氣象衛(wèi)星探測(cè)云圖氣象資料芻議

[摘 要]衛(wèi)星云圖氣象資料在日常天氣預(yù)報(bào)中發(fā)揮著重要作用。利用衛(wèi)星云圖可以識(shí)別不同的天氣系統(tǒng)，確定它們的位置，估計(jì)其強(qiáng)度和發(fā)展趨勢(shì)，為天氣分析和天氣預(yù)報(bào)提供可靠依據(jù)。那么如何用氣象衛(wèi)星探測(cè)云圖氣象資料以及氣象衛(wèi)星觀測(cè)有何特點(diǎn)，本文就此圍繞這一問題提出簡(jiǎn)要看法，以期能為衛(wèi)星云圖的獲得提供理論參考。

[關(guān)鍵詞]氣象衛(wèi)星 云圖 探測(cè)

衛(wèi)星云圖是由氣象衛(wèi)星自上而下觀測(cè)到的地球上的云層覆蓋和地表面特征的圖像。根據(jù)云圖上色調(diào)的差別和特定的形狀可以看出，哪些是陸地，哪些是海洋，哪些是冷鋒，哪些是氣旋，等等。于是人們就可從云圖上看出，鋒、氣旋等天氣系統(tǒng)的發(fā)展和移動(dòng)，有助于天氣預(yù)報(bào)。而且在海洋、沙漠、高原等缺少氣象觀測(cè)臺(tái)站的地區(qū)，衛(wèi)星云圖所提供的資料，可以彌補(bǔ)常規(guī)探測(cè)資料的不足，對(duì)提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率起到重要作用。

一、氣象衛(wèi)星的觀測(cè)特點(diǎn)

氣象衛(wèi)星是空間技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它與常規(guī)的氣象觀測(cè)儀器相比，具有以下幾方面特點(diǎn)：

（1）遙感探測(cè)

氣象衛(wèi)星一般離地面很高，有幾百至數(shù)千千米。而要觀測(cè)的氣象要素主要分布在離地面幾十千米的對(duì)流層和平流層內(nèi)，尤其是與日常天氣預(yù)報(bào)密切相關(guān)的風(fēng)、云、雨、雪等，它們都發(fā)生在地面到十幾千米高的對(duì)流層內(nèi)。所以，氣象衛(wèi)星不能采用地面氣象站和無線電探空站的探測(cè)方式，讓感應(yīng)器和被測(cè)物體直接接觸的所謂直接探測(cè)。所以氣象衛(wèi)星采用的是遙感探測(cè)方式。

（2）沿一定軌道觀測(cè)

氣象衛(wèi)星。作為一個(gè)天體，在空間一定軌道上運(yùn)行。衛(wèi)星一經(jīng)發(fā)射成功，它的軌道也就固定下來了。每天周而復(fù)始地按其軌道運(yùn)行、觀測(cè)。所以，它不能像飛機(jī)那樣根據(jù)任務(wù)制定航線，到指定地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)。也不能像地面雷達(dá)那樣，對(duì)作用距離內(nèi)的被測(cè)物體進(jìn)行頻繁而細(xì)致的主動(dòng)遙感。但這些缺點(diǎn)可以由選擇理想軌道而得到一定程度的克服。

（3）獲取全球氣象資料

通過衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)和地球自轉(zhuǎn)，極軌氣象衛(wèi)星可以獲得全球的氣象資料，這是氣象衛(wèi)星作為一種觀測(cè)工具的最大優(yōu)點(diǎn)。通常的探測(cè)工具作不到這一點(diǎn)，無論是氣球、飛機(jī)或雷達(dá)，它們的觀測(cè)范圍都很有限。氣象衛(wèi)星除通過自己的探測(cè)器獲取資料外，近年來還通過它來收集各地氣象資料。

二、氣象衛(wèi)星獲取云圖資料的方法和過程

氣象衛(wèi)星是一種綜合性的觀測(cè)工具。它的觀測(cè)資料有兩大類：一類是圖像資料；一類是定量探測(cè)資料。圖像資料中，按照獲取圖像的方式不同，可分為電視云圖和掃描輻射儀云圖兩種。

（1）電視云圖

電視云圖就是用與日常電視攝像相似的方式來拍攝的云圖。氣象衛(wèi)星上的電視攝像系統(tǒng)在拍攝云圖時(shí)，其工作過程分成四個(gè)階段。首先是準(zhǔn)備階段：通過電子束對(duì)電視攝像管的光導(dǎo)層掃描，使攝像管的感光面具有相同的電位，作好接收?qǐng)D像的準(zhǔn)備。緊接著是照相階段：照相機(jī)的快門打開，曝光16.7毫秒（1秒——1000毫秒），衛(wèi)星下方的云景或地球表面通過鏡頭聚焦到感光面上，這一過程與照相相似。然后是移相階段：日常生活中的電視是以很快的掃描速度將圖片傳送出去的，而衛(wèi)星上的電視攝像系統(tǒng)發(fā)送圖像的速度很慢（每幅圖像2～3分鐘）.因此必須把光導(dǎo)層上的電子圖像轉(zhuǎn)移到后面的薄像層上去，供掃描發(fā)送。最后是發(fā)送階段：由電子槍發(fā)射的電子束以每秒鐘四條線的速度對(duì)薄像層進(jìn)行掃描，這時(shí)一幅電子圖像就轉(zhuǎn)變成了一邊串相應(yīng)的電訊號(hào)，然后再通過衛(wèi)星上的發(fā)射機(jī)天線將這些電訊號(hào)以無線電波的形式發(fā)射出去。發(fā)送過程就是將一幅完整的圖像分解成許多條掃描線，每條掃描線再分解成若干個(gè)像素的過程。一幅圖像發(fā)送完畢之后，立刻擦去貝寧像層上殘留的電荷，為發(fā)送下一張?jiān)茍D作好準(zhǔn)備。上述整個(gè)攝像、發(fā)送過程都由程序鐘自動(dòng)控制。

（2）掃描輻射儀云圖

掃描輻射儀通常由可見光和紅外兩個(gè)通道組成。其中可見光通道的觀測(cè)原理與電視云圖相似，即由感應(yīng)元件測(cè)量云層或下墊面對(duì)太陽輻射的反照率大小。紅處通道的探測(cè)原理與可見光通道有較大的差別。它是通過測(cè)量云層或地面放射的紅外輻射來獲得云圖的。由于包圍著地球的大氣層是由多種氣體成份（如：氧、氮、二氧化碳、水汽等）組成的混合氣體。每一種氣體成份按其本身的分子結(jié)構(gòu)，都能吸收和放出一定的紅外輻射。對(duì)組成大氣的各種氣體成份而言，有幾個(gè)光譜區(qū)（如3.4～4.3微米，8～12微米），它們既不吸收也不放射。換句話說，地面或云層放出的這幾個(gè)光譜區(qū)的紅外輻射可以不受阻擋地透過地球大氣而到宇宙空間去。這幾個(gè)光譜區(qū)猶如窗戶，可以讓相應(yīng)波長(zhǎng)的紅外輻射自由通過，所以又把它們叫做大氣窗區(qū)。如果我們?cè)谛l(wèi)星上放置一個(gè)大氣窗區(qū)波段的感應(yīng)元件，則可以得到云層或地表面在這個(gè)波段放出的紅外輻射。與電視云圖相比，掃描輻射儀云圖有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：一是它的紅外通道在夜間也可以進(jìn)行觀測(cè)，這就實(shí)現(xiàn)了氣象衛(wèi)星的日夜觀測(cè)，使氣象衛(wèi)星的利用率提高了一倍；其次，掃描輻射儀得到的是定量的輻射強(qiáng)度資料，由此可以計(jì)算出云頂溫度、海面溫度、不同地表特征的反射率等，以便于進(jìn)行衛(wèi)星云圖的定量分析。這樣又從另一個(gè)側(cè)面提高了氣象衛(wèi)星的利用率。

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