开篇-卫星云图分析

卫星气象学（卫星云图分析）授课人：李艳大气科学学院2012年春课时安排成绩评定课堂要求卫星云图的地位和作用利用卫星云图可以识别不同的天气系统，确定它们的位置，估计其强度和发展趋势，为天气分析和天气预报提供依据。卫星云图雷达资料天气图较为准确的分析学习内容学习重点理解气象卫星探测的基本原理，掌握识别卫星图像的基本方法；掌握利用卫星图像资料分析锋面、波动、中纬度气旋等天气系统的基本方法，并会根据卫星图像资料并结合天气图分析制作天气预报；理解与卫星图像相关的天气概念模式；了解应用卫星资料估计降水量的一般方法。重点：利用卫星图像资料分析云系和各种尺度天气系统。难点：理解卫星图像中产生天气系统云系的成因；卫星图像资料和其它气象资料的综合应用。参考书目：1、卫星气象学(2003、2005陈渭民)2、卫星与雷达图象在天气预报中的应用（蓝皮）3、卫星云图分析图册气象卫星：用于气象目的，携带各种气象观测仪器，测量气象要素及各种天气现象的卫星。卫星气象学：利用气象卫星探测各种气象要素，并将卫星探测到的资料应用于大气科学的学科。极轨气象卫星：卫星是逆地球自转方向与太阳同步，也称太阳同步轨道气象卫星。每隔12小时可获得一份全球气象资料。地球静止气象卫星：与地球保持同步运行，相对地球是不动的，又称地球同步轨道气象卫星。5颗卫星可以覆盖全球中低纬度观测网。目前，极轨卫星已经发展到第四代;静止气象卫星已经发展到第三代。气象卫星分类：气象卫星主要观测内容包括：②云顶温度、云顶状况、云量和云内凝结物相位的观测。③陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙，以及海洋表面状况的观测，如海洋表面温度、海冰和洋流等。④大气中水汽总量、湿度分布、降水区和降水量的分布。⑤大气中臭氧的含量及其分布。⑥太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以及地气体系向太空的红外辐射。⑦空间环境状况的监测，如太阳发射的质子、α粒子和电子的通量密度。还包括对一些灾害性天气（如沙尘暴）、森林状况、农作物生长的观测。①卫星云图的拍摄。卫星云图（satellitecloudpicture）由气象卫星自上而下观测到的地球上的云层覆盖和地表面特征的图像。利用卫星云图可以识别不同的天气系统，确定它们的位置，估计其强度和发展趋势，为天气分析和天气预报提供依据。在海洋、沙漠、高原等缺少气象观测台站的地区，卫星云图所提供的资料，弥补了常规探测资料的不足，对提高预报准确率起了重要作用。2008年9月0813号台风森拉克①结构型式：是指不同明暗程度物象点的分布式样，如高层高积云常表现为带状、涡旋状等，开口细胞状云系是由积云浓积云组成等；②范围大小：是指云系的分布尺度，由云系尺度可以推断形成云的物理过程，尺度小的云系常与中小尺度天气系统相关；尺度大的则与大尺度的天气系统联系。③边界形状：不同类型的云，边界不尽相同，如积云浓积云边界不整齐，层云（雾）边界较整齐。④色调：是指物象的亮度。可见光云图上云的色调与云厚和云的成分有关，红外云图上则与云顶温度相关。⑤暗影：是指在一定太阳高度角下，高的云在低的目标物上的投影。⑥纹理：用来表示云顶表面粗糙程度，如层云（雾）云顶表面均匀、光滑；而积云浓积云表面多起伏、不均匀。卫星云图识别云的判据①卷状云在可见光云图上，卷云的反照率低，呈灰一深灰色；若可见光云图卷云呈白色，则其云层很厚，或与其它云相重迭；在红外云图上，卷云顶温度很低，呈白色。无论可见光还是红外云图，卷云有纤维结构。②中云（高层云和高积云）在卫星云图上，中云与天气系统相连，表现为大范围的带状、涡旋状、逗点状。在可见光云图上，中云呈灰白色到白色，色调的差异判定云的厚度；在红外云图上，中云呈中等程度灰色。③积雨云无论可见光还是红外云图，积雨云的色调最白；当高空风小时，积雨云呈圆形，高空风大时，顶部常有卷云砧，表现为椭圆形。④积云、浓积云在可见光云图上积云浓积云的色调很白，但由于积云浓积云高度不一，在红外云图上的色调可以从灰白到白色不等，纹理不均匀，边界不整齐。其型式表现为积云线和开口细胞状云。⑤层云（雾）在可见光云图上，层云（雾）表现为光滑均匀的云区；色调白到灰白，若层云厚度超过300米，其色调很白；层云（雾）边界整齐清楚，与山脉、河流、海岸线走向相一致。在红外云图上，层云色调较暗，与地面色调相的。卫星云图上各类云的特征可见光卫星云图：可见光卫星云图利用云顶反射太阳光的原理制成，故仅能于白昼进行摄影。可见光卫星云图可显示云层覆盖的面和厚度，比较厚的云层反射能力强，会显示出亮白色，云层较薄则显示暗灰色，还可与红外线卫星云图结合起来，做出更准确的分析。红外线卫星云图：利用卫星上红外线仪器，来测量云层温度。温度低的云层会以亮白色来显示，即此处的云层较高，暗灰色的部分则代表云层高度较低，因为越接近地面的云层温度越高。简单而言，即以云顶的不同温度来判断云层的高度。气象卫星云图分类水汽图：卫星接收到的辐射决定于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；水汽含量越少，大气低层的辐射越可以透过水汽到达卫星，则卫星接收的辐射越大。在水汽图上，色调越白，辐射越小，水汽越多；否则越少。增强红外卫星云图：属于红外线卫星云图的一种，针对对流云所设计，主要目的为突显对流现象。对流越强，云顶发展越高，云顶温度越冷。红外云图上，低云的云顶温度较高，与地面相近，不容易识别；地表的温度随季节、纬度、海陆分布及其本身的热惯量而不同，所以在红外云图上的色调亦不同。在电视显示的红外云图上，地表以绿色表示，以与云相区分开。在可见光云图上，云层越厚，反照率越大，色调也越白。而水面，象湖泊、海洋的反照率很小，表现为黑色，陆地反照率比海洋略大，表现为灰色，而潮湿或森林覆盖的地区表现为灰暗的色调。在电视显示的卫星云图上，地表和海洋常用绿色和蓝色表示。水汽图反映大气上层水汽的空间分布。目前，电视节目中通常使用的云图，是红外云图通过计算机处理、编辑而成的假彩色动态云图画面。重要作用以卫星云图为工具，分析天气系统和天气现象云的种、属及降水状况大范围的云系反气旋、高压脊的位置局地强风暴结构、范围、边界、色调、暗影和纹理晴空无云区的位置天气系统位置雹线雷暴若指令卫星加密探测次数(如隔30分钟一次)，可以监测局地强风暴的活动，用以制作即时天气预报和警报。对于气象台站稀少的广阔洋面、高原、荒漠地区来说，卫星云图是很珍贵的探测资料。在气象台站较密的地区，所给出的图象也较为完整系统，为其它观测方法所不能替代。从卫星云图上，发现了一些新的云系，如细胞状云系、云街、热带云团等。重要作用（续）卫星云图和天气图的结合分析：梅雨锋个例卫星云图天气图(87/06/0108)(87/06/0208)卫星云图天气图(87/06/0308)(87/06/0408)卫星云图天气图(87/06/0508)台湾地区梅雨期天气图和卫星云图对比锋面气旋发展的不同阶段：1.波动阶段：云系A向北明显凸起。2.发展阶段：云系A进一步向北凸起，冷空气在云系后部侵入，使云系开始向云内凹。3.锢囚阶段：气旋云系后面的干舌更加明显，云系表现出螺旋结构。4.消亡阶段：主要云带围绕气旋中心旋转一圈以上，干舌伸到气旋中心，表明水汽来源已切断，气旋中心处是一些中低云系。台风云系的识别急流云系识别高空急流的云型呈带状,它是由卷云组成的,极地一侧光滑清晰,并呈反气旋性弯曲的云带。气象人员可根据这些云型特征，以及它们同某些气象要素、天气系统的位置和强度的关系来识别天气系统，确定其位置，估计它们的强度，并判断它们未来的移动、演变趋势。再结合天气图分析，更有助于做好天气预报。空间天气预警气候和环境变化分析与研究海洋气象海冰监测与航海保障大气环境监测陆地生态变化防灾减灾卫星云图应用广泛卫星探测在天气分析和大气科学研究中发挥了重大作用，气象卫星资料广泛应用于农业、海洋、林业、地质地理、水文、航空航天等各领域。海水温度分布、热岛效应北京1.分析云图是一门专业，需要专门的基础知识和技巧。2.在我国的大学气象专业课程中,这方面的内容被忽视。3.在天气预报这个专业岗位上,重数值预报,轻天气分析。为什么台站反映分析云图困难做好FY-2应用需要解决的基本问题国家卫星气象中心许健民2000年8月21日天气预报岗位上的技术人员需掌握的知识：1.辨别气象卫星各观测通道的特征和典型的应用；2.辨别卫星的各种产品，及其在各应用领域中的用途；3.解释静止轨道、极地轨道、和其他轨道的区别，描述它们在不同应用领域中的作用；4.通过考察控制大气和地物表面辐射性质的方程,描述各种卫星产品与大气和地物表面辐射性质的关系；5.将卫星资料与其他气象资料综合,以得出不同地区数值预报天气过程的诊断与评估，辨别各种天气过程，将它们与卫星图象上所揭示的各种尺度的现象建立联系；天气预报岗位上的技术人员需掌握的知识（续）6.用卫星产品辨别：雾、冰云、水云、过冷却水滴、海冰、洪水、雪盖；灰尘、烟、及大气中的各种气溶胶；火山爆发；火；7.解释各通道观测数据和产品如何用来识别：云型、云量、云团、云系，并将它们与各种尺度的天气现象和区域气候建立联系；天气预报岗位上的技术人员需掌握的知识：（续）8.使用预报工作站上完成以下工作：演示重要的图象特征制作动画气象观测数值预报产品,地理特征与卫星图像叠合显示制作彩色增强图象测量地表和云顶温度估计云顶高度计算距离测量图象特征的速度和位移测量图象特征的纬度和经度追踪云的移动以测量不同高度上的风显示探测信息估计雨强和降水区；在卫星气象处工作的专业人员还应掌握以下知识：1.不断地了解静止和极地轨道卫星的新进展,并会利用它们的新产品。2.解释关于气象卫星和仪器的各种信息,如:辐射,光谱通道,数据的特征,分辨率,信噪比等,解释关于卫星轨道特征、卫星各种指标的信息,并将这些信息在实时气象业务中应用。3.解释来自静止和极轨卫星各种产品的产生过程,质量控制和改进。在卫星气象处工作的专业人员还应掌握以下知识（续）：4.用辐射的物理学解释从卫星数据导出的产品(普郎克定律,斯蒂芬-波尔兹曼定律、维恩定律，地面的辐射特征，大气的辐射性质）在卫星气象处工作的专业人员还应掌握以下知识（续）：5.为了在他所在的水文气象局内提供更好的服务,用好卫星产品,不断地评价并建立新的处理方法。6.监视和改进卫星资料和产品显示的过程,包括单独显示和与其它产品综合显示。7.适当地操作和使用卫星跟踪、资料进机设备，进行定标、定位、应用和资料和产品的存档。在卫星气象处工作的专业人员还应掌握以下知识（续）：8.解释并协助执行卫星资料处理的算法,以导出云性质、温度、湿度、陆地和海面特征等参数。9.协助卫星观测数据和产品在数据同化、数值天气预报系统中应用。10.解释卫星观测数据和产品,以协助许多专项应用，如火、天气、火山爆发、灾害物质泄漏、空间天气等。11.用新资料和存档历史资料协助卫星气候学研究。12.协助新观测项目和产品的综合应用和推广。气象卫星图像资料虽然在天气预报中地位日益提高，但它并不能解决天气预报的所有问题，其作用的充分发挥还要与常规天气图等资料相结合。卫星图像资料的应用正由定性应用向定量应用发展，卫星反演资料大量出现并得到广泛应用，但在数值预报中的应用有其不确定性，现正开展四维变分同化研究，可望在数值预报中发挥更大作用，这方面还有大量工作要做。全面辩证的思想创新思维的培养