卫星复习

第一、二章 1. 简述卫星气象学的主要内容。 卫星气象学是利用气象卫星探测各种气象要素，并将资料应用于大气科学的学科。 1) 研究60km以下大气中各种气象要素的获取和应用。 2) 研究大气目标物、云和地表辐射光谱特性及电磁辐射在大气中的传输规律。 3) 寻找从卫星探测和获取大气中主要气象要素和大气现象的理论与方法。 4) 气象卫星资料的接收、处理和分发、数据管理和存储、质量控制。 5) 气象卫星资料直接在天气预报、大气科学研究中的应用。 2. 简述气象卫星遥感的分类和特点。 分类:○1按工作方式划分: 主动遥感和被动遥感 ○2按电磁波谱段划分:(1) 紫外遥感 (2) 可见光遥感 (3) 红外遥感 (4) 微波遥感 ○3按探测对象划分: 大气、海洋、农业、地质 ○4按信息形式划分: 图像方式和非图像方式 特点:○1轨道固定 ○2超大范围 (1) 极轨卫星：高度850km, 东-西范围3000km (2) 静止卫星：高度36000km,范围1.7×108km² ○3自上而下 ○4遥感方式 ○5应用面广 3. 名词解释：倾角、星下点、截距、轨道数。 倾角：卫星轨道平面与赤道平面之间的夹角 星下点：卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点，星下点在地球表面上运动轨迹称为星下点轨迹 截距：卫星绕地球旋转一周后，地球相对卫星转过的度数，及两个升交点之间的度数差 轨道数：卫星从第一个升交点到以后任何一个升交点环绕地球运行一圈的数目 4. 简述开普勒卫星运动三定律。 (1)开普勒第一定律：卫星运动的轨道是一个圆锥截线，该截线的一个焦点与地球的质心相重合。 (2)开普勒第二定律：卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。 (3)开普勒第三定律：卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方成正比且为一常量，而该常量等于地球引力常数GM的倒数。 5. 简述第一、第二、第三宇宙速度。 第一宇宙速度：1 实现圆轨道的条件和环绕速度 当卫星的入轨速度使离心力等于地球引力时:

第二宇宙速度：实现椭圆轨道的条件和环绕速度 当卫星的入轨速度使离心力大于地球引力时，即a→∞，由卫星活力公式得：

第三宇宙速度：实现双曲线轨道的条件和环绕速度 若卫星的离心力大于太阳的引力，卫星脱离太阳系进入银河系的速度为 6. 简述卫星轨道的分类。 (一) 按倾角分类 (1) 前进轨道:卫星倾角为0到90°卫星顺地球自转方向，自WS向EN (2) 后退轨道:卫星倾角为90°到180°卫星逆地球自转方向，自ES向WN (3) 赤道轨道:卫星倾角为0°或180°在赤道上空向E或向W

1122912.7:skmvHRrGMvrmvrGMmc第一宇宙速度

环绕速度

112.11:222skmvvvvvvvvccpcc第二宇宙速度

的条件时：因此，卫星作椭圆轨道时，就成为行星了。可见卫星速度达到椭圆

139.16:skmv第三宇宙速度 (4) 极地轨道：卫星倾角为90°通过南北两极 (二) 按高度分类 (1) 低高度短寿命轨道：高度150~200km (2) 中高度长寿命轨道:高度350~1500km (3) 高高度长寿命地球静止卫星轨道:高度：355800km (三) 按偏心率分类 (1) 圆形轨道 (2) 椭圆形轨道 7. 解释近极地太阳同步轨道，并说明其特点。 卫星的轨道平面与太阳始终保持固定的取向，卫星倾角接近90°，卫星近乎通过极地，简称极轨卫星。 特点：(1) 轨道近于圆形，资料处理方便。(2) 可以观测全球，尤其是在极地。(3) 有合适的照明，稳定的太阳能。(4) 时间分辨率低，一天观测两次。(5) 资料不是同时，需要进行同化。 8. 解释地球静止卫星轨道，并说明其特点。 (1). 轨道平面和赤道平面重合，倾角接近0° (2). 卫星的周期为23小时56分04秒。 (3). 距地面高度约35860km (4). 卫星速度(太阳活力公式)：

(5). 对某一地区可连续观测，0.5h一张图。 (6). 视角:对70S-70N, 东西140个经度约占地球表面1/3 第三章 1. 气象卫星遥感观测的基础是什么？它的主要内容是什么？ 基础：电磁辐射 主要内容：象卫星遥感地球大气的温度、湿度、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波而实现的。 2. 简述电磁波谱的主要谱段。 电磁波谱包括宇宙射线、太阳辐射、热辐射、无线电波等 3. 名词解释：辐射通量密度、辐射强度、光学厚度、吸收带、大气窗、。 辐射通量密度：指通过单位面积的辐射通量。 F=/A F= /A 若M为出射度，E为辐照度，则 F=M=E 单位:焦耳/米2.秒（J/m2t） 辐射强度：用于描述点光源的辐射特性。其定义是点辐射源在某一方向上单位立体角内的面积的辐射通量。 光学厚度：沿辐射传输路径，单位截面上所有吸收和散射物质产生的总削弱。 吸收带：地表反射的太阳辐射和地球大气系统发射的辐射在通过大气到达卫星的途中，将被大气中某些气体所吸收，这些吸收随波长的变化很大，在某些波段的吸收很强 大气窗：在一些光谱波段，所有的气体吸收很弱，对太阳辐射和地球大气辐射而言大气几乎是透明的，可以像光通过窗户那样透过大气，称这些光谱区域为大气窗。 卫星通道：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。 4. 卫星遥感的基本原理是什么？简述Planck定律的物理意义。 卫星遥感基本原理：普朗克定律。辐射源的温度可由其发射辐射的强度来计算 物理意义：① 理论上，任何温度的绝对黑体都放射0~∞μm波长的辐射，但温度不同，辐射能量集中的波段也就不同。随温度下降，辐射能量集中的波段向长波方向移动。 ② 当温度升高时，各波段放射的能量均加大，能量集中的波段向短波方向移动。 ③ 每一温度下，都有辐射最强的波长λmax，而且随温度升高，λmax变小。 ④太阳近似于6000°k的黑体，最大辐射波长为0.474m，在0.15—4m的范围，辐射能占太阳全部辐射能量当99%； ⑤地球近似于300°k的黑体，最大辐射波长为10m，在3—80s的范围，辐射能占地球全部辐射能量当99%； ⑥对流层顶近似于200°k的黑体，最大辐射波长为14.5m，在4—120m的范围，辐射能占对流层顶全部辐射能量当99%。 5. 解释Stefen-Boltzmann定律的物理意义。意义： 黑体的全波长辐射本领与温度的四次方成正比 6. 解释Wien位移定律的物理意义。意义：当黑体温度升高时，最大辐射值朝短波方向移动。 7. 影响地表、水体反射辐射的因子主要有哪些？ 1) 被地表反射的太阳辐射与物体的反照率和太阳高度角有关，影响物体反照率的因子：波长、地面颜色、

)(07.342230398613521skmHRv 干湿度、粗糙度、太阳高度角； 2) 水的反照率与水的混浊度，含盐量和叶绿素的浓度有关。利用它们这些关系可以探测水中泥沙量，叶绿素等。 8.简述气象卫星可见光、红外、水汽云图的基本观测原理。 可见光：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(θs）就越大，在云图上色调就越亮； 而rsλ越小， Lλ(θs）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日越小，卫星观测到的辐射Lλ(θs）就越大，卫星云图的色调就越亮； θ日越大， Lλ(θs）就越小，卫星云图的色调就越暗。 红外：被测物体温度越高，卫星接收的辐射越大，温度越低，辐射越小。将这种辐射转换成图象，辐射大温度高用黑色表示，辐射小温度低用白色表示。即为一张黑白色红外云图。 水汽云图：卫星在吸收带测得的辐射主要是大气中水汽发出的。大气中水汽含量越大，对其下发出的辐射吸收就越强，到达卫星的辐射就越小。将卫星测得的辐射转换成图象就得到水汽图，通常在水汽图上色调愈白，表示水汽越多，色调越黑，水汽越少。 第四章 1. 解释下列名词：空间分辨率、灰度分辨率、时间分辨率。 空间分辨率：指卫星在某一时刻观测能分清两个物体的最短距离。 灰度分辨率：在卫星云图上，如果两个相临瞬时视场的反照率或温度相同，就无法区分它们。但是当这两个相临瞬时视场的反照率或温度有差异，并达到一定的数值时，这两个视场就能被分辨，这个能分辨两个相临目标物的最小反照率差值或温度差称之为灰度分辨率或温度分辨率。 时间分辨率：指卫星对同一地区观测的时间间隔。其与卫星的扫描速率、扫描区域和选用的卫星轨道有关。 2. 简述空间、灰度/温度、时间分辨率关系。 空间分辨率、灰度/温度分辨率、时间分辨率三者是相互制约的。 低的空间分辨率，即较大的瞬时视场可以换取较好的灰度/温度分辨率、时间分辨率。 当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率与仪器的扫描速度有关，仪器的扫描速度慢时，对目标物停留的时间长，就能接收到更多的辐射能，从而具有较高的温度分辨率，反之若要提高卫星的观测速度，必然会牺牲温度分辨率。 3. 简述气象卫星的主要资料产品。 图像产品：全圆盘图、分区图、临时观测图、兰勃托投影图、麦卡托投影图、云分析图、降水指数图 数字产品：云风矢量、海面温度、对流层上层水汽含量、云参数、射出长波辐射、日照 4. 简述气象卫星资料的预处理、一级处理过程内容。 预处理：从原始数据到直接可以使用的转换过程称做预处理。(1) 数据解调、数据流分离（按通道、按数据特征） (2)卫星资料定位数据 (3)卫星资料定标数据 (4)太阳高度角Zs订正 (5)卫星天顶角θ订正------临边变暗订正 (6)卫星资料的质量控制 (7)卫星数据库的建立 (8)极轨卫星三轨拼图显示 一级处理：根据物理原理或生物特征，将辐射测值转换为要素参数（辐射值→基本气象要素、参数、图像），从而获得卫星产品的处理 5. 何谓气象卫星资料增强处理，简述其种类与方式。 (1) 云图增强处理：卫星云图的增强处理是对灰度或辐射值进行处理，通过灰度变换，将人眼不能发现的目标物细节结构清楚地表示出来。 (2) 反差增强：反差增强又称为对比度增强，它是使原来两个灰度差异很小的像素点， 扩大其灰度范围，也就是突出象点间的灰度差异，使黑的更黑，白的更白，从而区别它们。 方式：灰度的线性扩展、灰度非线性扩展、灰度的指数扩展、灰度的对数扩展 (3) 分层增强：灰度分层增强是将图像上的各灰度值，按其需要将其合并或分解为若干等级间隔，对每一间隔赋于一个灰度值，这样每一个像素的灰度由其本身落入那个间隔所给定的灰度值来确定。 (4) 增强红外云图：增强红外云图已广泛应用于卫星云图分析业务中，它是一种半定量资料，大大地提高了卫星云图的使用价值，尤其在强雷暴、暴雨和台风的分析中更是显示了它的优越性。 (5) 反差增强与分层增强的结合：为了提高云图的增强效果，通常将反差增强与分层增强这两者结合同时进行。 第五章 1. 简述气象卫星图像波段选择的基本原则。