卫星云图的识别.docx

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卫星云图的识别

卫星云图的识别

一、卫星云图的分类

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卫星云图可以根据卫星所接受的波长范围

分为三类：

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1.红外图像（IR）：

波长区间至

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2.可见光图像（VIS）：

波长区间—

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3.水汽图像（WV）：

波长区间至

?

红外云图

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红外云图的色调决定于物体的温度，反映了地面和云面的红外辐射或温度的分布。

浅色调表示红外辐射小，温度低；暗色调表示红外辐射大，温度高。

所以云顶高度越高，其温度越低，云的色调越白。

红外云图的优点是可区分不同层次的云。

缺点是因为温度相近的关系，不能区分地面和低云。

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可见光云图

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可见光云图中亮度与星下底物表面的反照率相关很好。

图像较黑的色调代表低的亮度（低的反射辐射强度）；较亮的色调代表高亮度。

高反照率的云，云厚度大，云中水含量高，云滴的平均尺度小；低反照率的云，云厚度小，云中水含量低，云滴的平均尺度大。

可见光云图的优点是分辨率高，可区分地面和低云，云的纹理清晰。

缺点很明显，因为仅靠目标物反射，所以夜间资料不可用。

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水汽云图

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波长6-7um附近是以水汽为吸收体的一个谱区。

在强吸收带中，到达卫星的辐射主要?

来自对流层上部。

水汽图像和红外图像一?

样，把接收到的辐射转换为温度来显示。

对流层上部高湿区显的亮（冷），低湿区显得暗（暖）。

即使对流层上部很干燥，近地层大气仍然可能很湿。

水汽云图优点是，可提供大气水平运动信息。

缺点是其主要反映了400hPa-600hPa的水汽，对于其他吸收谱区无法显示。

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二、云图识别判据：

在卫星云图上，云的识别可以根据以下六个判据：

结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。

1结构形式

在云图上，所谓结构型式是指目标物对光的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不同明暗程度物象点的分布式样，这些物象点的分布可以是有组织的，也可以是散乱的，即表现为一定的结构型式。

卫星云图上云的结构型式有带状、涡旋状、团状（块）、细胞状和波状等。

由云的结构型式有助于识别云的种类和云的形成过程，如：

冬季洋面的开口细胞状云系，是由积云或浓积云组成，它是冷空气到达洋面受海面加热变性而形成的；大尺度的带状云系主要是由高层云和高积云组成的；团状云块一般是积雨云等。

由云的分布型式有助于识别天气系统，如锋面、急流呈带状云系，台风、气旋（低压、冷涡）具有涡旋结构等。

在一张云图上，常包含有许多复杂型式，并且有些型式是相互重迭的，这种重迭型式常是由于陆地地貌、水、冰雪和云同时存在引起的，或者是由于高、中、低云同时造成的，这种复杂型式的分析要很仔细，可借助不同时相和多通道云图相互比较，以及对物象的认识，判别结构型式和形成原因。

2范围大小

在卫星云图上，云的类型不同，其范围也不同。

如与气旋、锋面相连的高层高积云和卷云的分布范围很广，可达上千公里；而与中小尺度天气系统相联的积云、浓积云和积雨云的范围很小。

因此从云的范围可以识别云的类型、天气系统的尺度和大气物理过程。

如在山脉背风坡一侧出现的排列相互平行的细云线，就能知道这是山脉背风坡一侧重力波形成的。

3.边界形状

在卫星云图上，各类物象都有自已的边界形状，所以根据不同的边界可以判别各类物象。

各种云的边界形状有直线的、圆形的、扇形的，有呈气旋性弯曲的、也有呈反气旋性弯曲的，有的云（如层云和雾）的边界十分整齐光滑，有的云（积云和浓积云）的边界则很不整齐。

云的边界还是判断天气系统的重要依据，如急流云系的左界整齐光滑，冷锋云带呈气旋性弯曲等。

4色调

色调有时也称亮度或灰度，它是指卫星云图上物象的明暗程度。

不同通道图象上的色调代表的意义也不同。

如可见光云图上的色调与物象的反照率、太阳高度角有关。

对云而言，其色调与它的厚度、成份（水滴或冰粒子性质）和表面的光滑程度有关。

云的厚度越厚，反照率越大，色调越白，大而厚的积雨云的色调最白，因此由云的色调可以推算云的厚度。

在相同的照明和云厚条件下，水滴云要比冰云白。

对水面的色调取决于水面的光滑程度、含盐量、混浊度和水层的深浅，一般地说，光滑的水面（风很小）表现为黑色；水层越浅，水越混浊，则其色调越浅。

在红外云图上，物象的色调决定于其本身的温度，温度越高色调越黑。

由于云顶温度随大气高度增加而降低，云顶越高，其温度越低，色调就越白；因此根据物象的温度能判别云属于那一种类型和地表。

积雨云和卷云的色调最白，夏季白天沙漠地区，温度高，色调很黑。

在短波红外云图上，白天物象一方面反射太阳辐射的同时，其以自身的温度发出短波红外辐射，所以图象上的色调不仅取决于反照率，还决定于温度，造成图象十分复杂，根据色调识别物象很困难。

在水汽图上，根据色调可以识别水汽分布，但是由水汽图也能判别积雨云和卷云。

5暗形

暗影是在一定太阳高度之下，高的目标物在低的目标物上的投影。

所以暗影都有出现于目标物的背光一侧边界处。

暗影只能出现于可见光云图上，它反映了云的垂直分布状况。

由暗影可以识别云的类别。

在分析暗影时要注意以下几点：

1）暗影的宽度与云顶高度有关，云顶越高，暗影越宽。

2）暗影的宽度与太阳高度角有关，太阳高度角越低，迎太阳一侧云的色调越明亮，背太阳光一侧出现暗影。

所以冬季中高纬度地区或早晨的卫星云图上，一些较高云的暗影较明显。

而太阳高度角较高时，如低纬度地区或中午前后期间，即使是卷云或积雨云也难以从云图上见到卷云。

3）在上午的卫星云图上，暗影出现于云的西边界一侧；如若是下午的云图上，则暗影出现于云区的东边界一侧。

4）暗影只能出现于色调较浅的下表面上，如低云、积雪或太阳耀斑区内容易见到暗影。

在分析暗影时要将裂缝与暗影区分开。

6纹理

纹理是指云顶表面或其它物象表面光滑程度的判据。

云的类型不同、或云的厚度不一，使云顶表面很光滑或者呈现多起伏、多斑点和皱纹，或者是纤维状。

由云的纹理能识别不同种类的云。

如果云顶表面很光滑和均匀，表示云顶高度和厚度相差很小，层云和雾具有这种特征；如果云的纹理多皱纹和斑点，就明云顶表面多起伏，云顶高度不一，积状云具有这种特征；如果云的纹理是纤维状，则这种云一定是卷状云。

有时候在大片云区中出现有一条条很亮的或暗的条纹，其可以是直线或弯曲的，这些条纹称“纹路”或“纹线”。

这种纹线与云的走向有关，指示1000—500百帕间等厚度线的走向。

三、各类云的识别

由以上识别云的六个判据，能识别三大类：

卷状云、对流性云和层状云，其中包括九种云：

卷状云、积雨云、中云（高层高积云）、积云浓积云、层积云、层云或雾等。

在卫星云图上上显示的云是地面观测到云的集合体，如果地面观测到的云小于卫星探测的分辨率，则这种云在卫星云图上难以判别。

1卷状云

卷云的色调

卷云的高度高，温度低，它由冰晶组成，反照率低，对可见光具有透明性。

所以其色调：

1）在红外云图上，通常表现成白色，与地表、中低云间有强的对比度，很容易将它们区分开。

只有十分稀薄的卷云，色调较暗。

2）在可见光云图上，卷云的色调变化范围很大，由深灰到浅白色，这决定于卷云的厚度，有时能透过卷云看到其下面的地面目标物。

3）在水汽图上，卷云的色调呈白色。

卷状云的识别

在卫星云图上，卷云分为：

卷层云、纤维（羽毛）状卷云、卷云砧和密卷云。

它们的特点有：

1.卷层云

（1）结构型式：

卷层云与高空槽、急流、锋面和气旋等天气尺度系统相联，可以表现为盾状、带状和涡旋状；

（2）范围大小：

卷层云常表现为范围很大云区或云带，可达千余公里；

（3）边界和暗影：

与急流相联的卷云，左界整齐光滑，在可见光云图上时常有暗影出现；

（4）纹理：

卷层云云区均匀而光滑，只有在其边界处出现一些短的纤维状卷云。

2.纤维状卷云

纤维状卷云在我国西部青藏高原地区很多见，原因是高原上中低云系比东部地区少，而东部地区的纤维状卷云多出现于卷层云的边界处。

纤维状卷云的特点有：

（1）结构型式：

纤维状卷云可以呈带状；此外在涡旋状云区中也可见到纤维卷云。

（2）纹理：

这种卷云的主要特征是纹理为纤维状。

（3）范围大小：

有的宽度可达50—100公里、长达千余公里，也有的仅表现为很短的卷云羽。

3.卷云砧

卷云砧是积雨云顶部的伪卷云。

它的特点有：

（1）结构型式：

在卫星云图上呈砧状。

（2）边界形状和纹理：

上风方向一侧边界整齐光滑，下风一侧边界出现纤维状或羽状纹理，且越往下风方向去色调越变暗；在积雨云顶母体处，纹理均匀光滑。

（3）暗影：

在可见光云图上常可见到卷云砧的暗影。

4.密卷云

密卷云是指冰晶很稠密，反照率很强的卷云，它的特点是：

密卷云常成一团团稠密的球状或长条状；

薄卷云在红外云图上的表现

薄卷云的透过特性

卷云是由冰晶组成的，而冰晶具有透过红外辐射的特性，对于11微米红外通道，卷云对红外辐射是半透明的，其透过率与云的垂直厚度及云内冰晶含量有关。

薄卷云比厚卷云更透明，如对于一定冰晶浓度和粒子大小、厚度为公里的一层薄卷云，可以透过下面发射辐射的80%，当厚度增大到公里时，只能透过下面发射辐射的20%。

由于卷云对红外辐射是半透明的，所以卫星测量到的辐射来自卷云顶较小（冷）辐射和由卷云下面向上传输较暖的辐射两部分之和，由这辐射推算的卷云顶温度比实际的要高，而估计的云顶高度过低。

薄卷云在红外图上的色调变化：

在红外云图上卷云的色调变化很大，它与卷云的厚度、卷云下面辐射面温度和大气层结有关。

卷云下面有中云存在时的色调：

如在一层薄卷云下面有中云，则卫星测量的辐射一部分来自温度比地表冷的中云，另一部分来自卷云，则这种卷云比下面没有中云的薄卷云更冷一些。

对于下面没有中云的卷云，其色调常与较低较暖的中云色调相近。

2积雨云

卫星云图上的积雨云时常是几个雷暴单体的集合，它的主要特点有：

1、结构型式：

积雨云在卫星云图上常呈团状结构，称为云团。

当高空风很小时，风的垂直切变小，积雨云呈近乎圆型的云团；当高空风很大时，风速的垂直切变很大，积雨云呈椭圆型云团，长轴方向与风的垂直切变方向一致；积雨云团到成熟时，下风一侧出现卷云砧。

2.色调：

由于积雨云顶最高最冷，所以无论是红外云图，还是可见光云图或者水汽图上，其色调最白。

3.边界形状：

积雨云的边界与其发展阶段、风速垂直切变有关。

当积雨云处于初生阶段时，云的边界光滑整齐；当积雨云到发展和成熟阶段时，其边界处出现短的卷云羽。

当风的垂直切变很大时，积雨云出现卷云砧的边界特征。

4.范围大小：

积雨云是一种与中小尺度天气系统有关的云系，其尺度相差很大，小的只有十几公里，大的可达几百公里；一般说来，初生的积雨云尺度小，呈小颗粒状；成熟的积雨云云体较大。

有些积雨云相互合并，连成一片，形成尺度达数百公里的云区，这种云系称为对流复合体。

5.纹理：

积雨云云顶达对流层顶，所以一般地说，积雨云的纹理较为光滑均匀，尤其是在红外云图上。

但是当出现穿透性强对流云时，云顶呈多起伏，在可见光云图上呈多皱纹和斑点的纹理特征。

6.暗影：

一般地说，积雨云云顶高，有暗影。

但是积雨云在夏季最活跃，这时除早晚时刻，太阳高度角大，暗影不时时都明显。

分析时要注意。

3中云（高层、高积云）

在卫星云图上，由于高积云单体远小于卫星仪器的分辨率，无法将高积云与高层云区别开来，只能将高积云和高层云统称为中云。

中云是与天气尺度系统相联的一种云系，它的一些特点与大尺度天气系统有关。

主要表现为：

1.结构型式和范围大小：

中云在卫星云图上表现为一大片，范围可达二万到二十万平方公里。

其型式可以是涡旋状、带状、线状和逗点状。

2.色调和纹理：

（1）在可见光云图上，与锋面、气旋相连的中云色调很白，纹理均匀，常常伴随有低云（雨层云）和降水同时出现。

（2）如果中云下面没有低云，则其色调从灰色到白色不等；如果只有一层中云，其色调为灰色。

（3）如果中云区多斑点和皱纹，则说明云区内有对流出现或云层厚度不一。

（4）大多数中云出现在卷云下面，如果卷云下面有中云，则其色调更白一些。

（5）在红外云图上，中云的色调介于高云和低云之间的中等程度灰色，对于较厚的中云色调呈浅灰色。

中云不一定有暗影和确定的边界形状，所以根据暗影和边界不能识别中云.

4积云、浓积云

在卫星云图上的积云浓积云实际上是积云群，这引起积云群在地面观测中不容易观测到。

在卫星云图上判别积云和浓积云的依据有：

1.结构型式：

积云浓积云常表现为线状、开口细胞状等结构型式；有时积云浓积云呈离散分布型式。

2.纹理：

积云浓积云是由于下垫面加热形成的，加热的差异和大气稳定度不同，使得积云区内对流云顶高度不一，厚度有参差，云顶温度不一致，无论在可见光云图还是红外云图上，表现为多斑点、皱纹，为不均匀的纹理。

3.边界：

由于局地加热的不均匀性，积云浓积云的边界不整齐不光滑。

4.色调和暗影：

由于积云浓积云主要由水滴所组成，所以在可见光云图上呈白色。

在红外云图上由于积云浓积云的高度参差不齐，云顶温度有差异，色调也不一致，对流较强的积云浓积云云顶较冷，色调较白；对流弱的积云浓积云顶较暖，色调较暗，因此红外图上云的色调差异可以判断对流的强度。

如果在一片层状云区内出现对流，则在云区内会有暗影出现，在可见光云图上可以根据暗影的宽度和积云的相对亮度确定对流的强度和云的垂直厚度。

5.晴天积云：

一般分布很稀疏，不能为仪器所分辨，在云图上不能识别。

但是当这类积云越来越多，云区范围扩大，这时云图上表现为淡灰色，与地面的色调差异很小，云的单体无法分辨，所以不容易识别。

5低云

层积云

层积云是行星边界层内空气的乱流混合造成的，通常出现于低层不稳定、高层稳定的大气条件下，也就是低空有对流，高空为下沉气流的情况下，它依据下面特点从卫星云图上识别：

1.结构型式：

在冬季洋面冷锋后或副热带高压的东南象处，层积云常表现为球状的闭合细胞状云系。

在锋面云带附近，层积云表现为一大片或带状。

2.色调：

在海洋上，水汽丰富，层积云一般密蔽天空，云顶均匀，在可见光图上呈白色，类似于中云的色调；在大陆上，层积云反照率低，层积云是断裂的、稀疏分布的，表现为灰色。

在红外云图上，层积云表现为深灰到灰色，可与中云区分开。

3.范围大小：

层积云的范围相差很大，大体上与弱风到中度风区域相一致。

层积云可出现于冬季冷锋后高压的东南象限，也出现于副高的东南象限，锋面云带附近，还出现于山脉背风坡一侧稳定大气中。

层云和雾对交通运输的影响特别大，所以对层云和雾的监测特别重要。

由于卫星观测无法判断云底是否到达地面，所以不能从卫星云图上区别层云与雾。

层云与雾在卫星云图上判别的依据有：

1.纹理：

由于大多数层云与雾是在稳定大气（逆温）条件下，暖湿空气平流到冷的表面上形成的，层云与雾的云顶高度均匀，所以其纹理光滑均匀。

2.色调：

在可见光云图上层云（雾）的色调从灰色到白色，这决定于云的厚度和稠密程度，雾越厚、越浓，色调越白。

如果层云（雾）超过300米，则层云（雾）表现为很白的色调。

（提示）

3.边界：

层云（雾）的边界光滑整齐清楚，受地表的影响大，它常常沿着山脉、河流、海岸线或一条低空切变线突然结束。

4.范围大小：

层云（雾）的范围相差很大，所以不能根据层云（雾）的范围判别它。

层云（雾）一般出现于冷高压后部，或低压前部，或冷锋前方等天气系统的有关处，这些地方存有暖湿空气在冷表面上平流。

此外，冬季中高纬地区地表的辐射冷却也有助于层云（雾）的形成。

雨层云

在可见光云图上,雨层云从白到灰白不等，当太阳高度角较低时，可以在雨层雨中见到纹线，通常雨层云出现于锋面云带中，在热带季风云系中也可以见到。

在红外图上雨层云表现为均匀的灰色到白色。

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四、锋面云系的识别

冷锋云系的识别

在卫星云图上冷锋表现为一条气旋性弯曲，长达数千里的云带。

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暖锋云系的识别

在卫星云图上暖锋表现为一片向北凸起的卷云覆盖区，其长宽比很小。

在卷云下面为高层云、雨层云或积状云。

在夏天暖锋云系内还夹杂有积雨云

锢囚锋云系的识别

在卫星云图上，锢囚锋表现为一条从暖区顶端出发，按螺旋形状旋向气旋中心的云带，锢囚锋定在云带后界附近。

静止锋云系的识别

在卫星云图上，静止锋云系表现为一条东西走向，移动缓慢或与地形走向一致的云带，有时静止锋云带前界常出现一条条枝状云带。