米的波称无线电波。
产生：内部分子的转动引起的。
8
Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
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绝对黑体：所有波长吸收率均为1，A = 1。
单色黑体：某一波长吸收率为1，Al = 1 。 灰 体 ：吸收率不随波长变化，但小于1。
1859年，德国物理学家Kirchhoff辐射定律指出物 体在已知温度下，对辐射能之放射率或吸收率与 物体表面之性质有关。而黑色物质对辐射能具有 较大的吸收能力。如果一个物体在任何温度下能 吸收任何频率的辐射能，那么这个物体便称为黑 体。事实上，完全黑体并不存在，研究黑体辐射 时，常以人工制成一完全黑体讨论之。如图所示， 当外界辐射能经由小孔射于空腔时，此辐射能经 过多次反射后，几乎无机会再由小孔出现，故可 视为辐射能被空腔所完全吸收，而称之以完全黑 体。若加热此物体至某一温度，观察由小孔辐射 出之光谱其光谱与在同一温度之黑体所吸收辐射 者，完全相同。
关系： f=c
f=C/ =c/f =1/ =f/c
单位：
1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）= 106千赫（KHz ）= 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m）=109纳米（nm）
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3、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以光速c运动的粒子 流，这些粒子称为光量子，每一光量子具有的能量为
特 征：与温度有关。 微 波：波长：1mm —30cm。大于30厘米的波称无线电波。
产生：内部分子的转动引起的。
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Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
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。