4卫星气象学_第四节地表特征分

第四节地表特征分析为了将云与地表区分开，必须识别和熟悉各地区的地表特点。识别地表特征(1)有助于定位(2)为洪涝、干旱灾害预报、环境监测、农业、林业、海洋、地理和地质等学科提供有价值的情报资料。•一、陆地地表特征分析•1．可见光云图上陆地表面特征•可见光云图上:地表色调取决于地表的反照率和太阳高度角(影响可以订正)。•通常土壤湿度越大，反照率越小；土壤粒子越大，反照率越小；有植被覆盖的地区，比无植被的反照率要小，植被越茂密，反照率越小可见光图上东亚地区地表特征•陆地呈浅色，海•洋呈黑色，陆地•上的湖泊也为黑•色。在青藏高原•上的黑色区是湖•泊；我国西北地•区，土地干燥，•反照率很大，呈•现出十分浅的色•调。•地表的色调随季节而变。•（1）植被：夏季最茂盛，春秋次之，冬季最•稀少，所以地表色调受植被的影响在夏季最•大，冬季最小。•（2）降雨：我国大部，夏季普遍降雨，地表•受降水的影响最大，冬季降水较少，地表色•调受降水影响较小。在春秋季节里，地表色•调受地下水和植被的影响比较大。•一般情况下，陆地表面为淡灰到深灰色。陆地•表面由不同类型的覆盖物所组成，其表现色调•也不同。•①耕地、草地和牧场为中等程度的灰色；•②有森林覆盖的地表或潮湿地区呈现深灰色；•③沙漠、干旱等干燥地区，植被稀少和红或黄•土壤地区，反射作用很强，表现为浅灰到灰白•色；•④小而薄卷云和•晴天积云的地•表，呈灰白色；•⑤干燥的盐湖、•冰冻的湖泊和河•流，与云的白色•调相同，两者易•相混。2．红外云图上的地表特征•（1）目标物间的温差越大，边界温度梯度越陡，越容易区别它们。如山脉、河流、湖泊、海岸线等目标物在红外云图上都有清楚的表现。•（2）温度随纬度、季节和昼夜变化，陆面的色调也随之变化。例如在夏季白天或寒冬季节，海陆间的温度差异最大，海岸线最清楚；在夏季晚间，由于陆地冷却较快，海陆间温度差减小，这时海岸线往往不很清楚。•一般地说，高的山脉山顶与邻近地面、山脉•坡度很陡的地方以及河谷地带有很大的温度•梯度，山脉的特征十分清楚。•如我国的一些主要山脉：喜马拉雅山、天山、昆仑山、横断山脉、大别山等在红外云图上很容易识别出来。A-B为天山积雪．M处是塔里木盆地，E为帕米尔高原积雪。G-K为昆伦山脉积雪．N-F为喜马拉雅山脉积雪．D为柴达木盆地，R处是高原上的湖泊。A-B为天山积雪．M处是塔里木盆地，E为帕米尔高原积雪。G-K为昆伦山脉积雪．N-F为喜马拉雅山脉积雪．D为柴达木盆地，R处是高原上的湖泊。夏季新疆地表塔里木盆地Q呈浅灰色，天山积雪(A-B)、昆仑山积雪(C)范围很小。最黑的地方是湖泊。横断山脉地表因横断山脉(M)坡度大，山顶与谷底的温差大，山地轮廓清楚，暗色枝状线为河谷。灰白色区为山顶。G处呈黑色，是四川盆地。海陆表面冬季中纬陆面温度低于海面温度，故陆表山东半岛E、辽东半岛F和朝鲜半岛G呈灰白色，渤海A、黄海B呈深灰色，M、N处是积云线和细胞状云系。我国长江流域地区地表面亮度温度分布陆面温度低于水面温度，呈较浅色调。太湖(A)、新安江水库(B)、巢湖(D)、洪泽湖(C)、鄱阳湖(E)和长江都十分清楚，水体温度较陆表温度高，呈现出较暗的色调。二、风沙、浮尘和沙尘暴•活动的风沙反照率很高，其色调很浅；•相对稳定，有植被的风沙区，色调较暗；•沙丘中的暗斑，可能是接近地下水位的地面，•那里有植被生长，植被稀疏的程度，指示了地•面风沙的活动性。•用不同时刻的卫星图像作对比分析可以估•计风沙的移速、移向，根据色调差异可以判断•砂粒的粗细及其成分。•沙尘现象包括扬沙、沙(尘)暴、浮尘•等，瞬时风速≥25m/s，最小能见度≤50m的•特大沙暴称为黑风暴。•用可见光云图可以分析浮尘和沙尘暴•的起源和移动，影响的范围和强度。•出现浮尘和沙尘暴的地方，边界模糊和•色调较浅，色调越浅，大气中的浮尘和砂粒•浓度越大，沙尘暴越强烈，地面能见度越差。•通常浮尘的强度较小，色调不如沙尘暴那么•白。沙尘天气的分类和气象学定义•卫星观测表明，我国的浮尘和沙尘暴起源于西北沙漠和黄土高原地区，在冬春季节，当一次冷锋过境，伴随着地面大风，由于近地面的湍流交换，将干燥地表面处的细砂和黄土刮到空中，形成浮尘和砂尘暴。浮尘和砂尘暴一旦形成，便随高空气流吹送到很遥远的地方。我国西北地区形成的浮尘和砂尘暴不仅可以影响长江以北的广大地区，还可以远涉重洋影响日本，甚至太平洋中部的檀香山地区锋前型沙尘暴天气的云图特征强沙尘暴发生的卫星云图上有一条东北至西南走向的冷锋云带，冷锋云带的后边界十分齐整，在冷锋云带的前边界分裂出多个小对流单体。进一步发展，对流单体发展成为飑线，并伴随有强沙尘暴发生，飑线后面的冷锋又使强沙尘暴过程进一步加强。1993年5月5日即为一次上述的过程。锋后型强沙尘暴的云图特征•冷锋云带过境后，锋后的大风引起强沙•尘暴，是我国出现次数最多的一类。在卫星•云图上，此类冷锋云带可分为宽云带和窄云•带两种，较宽云带的冷锋引起的沙尘暴强度•较强。1998年4月14-16日即为一次典型的锋•后沙尘暴过程。2002年卫星遥感监测的主要沙尘暴过程•第一次：从3月•15日起，我国西•北东部至东北南•部地区先后出现•了沙尘天气。这•是3月15日14时•气象卫星监测到•的沙尘图像。•这是计算机进一步处理的沙尘的强度分布。粉红色区域以沙尘暴为主，土黄色区域以扬沙为主。•这是3月16日12时的沙尘暴监测图像。根据气象卫星的识别结果，本次沙尘过程影响总面积约33万平方公里。•第二次：3月18•日内蒙古东部、•河北北部出现了•沙尘天气。沙尘•影响区总面积约•为79万平方公•里，其中，内蒙•古东部约51万平•方公里，河北北•部约28万平方公•里。•第三次：从3月19•日开始，西北、华•北以及东北的部分•地区又出现了近年•来罕见的大范围沙•尘天气。从图中可•以看到，本次沙尘•暴主要起源于蒙古•国中西部和内蒙古•中西部地区。•3月20日早晨，从气象卫星监测到的沙尘图像中可以分析出，19日位于蒙古及甘肃等地的沙尘区继续向偏东南方向扩展。•20日中午，沙尘继续向东扩展，覆盖了内蒙中部和东部、河北大部，严重影响着京津等地区。三、陆地冰雪覆盖区•冰雪覆盖在气候过程和天气预报中起重•要作用。它影响着地表和空气温度、大气环流模式、风暴路径、云量、地面反照率、蒸发、降水、蓄洪和土壤湿度以及能源需求、运输系统、食品供应和冬季娱乐活动。•1．可见光云图上冰雪覆盖区的识别•冰雪覆盖区在可见光云图上表现为灰白•到白色不等，这决定于冰雪覆盖的厚度，冰•雪厚度越厚，色调越白。但是，在卫星云图•上只有对积雪深度超过3cm的冰雪覆盖区才能•清楚地表现出来。•在有雪覆盖的草原或森林地区，若积雪相•等，则前者更白一些；在有雪覆盖的山脉，•常表现出树枝状的外型，其明亮区域是山•脊，树枝状的黑线是山谷。由于地球各地区•的地貌和植被覆盖不同，所以积雪覆盖区都•有它自己特有的形状。•在平原地区，积雪的色调均匀，呈白•色，与山地积雪不同的是积雪时间与纬度有•关，纬度越低，积雪时间越短，所以，平原•地区的积雪与云的区分的难度加大。天山积雪横断山脉积雪青藏高原积雪•2．红外云图上冰雪覆盖区的识别•在红外云图上，有雪覆盖的地区的色调•比四周地区更白一些。积雪区的亮度决定于•积雪区内是否有植被、植被的种类以及有多•少植被为积雪所覆盖。如果积雪很浅，那么•在可见光云图上容易看出，在红外云图上不•容易看出，这因为雪面与四周地表的色调相•差很小，而雪面的反照率比无雪的地表要大•许多。山脉积雪在红外云图上也呈树枝状的•结构。•在有强逆温的情况下，云的温度可比有•雪覆盖的表面要暖一些，色调可比雪区暗一些。有时云的温度与积雪区的温度一样或低一些，这时云和雪的亮度相等或云更亮一些，这时云与雪就不容易区分。•四、江河、湖泊、海洋等水面特征•在可见光云图上，平静的江河、湖泊和•海洋面等水面由于反照率甚低，表现为深黑•色，又由于陆面呈较浅的灰色，与水面形成•明显的反差，所以在无云时可以见到河流、•湖泊、海岸线、岛屿等地理目标。在红外云•图上水面的色调判决定于其温度的高低。•1．河口特征的识别•卫星云图可以用于研究河口的水文特征、•水中悬浮物质的浓度及水深等，由不同时刻的卫星云图所显示的混浊度的水流图形就可以估计水流的相对速度。•一些江河（如长江、黄河等）中泥沙等悬浮物质的浓度很高，水色混浊，反照率甚大，在可见光云图上呈现灰白到白色，这种混浊水排入海洋后不是立刻消失的，而是随周围海水运动的同时，逐渐发生水质混合和泥沙沉淀，因此由河流排入海洋的混浊水可以作为河口附近海水过动的天然示踪物，这些混浊水在云图上呈羽状。分析混浊羽的形状和色调可推知河口附近海流状况。•由甚高分辨率的可见光云图可以清楚地分析黄河、长江入海口水域悬浮物质浓度、水流状况。另外在我国苏北沿海岸水区为一广阔的浅滩区划，底质是旧黄河夹带的泥沙，水下布满沙洲，海水很浅，受长江入海的淡水和苏北近岸的海流共同作用，海水的搅拌作用可以直达海底，使这里的海水十分混浊，反照率甚高，混浊水边界和混浊羽十分清楚。从长江口到台湾海峡、福建沿岸的浅水混浊水称东海流，在云图上也有清楚的表现。（a）苏北沿海的混浊水(S)呈现出浅灰色，长江口、钱塘江口的混浊水也很清楚；黄海(Y)呈黑色，表明该地区水很清，而东海(E)地区较混浊；(b)中，东海变清，而黄海变得混浊。•2．海面温度、洋流和中尺度涡旋•(1)海面温度•从红外云图上不仅能取得准确度较高的•海面温度，同时从图像上看出海面温度的相对分布。通常暖的海面表现为暗的色调，冷的海面表现为浅的色调，我国沿海温度分布•(2)洋流•从红外云图上可以识别冷暖洋流，暖洋•流表现为暗黑的色调，冷洋流呈浅灰的色调。•在动画云图上可以看到冷暖洋流的流向和演•变。如从下图的云图上可以清楚地看到西太•平洋沿海岸有黑潮暖流(S～G)和黄海冷水区•(Y)，在我国东部沿海地区能分析出黑潮暖流•分支一台湾暖流(S)伸向长江口区。西太平洋沿海岸有黑潮暖流和黄海冷水区•(3)中尺度涡旋•海洋中的中尺度涡旋的范围约在几百千•米，常称为海洋水中的台风，它对海洋航行•和海洋研究等有重要影响，用常规的海洋观•测很难进行追踪分析，但是用卫星云图很容•易分析无云情况下海洋的中尺度涡旋，卫星•观测表明，这种中尺度涡旋表现成圆型，根•据其水流和温度可以分成两类：•①冷涡：冷涡中洋流呈气旋式旋转，其中心•的海水自下向上运动，将海洋深处的冷海水•带到其表面，所以涡旋中表面的温度较四周•海洋面的温度低。在云图上表现为相对四周•围洋面较浅的色调；•②暖涡：暖涡中洋流呈反气旋式旋转，其中•心的海水自上向下作下沉运动，受太阳照射•加热，涡旋中心表面的温度较四周要高，呈•圆形黑的色调区域。下图是西北太平洋洋面•冷暖流交界处出现的暖涡W1，W2，w3，W4。•西北太平洋洋面冷暖流交界处出现的暖涡•3．海冰特征•海冰是影响极地区域热量收支的一个重•要因子，也是影响海气交换的重要因子。海•冰间水道也是热量交换的重要方面，据估•计，从冰间水道流入大气的热量比周围冰区•流人大气的热量要大100倍；此外海冰对人类•在海上活动有严重影响，固定冰盖可阻止海•上航行，造成航海事故。•在卫星云图上，可以识别各种流冰、冰间•水道、冰裂缝、冰上湖泊、水融洞及其浸水•冰，可以观测到冰的形成、持续时间及其消融•情况。•海冰在可见光云图上呈灰到灰白色，比陆•地和水面的色调浅得多，其边界清楚，呈块状•结构。由于海冰与云的色调相近，较难区分，•但按以下几点仔细分析，仍可区分开：•①冰的明亮程度一般比云更为均匀，有时透•过薄的云层也可以见到冰间水道和裂缝，•并用于辨认冰；•②云的边界大多是逐渐过渡的，而浮冰的边•界是与背景截然分明的；•③冰的结构型式是呈块状，而云就不一定。•海洋面冰•太耀斑区•在可见光云图上，水面一般呈黑色。但是当太阳光从水面单向反射至卫星仪器内，则其在卫星云图上表现一片色调较浅的明亮区域，这区域称做太阳耀斑区。•在卫星云图上识别太阳耀斑区要注意以下几点：1）太阳耀斑只出现在可见光