气象卫星的结构与原理
风云气象卫星的原理和应用
风云气象卫星的原理和应用1. 引言•介绍风云气象卫星的背景和作用风云气象卫星是一种用于气象观测和预测的卫星系统，利用卫星在地球轨道上的运行，实时获取大气、云层、降水等气象信息，并通过相应技术手段进行处理和分析，以提供准确的气象预报和灾害预警服务。
2. 原理•风云气象卫星的运行原理风云气象卫星由卫星主体、传感器和地面站组成。
卫星主体是卫星的核心部分，包括供电系统、通信系统和气象传感器的在线卡等。
传感器是卫星上的仪器，主要用于收集大气、云层、降水等气象要素的信息。
地面站负责接收卫星传回的数据，并进行处理和分析。
3. 应用•风云气象卫星的应用领域和优势3.1 气象预报–利用风云气象卫星的数据，可以实时分析大气动力学和气象要素变化，预测天气变化，提供准确的气象预报服务。
3.2 灾害预警–通过监测卫星图像，可以迅速发现灾害发生的迹象，如台风、地震、火灾等，及时发布预警信息，提供给相关部门和民众，帮助减少灾害损失。
3.3 农业生产–风云气象卫星可以监测农作物的生长情况、土壤湿度和温度等气象要素，提供精准的农业气象服务，帮助农民科学种植，提高农作物产量。
3.4 航空航天–在航空航天领域，风云气象卫星可以提供航线规划、气象预警等服务，帮助飞行员更好地掌握飞行条件，确保航空安全。
3.5 海洋科学–风云气象卫星可以监测海面温度、海洋潮汐、海洋气象等信息，为海洋科学研究提供重要的数据支持。
3.6 环境保护–利用风云气象卫星可以监测大气污染物、气候变化等环境要素，为环境监测和环境保护提供数据支持和决策依据。
4. 总结•总结风云气象卫星的重要性和发展前景风云气象卫星作为现代气象预测的重要工具和手段，对于保障人类社会的安全和经济发展起到了重要作用。
随着卫星技术的不断进步，风云气象卫星在预报准确性和应用范围上将得到进一步的提升，未来有望在更多领域发挥更大的作用。
因此，加大对风云气象卫星的研发和应用是非常有意义的，将为人类的生活和社会发展带来更大的效益。
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
气象卫星技术
气象卫星技术随着科技的不断进步，气象卫星技术在现代气象学中扮演着非常重要的角色。
气象卫星技术通过利用卫星对地球大气进行观测，提供了海量且准确的气象数据，并为气象预报、灾害预警等工作提供了可靠的支持。
本文将对气象卫星技术的原理、应用和发展前景进行探讨。
一、气象卫星技术的原理气象卫星技术基于遥感原理，通过搭载在卫星上的各类传感器对地球大气进行观测。
传感器可以探测可见光、红外线、微波等不同波段的辐射，将这些辐射信号转换为图像或数据传回地面。
这些传回的数据可以提供有关地球大气的温度、湿度、气压、云量、云高、降水等信息。
卫星传感器通过扫描或成像方法对地球大气进行遥感观测，其原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 接收辐射：卫星传感器接收来自地球表面和大气的辐射信号。
2. 辐射传输：辐射信号在大气中传输，被大气吸收、散射或反射。
3. 接收卫星信号：卫星传感器接收经过大气传输后的信号。
4. 数据处理：通过算法对接收到的信号进行处理，提取有用的气象信息。
5. 数据传输：将处理后的数据传回地面，供气象预报和科学研究使用。
二、气象卫星技术的应用气象卫星技术的应用范围非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 气象预报：气象卫星技术提供了海量的气象数据，可以用于分析和预测天气变化趋势。
通过对云量、降水、温度等数据的监测和分析，气象预报机构可以预测出未来数小时、数天甚至数周的天气情况，为社会各界提供准确的天气预报服务。
2. 灾害监测：气象卫星技术可用于监测台风、暴雨、干旱等气象灾害。
卫星传感器可以及时探测到这些灾害的形成和发展过程，为防灾减灾工作提供重要的信息支持。
同时，卫星图像还可以用于灾区的实时监测和评估，帮助相关部门做出及时合理的应对措施。
3. 气候研究：气象卫星技术对于研究地球气候变化具有重要意义。
通过长期观测和监测，科学家们可以获得大范围、连续的气象数据，并分析、验证气候变化模型。
这些数据和模型有助于了解气候系统的演变规律和影响因素，为制定应对气候变化的政策和措施提供科学依据。
气象卫星工作原理
气象卫星工作原理气象卫星是一种通过空间技术收集大气资料的无人机器。
它搭载在地球轨道上，利用先进的观测设备和传感器，能够实时观测和监测地球的大气状况、云图、气候变化以及各类天气现象。
本文将介绍气象卫星的工作原理，包括数据采集、信号传输和数据处理。
一、卫星数据采集1. 天气成像仪天气成像仪是气象卫星上最重要的传感器之一，它主要负责收集地球表面的图像信息。
天气成像仪利用光学技术，可以在可见光和红外波段范围内获取高分辨率的图像数据。
通过记录不同波段的亮度和颜色信息，天气成像仪能够捕捉到云层、降雨、雪花等天气现象，还可以提供地表温度、风速等气象参数。
2. 辐射计辐射计能够测量地表的辐射能量，并将数据转化为温度信息。
它通常采用红外辐射测量技术，通过接收地球表面和大气层的辐射能量，计算出地表的温度分布。
辐射计是衡量地球能量平衡和气候变化的重要工具。
3. 气象雷达气象雷达是利用雷达波束扫描大气中的水滴或冰晶，并通过分析返回的信号来探测降雨或其他降水现象的设备。
它能够提供立体的方位信息，对短时强降水和潜在的暴雨天气进行预警。
二、卫星信号传输卫星信号传输是指将卫星上收集到的数据传送到地面的过程。
由于卫星与地面之间的距离较远，传输信号存在一定的延迟问题。
为了解决这个问题，气象卫星采用了数码化信号传输技术。
1. 数字信号压缩卫星上收集到的原始数据一般体积较大，为了降低传输成本和时间延迟，需要对数据进行压缩。
数字信号压缩能够将大容量的数据通过特定的算法转化为较小的文件大小，同时尽量保持数据的完整性和准确性。
2. 数据传输协议卫星数据传输协议是卫星与地面接收站之间通信的规则。
常用的数据传输协议包括TCP/IP协议和FTP文件传输协议。
通过这些协议，卫星可以将压缩后的数据进行分组传输，并保证传输的可靠性和稳定性。
三、卫星数据处理卫星数据处理是指将接收到的卫星数据进行解码、解析和分析的过程。
这一过程需要借助计算机算法和数学模型。
气象卫星的结构与原理
气象卫星的结构与原理气象卫星是一种用于观测和监测地球大气现象的卫星。
它的结构和原理可以分为以下几个方面。
1.结构：气象卫星通常由卫星平台、载荷、通信和控制系统等组成。
（1）卫星平台：卫星平台是气象卫星的核心部分，用于提供通信、导航和定位、动力供给以及卫星的基本机械结构等功能，保证卫星能够正常运行。
（2）载荷：载荷是气象卫星的观测设备，用于测量大气条件和收集气象数据。
常见的载荷包括红外传感器、微波传感器、雷达、光学传感器等。
（3）通信系统：通信系统是气象卫星与地面站之间进行数据传输、控制和通信的重要设备。
（4）控制系统：控制系统用于卫星的定位、姿态控制、姿态变换和轨道控制等。
2.原理：（1）观测原理：气象卫星通过载荷上的传感器和仪器对大气条件进行观测。
其中，红外传感器可以测量大气温度和云层特性；微波传感器可以观测降水、云层、大气水汽含量等；雷达可以测量降水和云层运动；光学传感器可以观测地表温度、气溶胶和大气成分等。
（2）通信原理：气象卫星与地面站之间通过无线电波进行通信。
卫星将观测到的气象数据经过处理后，通过卫星载荷上的通信设备发送到地面站。
地面站接收到数据后进行处理和分析，并且可以通过指令控制卫星的运行和观测任务。
此外，气象卫星还可以通过星上的导航和定位系统确定自身的位置。
通过对卫星的轨道和姿态的控制，可以保证卫星在指定的轨道上准确观测大气现象，并且及时将观测数据传输到地面站。
总的来说，气象卫星通过载荷观测大气现象，并通过通信系统将观测数据传输到地面站进行分析和利用，以提供准确的气象信息和预测，对于天气预报、气候研究和防灾减灾等方面具有重要的作用。
气象卫星遥感测绘技术的基本原理与操作流程
气象卫星遥感测绘技术的基本原理与操作流程气象卫星遥感测绘技术是一项重要的技术手段，用于获取地球大气环境的相关数据。
它通过搭载在卫星上的遥感传感器，通过对地球表面的观测和测量，实现对气象信息的获取、分析和预测。
在气象预报、环境监测等方面发挥着重要作用。
下面将从基本原理和操作流程两个方面对气象卫星遥感测绘技术进行介绍。
一、基本原理气象卫星遥感测绘技术的基本原理是基于遥感测绘技术。
遥感是一种通过对目标进行间接观测和测量的手段，其主要依靠传感器接收目标辐射或散射的能量来实现。
而卫星遥感则是指通过卫星携带的遥感传感器对地球表面进行观测和测量。
卫星遥感测绘技术主要利用光学、热红外等传感器对大气和地表进行观测。
光学传感器主要利用可见光和红外光的传播特性，直接获取大气和地表的相关信息。
而热红外传感器则通过测量目标发射的红外辐射来获取温度和湿度等重要参数。
二、操作流程1. 卫星数据获取与预处理气象卫星遥感测绘技术的操作流程首先要获取卫星数据。
卫星数据主要通过地面接收站进行接收和存储。
接收站通过卫星的观测数据与全球定点数据进行交换，获取到所需的卫星数据。
获取到的卫星数据通常是原始数据，需要经过预处理。
预处理主要包括数据去噪、辐射校正、几何校正等步骤。
去噪是为了减少原始数据中的干扰信号，提高数据的可靠性。
辐射校正是为了将原始数据中的辐射值转换为较为准确的大气或地表参数。
几何校正则是将原始数据进行地理坐标转换和校正，将数据与地球表面上的地理位置相对应。
2. 数据处理与分析在完成数据的预处理后，接下来需要进行数据处理与分析。
这一步骤需要利用遥感图像处理软件进行。
数据处理与分析主要包括图像增强、图像分类和图像解译等。
图像增强是为了提高图像的质量和可读性，通常包括对比度增强、锐化、滤波等处理。
图像分类是将遥感图像中的目标按照相似性质进行分类，通常采用的方法有基于像元的分类和基于物体的分类。
图像解译是根据遥感图像的特征和专业知识，对图像中的目标进行解释和分析，以获取目标的相关信息。
气象学中的气象卫星应用
气象学中的气象卫星应用随着现代科技的快速发展，气象学的发展也越趋完善。
近年来，气象卫星的发射和使用日益广泛，成为气象预报的重要工具之一。
本文将讨论气象学中的气象卫星应用，包括气象卫星的分类、定位原理、应用场景，以及未来的发展趋势。
一、气象卫星的分类气象卫星按照使用目的的不同，可以分为实时监测卫星和气象预报卫星两种类型。
实时监测卫星主要用于气象灾害的监测和预警，具有实时高分辨率的观测能力。
其主要用途包括对风暴、洪水、地震、火灾等自然灾害进行监测和预警。
实时监测卫星还可以用于监测城市建设和交通情况，例如监测城市的交通拥堵情况以及城市绿化覆盖率。
气象预报卫星主要用于气象预报和气象科学研究，其观测周期比实时监测卫星长，观测分辨率也相对较低。
气象预报卫星可以提供气象数据，如云层高度、气温、湿度等，帮助专业人士进行气象预测。
这些数据可用于气候变化研究、预测天气状况、预测气象灾害等方面。
二、气象卫星的定位原理气象卫星可以分为静止卫星和低轨卫星两类。
不同类型的卫星使用的定位原理也不同。
静止卫星是气象亚洲区域域网的主要卫星，其高度约在35,800公里处。
静止卫星利用CERES和CERES-TK等技术对太阳光谱进行观测和分析，获取太阳辐射等数据，并实现了极地-极光圈全域数据的获取。
低轨卫星是气象卫星中的另一大类，主要用于天气预测和探测气体浓度变化。
它的高度通常在600-2000公里之间。
低轨卫星更适合对小尺度和强透射性的目标进行观测。
低轨卫星的定位原理是利用卫星探测器和观测器之间的距离变化来确定其所处位置。
三、气象卫星的应用场景气象卫星在气象学中发挥了重要作用。
其应用范围包括：1. 自然灾害监测和预警：卫星可以实时对自然灾害进行监测和预警，如风暴、洪水、地震、火灾等。
2. 气象预测：利用卫星数据可以对天气情况进行科学预测，为人们的工作和生活提供便利。
3. 环境监测：卫星可以监测大气、海洋、陆地等环境要素，对环境变化进行研究和监测。
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。
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初步认识
专用系统
分类
气象卫星网络
结束
contents：
初步认识
专用系统
分类
气象卫星网络
结束
初步认识：
应用卫星一般由专用系统和保障系统组成。
专用系统：与卫星所执行的任务直接有关
的系统，也称为有效载荷。
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。
保障系统：保障卫星和专用系统在空间正常工作的系统，也称为服务系统。
主要有结构系统、电源系统、热控制系统、姿态控制和轨道控制系统、无线电测控系统等。
对于返回卫星，
则还有返回着陆系统
下面以1961年的TIROS卫星为例，讲解大致结构
组成：
这是日本的一个静止气象卫星，我们可以看到，气象卫星虽然构造各有不同，但它们多是用太阳能电池供
能的。
刚才提到专用系统和保障系统
专用系统对于气象卫星来讲主要由哪些呢？
contents：
初步认识
专用系统
分类
气象卫星网络
结束
专用系统：
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。
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
以发现天气变化的趋势。
气象卫星所提供的气象资料已被广泛用于日常气象业务、气象科学、海洋学和水文学的研究。
气象卫星的本领主要来自于它携带的气象遥感器。
1、气象遥感仪器：
卫星遥感是指以人造卫星为传感器平台的观测
活动，包括对地观测和面向太空环境的观测卫
星遥感技术
气象卫星利用上述仪器设备对卫里云图的拍摄
采取两种方式：一种是借助于地球上物体对太
阳光的反射程度而拍摄见光云图，只限于白天
工作；另一种是借助地球表面物体温度和大气
层温度辐射的程度，形成红外云图，可全天候
工作。
详细来分常用的气象遥感仪器有三种：
②高分辨率红外分光计：它可以获得大气垂直温度分布和水汽分布。
①多通道高分辨率扫描辐射计：当对云层和大气扫描时，就能记
下云层和大气在各个波段可见光、红外、微波的辐射强度，通过转变处理后，就可以得到有用的大气参数。
得到可见光与红外的云图。
③微波辐射计：卫星仪器接
收来自地球—大气系统自身发射或
反射太阳的辐射，包括光学系统、
探测器、信号处理系统、输出装置
补充知识：气窗和大气吸收带太阳或地球-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。
（如图
一）对辐射吸收很强的波段就称
为该气体的吸收带；吸收很弱或
没有吸收的波段称为大气窗。
图一
大气窗和大气吸收带在遥感中的应用：
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：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。
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；
2、气象遥感仪器获得的数据经卫
星上初步处理后，实时向地面发送
云图等气象资料，常用频段为137
兆赫和1700兆赫，数据传输速率较
低；
3、气象遥感仪器获得的数据经传
到地面作各种数据处理后，再通
过气象卫星向各地广播云图等气
象资料，常用频段为1700兆赫；
4、收集地面气象站、海洋自动浮标和
设置在无人值守地区的自动气象站所获
得的温度、压力、湿度等环境资料，常
用频段为401和468兆赫。
contents：
初步认识
专用系统
分类
气象卫星网络
结束
分类：
气象卫星实质上是一个高悬在太空的自动
化高级气象站，是空间、遥感、计算机、
通信和控制等高技术相结合的产物。
就其
运行轨道的不同，分为两大类即：“太阳
同步极地轨道气象卫星”和“地球同步气
象卫星”。
1、简介：
第一类是绕地球极地轨道运转，运行高度一般
在1000公里左右，运行周期约115分钟，由于
它是逆地球自转方向而与太阳同步，沿着太阳
早升晚落的方向运行，故称其为“太阳同步轨
道气象卫星”。
第二类即“地球同步气象卫星”，地球静止气象
卫星在赤道上35,880公里高处环绕地球。
它的轨道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。
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。
②地球静止气象卫星（覆盖地球三分之一）：它在赤道上空静止轨道上，，不断地向地面输送地球表面一个地区的可见光和红外线图片。
在赤道上空均匀分布5个地球同步气象卫星，就可对全球进行24小时全面观测，昼夜不停地提供全球云图资料。
可直观、及时、准确地测到天气系统的全貌。
contents：
初步认识
专用系统
分类
气象卫星网络
结束
气象卫星网络：
世界天气监视网
世界天气监视网在业务体系上由下列三个系统组成：
①全球观测系统(GOS)。
②全球电信系统（GTS）。
其
任务是收集和分发来自全球观测
系统的基本气象观测资料。
③全球资料加工系统(GDPS)。
主要任务是通过世界气象中心、
区域气象中心和国家气象中心
等机构，为各成员提供加工的
基本气象资料。
contents：
初步认识
专用系统
分类
气象卫星网络
结束
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。