卫星气象学知识点汇总Word格式.docx
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∂ω
为W⋅sr−1,如果点源是各向同性则I=φ。
4π
15.辐照度:
指投射到一表面上的辐射通量密度。
16.辐亮度L(辐射率):
是指一个辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向nr上
单位面积、单位立体角的辐射能,即L(nr)=
∂3Q
∂A∂t∂ω
∂2φ
=
∂A∂ω
=∂F,单位为
W⋅m-2⋅sr-1.
17.亮度温度(Tb):
在给定波长处,如果物体的辐射亮度Lλ(T)与温度为Tb的黑体辐
射亮度相等,即Lλ(T)=Bλ(Tb)则称Tb为该物体的亮度温度。
亮度温度又称等效黑体温度或辐射温度。
18.局地辐射平衡:
如果辐射热交换的过程相当缓慢,物体中内能的分布来得及变
化均匀,这时物体的温度虽然在变化,但每一给定瞬间,物体的状态可以看作是平衡的,仍可用一定的温度来描述。
地球大气中的辐射过程,一般认为地面至60公里以下的大气处于局地辐射平衡状态。
19.行星反照率:
地球-大气系统的反照率称为行星反照率,它表示射入地球的太阳
辐射被大气、云及地面反射回宇宙空间的总百分数。
20.漫射因子:
若要把漫射辐射当作平行辐射处理,应当将其光学厚度加大1.66倍。
其原理是清楚的,因为(δ0-δ)是这一层大气的垂直光学厚度,垂直方向辐射的光学路径最短,而其它方向的路径都要加长,其吸收当然也增加了。
作为对各个方向的积分,其最终效果是加大1.66倍,因此也有人把β称为漫射因子
21.阳伞效应:
由于云和气溶胶(特别是火山灰)对太阳辐射的强散射作用,导致
到达地面的太阳辐射能减少,称为阳伞效应或反射效应。
22.权重函数:
在辐射传输路径上各点的有效温度辐射测量值的贡献不仅取决于该
点的有效温度值,而且还依赖于该点附近介质的透过率变化率∂Γ(ν
z,Ζ)
,
∂z
一因子常被称为辐射亮温度权重函数。
23.卫星编队:
所谓“卫星编队”是指将多颗极轨卫星像列车一样排成一列,使它们
在地球上空的同一轨道上飞行。
24.增强红外云图:
对灰度或辐射值进行变换处理,将人眼不能发现的细节结构清楚地显示出来,如积雨云在云图上表现为一片白色,通过增强处理后可将云顶结构显示出来,能准确地确定积雨云的强度,强对流中心位置。
红外云图的增强处理是将图象上的灰度值,按需要进行合并或分解为若干灰度间隔(等
级),每一间隔赋予一个灰度值。
25.斜压叶状云系:
与高空西风急流中的锋生相联系的一种植物叶片状云系,称作“斜压叶状云系”。
该云系在垂直方向深厚,地面伴有锋生现象,并且还可能有地面气旋形成。
在可见光和红外图像上都很容易看见它。
26.太阳耀斑区:
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。
27.云带:
带状云系宽度大于一个纬距称做云带。
28.云团:
云团是由多个大小不等的积雨云或积状云与层状云混合组成云簇团。
29.云线:
云线由长30至几百公里的对流云素组成,宽度小于一个纬距,可出现在冷锋前后,它指示着低空风向。
30.云的辐射效应:
是一个用于衡量云与辐射相互作用程度的云参数。
它定义为云相对于晴空而言,对大气,地表以及大气层顶处辐射的影响。
31.纹理:
纹理是指云顶表面或其它物像表面光滑程度的判据。
32.涡旋云系:
涡旋云系是一条或多条不同云量和云类的螺旋云带朝着一个公共中心辐合形成的,与大尺度涡旋相联系。
二、简答题
1.简述气象卫星的发展简史。
(1)在1959年10月13日发射的ExplorerVII卫星上成功进行了第一次气象实验
(2)ExplorerVII卫星用早期版本的辐射计测量了地球的热平衡。
(3)卫星气象学之父VernerE.Suomi设计了热辐射实验。
(4)1960年4月1日发射了第一个可视红外观测气象观测卫星TIROS-I,绕Psuedo-Polar轨道共运行了78天。
(5)1966/1967—第一个地球静止气象卫星ATS-I
(6)2003-现在,运行的卫星有极地轨道卫星与地球同步轨道卫星
2.气象卫星遥感探测的特点是什么?
(1)空间固定轨道上运行
(2)自上而下进行观测
(3)全球和大范围的观测(4)使用遥感探测技术(5)提供丰富的观测资料,受益面广
3.气象观测为什么需要卫星?
(1)观测范围广
(2)观测次数多、时效快(3)不受自然条件和国界的限制(4)卫星观测与地面观测站互补(5)卫星观测与海洋观测站互补4.简述开普勒三大定律。
(1)开普勒第一定律,也称椭圆定律、轨道定律,每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。
(2)开普勒第二定律,也称等面积定律,在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的。
(3)开普勒第三定律,也称周期定律,各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。
5.卫星的入轨速度与轨道形状之间的关系是什么?
卫星的轨道形状只取决于火箭把卫星送入轨道的瞬间速度——入轨速度。
一、卫星实现圆轨道运动的条件
卫星在地心引力下作圆周运动:
GMm=mv2
r2r
v=GMr=
µ
环绕速度
(R+H)
取r=R=6370km,有V=V1=7.912km/s,第一宇宙速度这是卫星在地面入轨时所需的最小速度。
此时卫星可在贴地面附近绕地球作圆轨道运动。
若v<
V1,则向心力>
离心力而落向地面。
若v>
V1,则离心力>
向心力而脱离半径为6370km的圆轨道。
二、卫星实现椭圆轨道运动的条件当卫星飞行速度进一步增加,离心力加大到使卫星脱离地球引力场,即a→∞,卫星就演变为太阳行星,而轨道成为抛物线形。
由活力公式得:
V2=
2V1=
2*7.912=11.2kms
这是卫星要从地表面脱离地球引力场所需要的速度,称第二宇宙速度(逃逸速度)。
它是地面发射一颗行星所需要的最小速度。
因此,实现椭圆轨道的条件
为:
V1〈V椭
〈V2
若卫星飞行速度进一步加大,卫星的离心力进一步增大到大于太阳引力,则卫星脱离太阳的引力场进入银河系。
6.什么是卫星的倾角?
什么是星下点?
FY-2的星下点在何处?
轨道倾角:
星下点:
FY-2的星下点在赤道,1050E
7.什么是近极地太阳同步卫星?
太阳同步卫星轨道如何实现?
(1)近极地太阳同步卫星:
卫星轨道面与太阳的相对取向保持不变,即每天过升交点的局地时间相同。
(2)近极地太阳同步卫星轨道的实现:
1)卫星轨道平面随地球绕太阳公转时的平动
一年内卫星轨道平面相对于太阳发生顺时针3600的转动!
平均每天变化为:
3600
365天=+0.985
天(+号表示转动方向从西向东)
2)卫星轨道平面因地球椭形而进动圆形轨道进动率:
Ω=10cosi(R/(R+H))3.5
i〈900,Ω〉0,
;
i〉900,Ω〈0,
西东;
3)近极地太阳同步卫星轨道的实现
选择i〉900,实现Ω=-0.9850/天来抵消轨道面的相对运动,即可实现近极地太阳同步卫星轨道。
8.什么是地球同步卫星?
其高度和运行周期为多少?
地球同步卫星:
卫星相对于地球而言是静止的(没有任何方向上的运动).卫星运行周期T=23小时56分04秒。
卫星运行高度H=35860(km)
9.为什么地球同步卫星的星下点在以赤道为中心的两侧产生“8”字形的摆动?
实际卫星轨道会有点椭圆形,倾角也很难正好等于0o
,常有0~1度的倾角。
这种误差会使卫星的星下点在以赤道为中心的两侧产生“8”字形的摆动。
10.什么是"
地表发射率(地表比辐射率)"
?
它与哪些因素有关?
地表发射率ε(地表比辐射率):
指同一温度下地表的出射度M′与黑体的出射度
M的比值,它表征了地表的辐射能力。
ε=M′/M,ε∈[0,1]
它与地表结构,成份,表面特征,温度,以及电磁波发射方向,波长等因素有关。
11.为什么地球大气中的辐射过程可以认为是辐射平衡的?
辐射平衡状态就是吸收和发射辐射能量相等,物质热状况保持不变,可用一确定温度表示;
各向同性。
如果地球大气辐射热交换的过程相当缓慢,地球大气中内能的分布来得及变化均匀,这时地球大气的温度虽然在变化,但每一给定瞬间,地球大气的状态可以看作是平衡的,仍可用一定的温度来描述。
地球大气中的辐射过程,一般认为地面至60公里以下的大气处于局地辐射平衡状态。
12.造成地球大气辐射衰减的主要原因是什么?
地球大气辐射在大气中传输时,造成地球大气辐射衰减的原因有大气的吸收
和散射。
但由于地球大气辐射能量主要集中在3-120µ
m范围内,且当波长
λ〉3µ
m时,瑞利散射很小,可以忽略不计,所以造成地球大气辐射衰减的主要原因是大气气体的吸收。
虽然O和N占整个大气的99%,但由于分子结构的
缘故,其对红外辐射并不吸收,而对大气红外辐射吸收的却是含量很少的
CO,HO,O等微量气体,这些气体的吸收表现为谱带的形式。
(1)水汽主要集中在对流层下半部,其吸收在对流层下半部起重要作用,主要吸收带有1.4,1.9,2.7和6.3µ
m吸收带;
(2)二氧化碳:
由于二氧化碳的含量较少其吸收相对水汽更
少。
主要吸收带波长有14.7,4.3和2.7µ
m;
(3)臭氧:
臭氧主要集中在平流层10-40
公里内,强吸收位于9.6µ
m,弱吸收带位于4.7和14.1µ
m.
13.简述基尔霍夫定律的物理意义。
ελ,T=Aλ,T
1)一物体在一定温度下发射某一波长的辐射,则该物体在同一温度下吸收这种
波长的辐射。
2)一个良好的吸收体,在同一温度下、相同波长处,也一定是一个良好的发射体;
反之亦然。
14.请简述辐射方法和光谱方法测量物体温度的理论基础。
辐射方法:
斯蒂芬-波尔兹曼定律F=πBT
=σT4
由绝对黑体的积分辐射通量密度反求其温度,这就是用辐射方法测量物体温度的基础。
光谱方法:
维恩位移定律λmaxT=2897.8(µ
mK)
由辐射最强的波长也可以确定绝对黑体的温度—光谱方法测定物体温度的基础。
15.什么是大气窗?
大气窗或大气光谱窗:
8~12µ
m大气的吸收很弱。
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。
吸收很弱或没有吸收的波
段称为大气窗(因为这些波段的辐射可以像光通过窗户那样透过大气)。
16.假如大气中有水平均匀的高、低两层薄云,忽略各云层和地表对辐射的反射,请简述到达大气顶的辐射组成?
(1)高云下面的地表、低云和大气发出并透射高云向上的辐射。
(2)高云云层向上发出的辐射。
(3)高云以上大气发出的辐射。
17.如何实现对同一区域进行反复而精确的观测?
为了实现对某一区域进行高分辨率的反复观测,科学家们研究出了一种比较完美的方案,即“卫星编队”。
将多颗极轨卫星像列车一样排成一列,使它们在地球上空的同一轨道上飞行。
实现了对某一个区域进行高时间、空间分辨率的反复观测,为我们了解某一区域连续性气象要素的变化提供了宝贵的资料。
18.Cloudsat和CALIPSO卫星相结合的云层产品具体有什么优势?
1)CloudSat卫星的距离更接近于CALIPSO卫星,它们相距93.8km,两者的
探测时间大约相差12.5秒,由于云的寿命一般不大于15分钟,因此这两颗卫星可在几乎相同的时间对同一云层进行观测。
该特性对于我们结合CloudSat和CALIPSO研究同一区域的云非常重要。
2)CALIPSO卫星仅能获得云的水平结构,CloudSat可以"
切开"
云层,提供云的垂直结构,将两者结合可以更清晰的了解云的三维结构,得到更多的产品。
19.请简述我国极轨气象卫星的发展历程。
中国:
1988~2008:
第一代,仅成像仪器2008~2020:
第二代,具备大气探测能力。
特色:
比美国多了微波成像仪器,空间分辨率259m可获得地球大气自然景观图像。
卫星总体上处于准美国第5代水平,大气探测相当于美国第4代水平,但美
国处于代际交替阶段(5/6),中国处于美国第5代初级阶段.
20.分析卫星云图,通常要分析哪几方面的内容?
不同通道云图、云和地表(雪)、云类型、地表、云分布及天气系统、估算气象要素、结合其他资料综合分析。
21.卫星观测仪器应满足的条件是什么?
(1)选用大气窗区避开气体吸收和散射的波段
(2)仪器通道波长间隔要有一定宽度,通道尽量选在太阳辐射较大的地方以获得更多的能量
(3)仪器通道选在最能区分所要探测目标物的谱段。
22.请问目前国际上卫星搭载的雷达包括哪几个?
他们分别位于什么卫星上,属于哪个波段?
最基本的功能是什么?
(1)正交偏振云-气溶胶偏振雷达,位于CALIPSO卫星上,有两个波段:
532nm和1046nm,属于激光雷达,可提供气溶胶的垂直分布和云的特征信息
(2)云剖面雷达,位于Cloudsat卫星上,属于激光雷达,它可"
切"
开云层。
改进对云层结构和成分的研究
(3)测雨雷达(PR),位于TRMM热带降雨测量卫星,属于厘米波雷达,它最基本的功能是精确地测量降水。
23.A-Train卫星集群中的英文代表什么含义?
联合该卫星集群中部分卫星的观
测研究云或者气溶胶有什么优势?
(1)下午卫星编队(Afternoon-Train),含义是均在当地时间每天下午l:
30左右通过赤道
(2).1)A-Train卫星编队可以更好地了解大气气溶胶对气候的作用,以及局部污染源影响空气质量的方式,并能以全新的视角获知全球云的分布和演变,从而改进气象预报和气候预测。
2)A-Train中各卫星数据的结合研究,将提高人们对云与大气气溶胶之间的相互作用、云对地球能量平衡的作用等方面的认知水平。
24.Aqua卫星和Terra卫星有什么不同?
Aqua卫星上具体携带了哪些探测器?
其中的MODIS数据产品可具体分为几类?
它的波段主要是那两类?
而
CERES仪器具体能提供什么信息?
(1)Aqua在数据采集时间上与Terra形成互补。
Aqua是下午星过境时间是下午1:
30;
Terra是上午星过境时间是上午
10:
30。
重量不同,总供电功率不同,寿命不同。
搭载的传感器也不同:
Aqua传感器有6个,分别为AIRS,AMSU-A,CERES,MODIS,HSB,AMSR-E
Terra上星载的传感器有5个,分别为MODIS,MISR,CERES,MOPITT,ASTER
(2)AQUA卫星携带的仪器有:
云与地球辐射能量系统测量仪CERES中分辨率成像光谱仪MODIS大气红外探测器AIRS先进微波探测器AMSU巴西湿度探测器HSB先进微波扫描辐射计AMSR-E
(3)大气产品,陆地产品,冰雪产品,海洋产品
(4)从0.41~14.4µ
m
可分为可见光和红外谱段
(5).1)用于气候变化分析,提供大气层顶部连续的、包括辐射通量在内的地球辐射收支实验数据;
2)提供更高精度的大气层顶部和地球表层辐射通量的数据;
3)提供大气圈内计算辐射通量的长期数据;
4)提供将大气顶层辐射通量考虑在内的关于云的严格计算数据。
25.CALIPSO卫星上的偏振激光雷达能用来提供大气目标物的哪些主要特征,请举例说明。
其中,退偏比这个参量能用于表征粒子的什么特性?
为什么CloudSat卫星上的云雷达CPR不能提供粒子的退偏比呢?
(1)CALIPSO能提供气溶胶的垂直分布和云的特征信息。
比色值和532nm体积退偏比的垂直廓线
(2)退偏比反映的是被测颗粒的不规则程度。
(3)因为CPR就一个波段一个通道,而我们所说的退偏比必须是需要一个波段的两个通道进行求取。
26.TRMM卫星的中文意思是什么?
它的主要发射目的是研究大气的什么内
容?
(1)TRMM热带降雨测量卫星
(2)目的:
观测和研究热带降雨过程,更多地了解热带降雨对全球气候系统的影响。
27.卫星数据一般都有:
Level0,Level1等等不同级别的产品,那么卫星数据
为什么要进行分级呢?
数据分级很简单,最早期的数据,只是原始数据,因此数据参数少,而且都是小尺度的数据采样,因此基本用于新一级别的数据融合。
随着与其它卫星数据相匹配融合,数据级别升高,空间分辨率减少,但是卫星得到的参数变多了,因此可用于大、中尺度的气候模拟。
28.NOAA系列卫星一般都涵盖了哪些电磁波段?
GOES系列卫星属于极轨卫星还是静止卫星?
(1)可见光红色波段,近红外波段,中红外波段和两个热红外波段,微波。
(2)GOES系列卫星属于静止卫星。
29.目前,卫星携带的仪器基本涵盖是哪些波段?
其中热红外波段相比可见光来说有一个更明显的优势是什么?
(1)紫外,可见,红外,微波
(2)热红外波段可进行全天候观测,而可见光只能进行白天观测
30.卫星探测器的空间分辨率和时间分辨率是什么?
如果现在需要融合两个不
同卫星的观测资料去研究云或气溶胶的瞬时的物理特性,这两个卫星应该满
足的最基本条件是什么?
(1)空间分辨率是指卫星在某一时刻观测地球的最小面积。
时间分辨率是指卫星对同一地区观测的时间间隔。
(2)同时同地观测。
31.目前为止,哪种遥感手段最能准确的描述云在大气中的垂直分布呢?
CALIPSO的CALIOP雷达,CloudSat的CPR以及TRMM的PR
32.何谓可见光云图?
云图上的亮度取决于什么因素?
(1)可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光谱段,测量来自地面和云面反射的太阳辐射,将这种地面目标物反射的太阳辐射转换为图像,卫星接收的辐射越大,用越白的色调表示;
接收到的辐射越小,用越暗的色调表示,就得到可见光云图。
(2)影响可见光云图亮度的主要因素:
1)反照率对可见光云图色调的影响
2)太阳高度角对可见光云图色调的影响
33.何谓红外云图?
云图上的亮度与那些因素有关?
(1)卫星在10.5-12.5µ
m和3.55-3.93µ
m.测量地表和云发射的红外辐射,将这两种辐射以图像形式表示就是红外云图。
包括长波红外云图和短波红外云图两种。
(2)云图上的亮度与温度有关。
温度越高,辐射越大,色调越暗。
34.为什么短波红外云图色调的变化相比长波红外云图更为复杂?
因为短波红外云图接收到辐射包括太阳辐射和地面云面发射的辐射两项,因反射太阳辐射的加入,使其比长波红外云图更为复杂。
35.请解释水汽图像的观测原理。
卫星通道:
5.7-7.3µ
m水汽强吸收带,吸收带中心为6.7µ
m。
卫星接收到的辐射包括地(云)面发射的辐射和水汽发射的辐射两项,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。
所以,水汽图色调
越白,表示水汽越多。
反之,色调越黑,表示水汽越少。
当大气中水汽含量大时,卫星测量的辐射来自大气上层;
而大气水汽含量较少时,卫星测量的
辐射来自大气低层。
36.卫星云图上识别云的主要依据是什么?
在卫星云图上,云的识别可以根据以下六个判据:
(1)结构型式:
带状、涡旋状、细胞状和波状等
(2)范围大小(3)边界形状:
直线、圆形、扇形和气旋性弯曲等(4)色调(亮度或灰度)(5)暗影(6)纹理
37.卫星云图上卷状云、层状云、积状云的基本特征是什么?
(1)卷云的一般特点是:
卷云的高度最高,由冰晶组成,具有透明性,反照率低,在可见光图像上呈现淡灰色到白色不等,有时还可透过卷云看到地面目标物。
由于卷云的温度比其它云都要低,在红外图像上表现为白色,与地表,中低云间形成明显的反差,因而卷云在红外图像上表现最清楚,最容易辨认。
在水汽图像上卷云是白亮的。
(2)层状云:
在可见光云图上,表现为一片光滑均匀的云区,尺度范围大,在可见光云图上,色调从灰色到白色,且边界光滑整齐清楚,受地表影响较大。
(3)积状云表现为云带,云线和细胞状结构,纹理为多皱纹,多起伏和不均匀。
边界不整齐不光滑,在可见光云图上是白色。
38.在卫星云图上如何判断积雨云的强弱?
在红外云图上,积雨云表现为白色云团,由于其云顶表面温度差异小,人眼无法辨别云区内的精细结构、对流强度分布和强对流中心位置等。
通过增强显示,能识别积雨云区内温度分布和对流强度。
39.卫星云图上能识别出哪些天气尺度的云系?
(1)带状云系
(2)涡旋云系(3)云线(4)云团(5)细胞状云系(6)逗点云系(7)斜压叶状云系(8)变形场云系(9)波状云系
40.各种云系与天气系统有何关系?
(1)带状云系:
急流,锋面,赤道辐合带都表现为带状云系
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