现代大气探测学第十三讲大气遥感探测幻灯片.ppt

《现代大气探测学第十三讲大气遥感探测幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代大气探测学第十三讲大气遥感探测幻灯片.ppt（72页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、现代大气探测学第十三讲大气遥感探测第1页，共72页，编辑于2022年，星期一 致 谢 本课程多媒体教材是在兰州大学张文煜教授的同类教材基础之上修改完成，此外还得到了其他诸位老师及同行的帮助，在此谨表示衷心感谢。第2页，共72页，编辑于2022年，星期一第十三讲第十三讲 大气遥感探测大气遥感探测第3页，共72页，编辑于2022年，星期一主要内容主要内容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷达大气遥感探测地基雷达大气遥感探测13.3 13.3 卫星大气遥感探测卫星大气遥感探测第4页，共72页，编辑于2022年，星期一 气象仪器就其测量方法而言，可分为两类：一类属接触式仪器，就是说仪

2、器的感应元件与被测物质直接接触，以测出被测物质的气象特性。另一类属遥感式仪器，它是利用接收被测物散射、反射、发射出来的电磁波，以测出被测物质的气象特性。第5页，共72页，编辑于2022年，星期一主要内容主要内容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷达大气遥感探测地基雷达大气遥感探测13.3 13.3 卫星大气遥感探测卫星大气遥感探测第6页，共72页，编辑于2022年，星期一1 1、遥感、遥感 就是不直接接触测量目标物或有关的大气物理现象，通就是不直接接触测量目标物或有关的大气物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发出的辐射信息，并对其处理、过探测器接收来自被测目标物发出的辐射信

3、息，并对其处理、分类和识别的一种技术分类和识别的一种技术 2 2、遥感的分类、遥感的分类 遥感按探测器的工作方式可分为主动式大气遥感遥感按探测器的工作方式可分为主动式大气遥感 探测和被探测和被动式大气遥感探测两种动式大气遥感探测两种 3 3、主动式大气遥感探测、主动式大气遥感探测 是探测器本身发射某一波长的电磁辐射，然后再接收目是探测器本身发射某一波长的电磁辐射，然后再接收目标物反射回来的电磁辐射强度的变化来推测被测物体的特性标物反射回来的电磁辐射强度的变化来推测被测物体的特性和气象要素的分布和气象要素的分布4 4、被动式大气遥感探测、被动式大气遥感探测 是在一定电磁波谱段内测量被测物体发射的

4、电磁辐射，然后是在一定电磁波谱段内测量被测物体发射的电磁辐射，然后由物理定理推出被测物体的特性和气象要素的分布由物理定理推出被测物体的特性和气象要素的分布 第7页，共72页，编辑于2022年，星期一 在需要空间和时间很密集的资料时，观在需要空间和时间很密集的资料时，观测区域是常规观测仪器所不能达到的，或者测区域是常规观测仪器所不能达到的，或者使用常规观测仪器获取又很不经济，此时，使用常规观测仪器获取又很不经济，此时，遥感就成为了一种特别有用的探测手段遥感就成为了一种特别有用的探测手段第8页，共72页，编辑于2022年，星期一主要内容主要内容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷

5、达大气遥感探测地基雷达大气遥感探测13.3 13.3 卫星大气遥感探测卫星大气遥感探测第9页，共72页，编辑于2022年，星期一2、地基雷达大气遥感探测第10页，共72页，编辑于2022年，星期一 “雷达雷达”是是Radio Detection And RangingRadio Detection And Ranging缩写缩写RadarRadar的音译，字面上含义是无线电探测和测距。确切的的音译，字面上含义是无线电探测和测距。确切的讲，就是无线电方法发现并测定空间目标的位置。讲，就是无线电方法发现并测定空间目标的位置。最主要的作用：就是用于警戒强对流灾害性天气。同时，最主要的作用：就是用于警

6、戒强对流灾害性天气。同时，也可以把它作为研究大气物理的重要手段也可以把它作为研究大气物理的重要手段1 1、雷达、雷达第11页，共72页，编辑于2022年，星期一第12页，共72页，编辑于2022年，星期一第13页，共72页，编辑于2022年，星期一中国新一代天气雷达中国新一代天气雷达 第14页，共72页，编辑于2022年，星期一第15页，共72页，编辑于2022年，星期一第16页，共72页，编辑于2022年，星期一第17页，共72页，编辑于2022年，星期一1.1.常规天气雷达常规天气雷达5050年代开始使用军事雷达年代开始使用军事雷达5858年引进第一部天气雷达年引进第一部天气雷达6060年

7、代末年代末711X711X波段波段2.2.数字化天气雷达数字化天气雷达7070年代自行生产年代自行生产711711、712712、7137138080年代具有数字处理系统的年代具有数字处理系统的714S714S波段，引进多波段，引进多普勒雷达普勒雷达3.3.多普勒天气雷达多普勒天气雷达9090年代已生产出年代已生产出714CD714CD、714SD714SD型脉间相干雷达型脉间相干雷达9999年对年对WSR-88DWSR-88D进行改造，第一部先进的进行改造，第一部先进的S S波段波段全相干脉冲多普勒雷达全相干脉冲多普勒雷达CINRAD/CC 3824CINRAD/CC 3824型型我国雷达气

8、象发展历史我国雷达气象发展历史第18页，共72页，编辑于2022年，星期一 雷达定向发射的电磁波在大气中近似以光速传播，当它碰到雷达定向发射的电磁波在大气中近似以光速传播，当它碰到目标物时，就有一部分电磁波能量被散射返回，回来的信号（回目标物时，就有一部分电磁波能量被散射返回，回来的信号（回波）被雷达接收机接收，并用显示器（或计算机系统）显示出来，波）被雷达接收机接收，并用显示器（或计算机系统）显示出来，从而确定气象目标物的位置和特性。从而确定气象目标物的位置和特性。(C=3*10(C=3*108 8m,1sec=10m,1sec=106 6s)s)2 2、天气雷达的工作原理、天气雷达的工作原

9、理XYZHLR第19页，共72页，编辑于2022年，星期一3 3、天气雷达的基本组成、天气雷达的基本组成 信号通过天线发射和接收；发射机和接收机用于发射和接信号通过天线发射和接收；发射机和接收机用于发射和接收信号；信号处理器对接收到的信号通过收信号；信号处理器对接收到的信号通过A/D转换、视频积分等转换、视频积分等处理后得到回波强度、移动速度和谱宽；伺服系统主要控制天线、处理后得到回波强度、移动速度和谱宽；伺服系统主要控制天线、将其数据送回信号处理器及监控系统；监控系统负责拳击的监视将其数据送回信号处理器及监控系统；监控系统负责拳击的监视和控制；数据处理和显示系统负责数据的采集、显示、生成产品

10、、和控制；数据处理和显示系统负责数据的采集、显示、生成产品、存储及传输。存储及传输。第20页，共72页，编辑于2022年，星期一4 4、什么是雷达气象方程？、什么是雷达气象方程？雷达回波强度不仅取决于雷达回波强度不仅取决于雷达系统各参数雷达系统各参数的特性，而的特性，而且和被观测的目标物（且和被观测的目标物（云、降水粒子）云、降水粒子）的性质有关，还与的性质有关，还与雷达和被测目标物之间的雷达和被测目标物之间的距离距离以及其间的以及其间的大气状况大气状况有关。有关。只有把这些要素分析清楚，才能根据所测定的回波强度去推断只有把这些要素分析清楚，才能根据所测定的回波强度去推断云、降水的物理状况，雷

11、达气象方程就是为此目的而建立的。云、降水的物理状况，雷达气象方程就是为此目的而建立的。雷达气象方程：集中反映雷达回波强弱与气象目标物、雷达的雷达气象方程：集中反映雷达回波强弱与气象目标物、雷达的各参数以及距离等关系的数学表达式。雷达气象方程是雷达气各参数以及距离等关系的数学表达式。雷达气象方程是雷达气象学的理论基础。利用雷达气象方程，可以根据回波的强度判象学的理论基础。利用雷达气象方程，可以根据回波的强度判断降水区的物理状况，并正确地选择雷达的参数断降水区的物理状况，并正确地选择雷达的参数第21页，共72页，编辑于2022年，星期一4 4、雷达气象方程、雷达气象方程雷达机各参数及其在雷达探测中

12、的作用雷达机各参数及其在雷达探测中的作用气象因子的作用气象因子的作用距离因子的影响距离因子的影响第22页，共72页，编辑于2022年，星期一瑞利散射瑞利散射 1871 1871年年RayleighRayleigh推出散射公式，粒子直径和入射波推出散射公式，粒子直径和入射波长长 d d 的小球形粒子散射。的小球形粒子散射。一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射可看一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射可看作瑞利散射作瑞利散射米散射米散射 1908 1908年年G.MieG.Mie 推出均匀介质圆粒子对平行波散射的推出均匀介质圆粒子对平行波散射的函数表达式。粒子直径和入射波长函数表达式。粒子直

13、径和入射波长 d d 的大球形的大球形粒子散射。粒子散射。5.瑞利散射和米散射第23页，共72页，编辑于2022年，星期一6 6、散射是雷达探测大气的基础。、散射是雷达探测大气的基础。雷达截面：雷达截面的大小反映了粒子所造成的后向散射的大小。雷达截面：雷达截面的大小反映了粒子所造成的后向散射的大小。雷达反射率：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和，以雷达反射率：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和，以表示表示雷达反射率因子：单位体积中粒子的数密度与直径雷达反射率因子：单位体积中粒子的数密度与直径6 6次方乘积的总和，次方乘积的总和，用用Z Z表示。表示。反射率因子反射率因子Z Z值的大小，反映

14、了气象目标内部粒子的尺度和数密度，值的大小，反映了气象目标内部粒子的尺度和数密度，常用来表示气象目标的强度。由于反射率因子常用来表示气象目标的强度。由于反射率因子Z Z只取决于气象目标本只取决于气象目标本身而与雷达参数和距离无关，所以不同参数的雷达所测得的身而与雷达参数和距离无关，所以不同参数的雷达所测得的Z Z值可以值可以相互比较。相互比较。等效反射率因子等效反射率因子ZeZe：能够产生同样回波功率，与小球粒子的：能够产生同样回波功率，与小球粒子的 等效的等效的Z Z的数值。引进的数值。引进ZeZe值后即使在米散射情况下只要以值后即使在米散射情况下只要以ZeZe值值代替代替Z Z值，雷达气象

15、方程仍可保持瑞利散射时的简单形式值，雷达气象方程仍可保持瑞利散射时的简单形式第24页，共72页，编辑于2022年，星期一7、衰减 衰减：就是吸收和散射两种作用的总和，由衰减：就是吸收和散射两种作用的总和，由于衰减，使回波图像、定量测量情况与实际情于衰减，使回波图像、定量测量情况与实际情况之间出现偏差，造成回波的失真。了解衰减况之间出现偏差，造成回波的失真。了解衰减对雷达探测的影响，对于正确使用回波资料是对雷达探测的影响，对于正确使用回波资料是十分重要的。衰减物：大气、云、降水粒子十分重要的。衰减物：大气、云、降水粒子第25页，共72页，编辑于2022年，星期一气体气体：考虑吸收作用，忽略散射作

16、用：考虑吸收作用，忽略散射作用气体气体吸收吸收：310cm310cm波长可忽略。波长可忽略。（1 1）对）对2cm2cm以上的雷达波其吸收所造成的衰减，以上的雷达波其吸收所造成的衰减，一般可忽略。一般可忽略。（2 2）对波长在）对波长在1cm1cm附近或探测距离较远时，附近或探测距离较远时，吸收所造成的衰减必须考虑。吸收所造成的衰减必须考虑。（3 3）衰减除与雷达波长有关外，还与湿度、）衰减除与雷达波长有关外，还与湿度、温度、气压等有关。温度、气压等有关。（4 4）吸收雷达波的大气气体主要是）吸收雷达波的大气气体主要是水汽水汽水汽水汽和和氧气氧气氧气氧气。吸收带：吸收带：水汽：水汽：1.350

17、.18cm1.350.18cm 0.2cm 0.2cm处处 水汽吸收与绝对湿度成正比，近似与水汽密度水汽吸收与绝对湿度成正比，近似与水汽密度成正比；成正比；除除1.35cm1.35cm波长附近，与气压成正比；水汽波长附近，与气压成正比；水汽含量不变，与温度成反比。含量不变，与温度成反比。氧气：氧气：0.5cm0.5cm处氧气吸处氧气吸收与温度成反比；收与温度成反比；波长在波长在0.710cm0.710cm时，与气压的平时，与气压的平方成正比。方成正比。大气气体对雷达波的衰减第26页，共72页，编辑于2022年，星期一云的衰减（1 1）液态云：衰减与波长、温度成反比。）液态云：衰减与波长、温度成

18、反比。（2 2）液态云：）液态云：10cm10cm雷达波云的衰减可以忽略；雷达波云的衰减可以忽略；5cm5cm雷达波云的衰减一般可以忽略；雷达波云的衰减一般可以忽略；3cm3cm雷达波穿过较长距离的云层时，雷达波穿过较长距离的云层时，云的衰减不可以忽略。云的衰减不可以忽略。（3 3）冰云：由于冰的介电常数小，冰云的衰减要）冰云：由于冰的介电常数小，冰云的衰减要比液态云的衰减小比液态云的衰减小2323个量级，因此冰云的衰减个量级，因此冰云的衰减可以忽略。可以忽略。第27页，共72页，编辑于2022年，星期一雨的衰减考虑雨的衰减考虑l10cm雷达除特大暴雨外，一般雨滴可以忽略l5cm雷达对中、小雨

19、滴可以忽略l3cm雷达对雨滴不能忽略第28页，共72页，编辑于2022年，星期一8 8、脉冲多普勒雷达测量的基本参数、脉冲多普勒雷达测量的基本参数 多普勒雷达的探测出可以得到雷达反射率因子外，还可以以多普勒效应为基础，通过接收和发射信号之间的相位或频率差异，测定有效照射体内散射粒子相对于雷达的平均速度、速度谱以及速度谱宽等物理量第29页，共72页，编辑于2022年，星期一9 9、研究回波强度分布和回波径向速度场特征的意义、研究回波强度分布和回波径向速度场特征的意义 l前者可以了解回波强弱和性质，从而可以知道属于什么类型和性质的回波l后者除进一步证实上述回波的强弱和性质外，还可以了解大气流场、气

20、流垂直速度分布等l两者结合，加上有时间序列的连续探测资料，就可以了解回波演变和移动规律 第30页，共72页，编辑于2022年，星期一1010、回波分类、回波分类（1 1）气象回波：分为降水回波和非降水回波。）气象回波：分为降水回波和非降水回波。成因：大气中云、降水中的各种水汽凝结物对电磁波的后向散射和大气中成因：大气中云、降水中的各种水汽凝结物对电磁波的后向散射和大气中温、压、湿等气象要素剧烈变化而引起的。温、压、湿等气象要素剧烈变化而引起的。降水回波：层状云连续性降水回波、对流云降水回波、积层混和云降水降水回波：层状云连续性降水回波、对流云降水回波、积层混和云降水回波、雪的回波，冻雨、沙暴中

21、降水、第二次扫描回波等其他类型降水回回波、雪的回波，冻雨、沙暴中降水、第二次扫描回波等其他类型降水回波。波。非降水回波：云的回波、雾的回波、闪电信号及其回波、晴空大气非降水回波：云的回波、雾的回波、闪电信号及其回波、晴空大气回波（点状或圆点状、窄带状、细胞状、层状、大气波动和湍流、环回波（点状或圆点状、窄带状、细胞状、层状、大气波动和湍流、环状、海风）。状、海风）。（2 2）非气象回波：）非气象回波：成因：地物、飞机等非气象目标物对电磁波的反射以及由于雷达的性能成因：地物、飞机等非气象目标物对电磁波的反射以及由于雷达的性能而引起的虚假回波。而引起的虚假回波。包括：地物回波、超折射回波、同波长干

22、扰回波、飞机船只等的回包括：地物回波、超折射回波、同波长干扰回波、飞机船只等的回波、海浪回波、由天线辐射特性造成的虚假回波。波、海浪回波、由天线辐射特性造成的虚假回波。第31页，共72页，编辑于2022年，星期一多普勒径向速度场分析技术多普勒径向速度场分析技术 l对其基本特征的研究，对其基本特征的研究，可按零径向速度线；可按零径向速度线；朝向雷达朝向雷达雷达分量（负）、离开雷达分量（正）范围、分布及中心；雷达分量（负）、离开雷达分量（正）范围、分布及中心；强多普勒径向速度梯度带；三个方面进行分析。强多普勒径向速度梯度带；三个方面进行分析。l在在PPIPPI上，当距离变远，即距离增加实际风向始终

23、和零径上，当距离变远，即距离增加实际风向始终和零径向速度线正交。即任意高度上零径向速度廓线方位转过向速度线正交。即任意高度上零径向速度廓线方位转过9090，就是该高度上的实际风向。，就是该高度上的实际风向。第32页，共72页，编辑于2022年，星期一第33页，共72页，编辑于2022年，星期一 天气雷达天气雷达应用得最多应用得最多的是平的是平面位置显示器。平面位置显示面位置显示器。平面位置显示器，简称平显，也叫器，简称平显，也叫PPI(PPI(英文英文plan position indicator plan position indicator 的的缩写缩写)。用。用“亮度调制亮度调制”显示。

24、显示。如右图所示，当天线仰角如右图所示，当天线仰角为为，天线围绕铅直轴转动时，天线围绕铅直轴转动时，平面位置显水器表示的是波束扫平面位置显水器表示的是波束扫描平面上的降水分析。描平面上的降水分析。平面位置显示器平面位置显示器(PPI)(PPI)第34页，共72页，编辑于2022年，星期一第35页，共72页，编辑于2022年，星期一第36页，共72页，编辑于2022年，星期一 为了了解云、雨的形成和垂为了了解云、雨的形成和垂宣结构情况，在天气雷达上还有宣结构情况，在天气雷达上还有一种常用的显示器一种常用的显示器距离高度距离高度显示器。距离高度显示器简称高显示器。距离高度显示器简称高显或显或RHI

25、RHI(rang height(rang height indicator)indicator)。在高显中，横坐标。在高显中，横坐标表示云、雨目标的斜距，纵坐标表示云、雨目标的斜距，纵坐标是云雨目标的高度。云雨目标仍是云雨目标的高度。云雨目标仍用用“亮度调制亮度调制”显示。云和降水显示。云和降水区和平面位置显示器上一样为一区和平面位置显示器上一样为一片亮班。片亮班。距离高度显示器距离高度显示器(RHI)(RHI)第37页，共72页，编辑于2022年，星期一反射率剖面图,典型强对流冰雹天气,回波高度达12.0Km,强度达60dBz(大气3)第38页，共72页，编辑于2022年，星期一距离仰角显示

26、器同样是显示云和降水距离仰角显示器同样是显示云和降水的垂直结构的显示器。由于距离高度显示的垂直结构的显示器。由于距离高度显示器只能在低仰角下位用，如器只能在低仰角下位用，如711711雷达和雷达和7l 7l 3 3常达在作距离仰角显示时，天线的最大常达在作距离仰角显示时，天线的最大仰角只分别为仰角只分别为3232和和2929，这样的仰角看，这样的仰角看不到近距离天顶附近的云雨情况，为了了不到近距离天顶附近的云雨情况，为了了解近距离天顶附近的云雨发展情况和结构，解近距离天顶附近的云雨发展情况和结构，某些天气雷达某些天气雷达(如图产如图产713713雷达雷达)可以作可以作“距离仰角显示距离仰角显示

27、”，这种显示器简称为，这种显示器简称为REI(rang elevation indicator)REI(rang elevation indicator)横坐标为距离，纵坐标横坐标为距离，纵坐标为高度，垂直坐标尺度和水为高度，垂直坐标尺度和水平坐标尺度一样，因此它没平坐标尺度一样，因此它没有距离高度显示器那样出于有距离高度显示器那样出于两个坐标尺度不一样而引起两个坐标尺度不一样而引起的失真。的失真。距离仰角显示器距离仰角显示器(REl)(REl)第39页，共72页，编辑于2022年，星期一 平面位置显示器只是在仰角为时得到降水目标的平面分平面位置显示器只是在仰角为时得到降水目标的平面分布，仰角

28、大于时得到的是一个远处高近处低的漏斗面上的云布，仰角大于时得到的是一个远处高近处低的漏斗面上的云雨分布。为了了解不同高度上的云和降水分布，了解降水发生雨分布。为了了解不同高度上的云和降水分布，了解降水发生发展的三度空间情况，国外设计使用了所谓发展的三度空间情况，国外设计使用了所谓“等高平面位置显等高平面位置显示器示器”，简称，简称CAPPI(constant altitude PPl)CAPPI(constant altitude PPl)。等向显示器能。等向显示器能够显示不同高度平面上的云雨分布够显示不同高度平面上的云雨分布等高平面位量显示器等高平面位量显示器(CAPPl)(CAPPl)第4

29、0页，共72页，编辑于2022年，星期一基本速度图基本速度图,由风场看出上下层均为一致由风场看出上下层均为一致东南风东南风,水汽充沛水汽充沛,降水维持降水维持 第41页，共72页，编辑于2022年，星期一风廓线图风廓线图,强劲的东南偏南风强劲的东南偏南风,输送足够的输送足够的水汽水汽,有利于降水天气产生及维持有利于降水天气产生及维持 第42页，共72页，编辑于2022年，星期一速度方位显示，入流大于出速度方位显示，入流大于出流，说明低层有辐合流，说明低层有辐合 第43页，共72页，编辑于2022年，星期一垂直液态含水量（垂直液态含水量（VILVIL），垂直液态含水量最大达到），垂直液态含水量最

30、大达到44kg/m44kg/m2 2。水汽充沛，有利于产生冰雹。水汽充沛，有利于产生冰雹 。第44页，共72页，编辑于2022年，星期一回波顶高、回波显示高度达回波顶高、回波显示高度达11.6Km,11.6Km,说明对流发展旺盛。回波顶说明对流发展旺盛。回波顶高是一个监测对流性天气产生强降水的重要指标高是一个监测对流性天气产生强降水的重要指标第45页，共72页，编辑于2022年，星期一主要内容主要内容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷达大气遥感探测地基雷达大气遥感探测13.3 13.3 卫星大气遥感探测卫星大气遥感探测第46页，共72页，编辑于2022年，星期一第47页，共

31、72页，编辑于2022年，星期一A-Train计划的示意图计划的示意图（from hhttp:/www.gsfc.nasa.gov/）第48页，共72页，编辑于2022年，星期一CALIPSO卫星搭载的卫星搭载的CALIOP激光雷达扫描轨道激光雷达扫描轨道第49页，共72页，编辑于2022年，星期一Typical results of CALIPSO,USA第50页，共72页，编辑于2022年，星期一TERRA MODIS2008年年5月月27日日 03:40（UT）北京北京第51页，共72页，编辑于2022年，星期一风云二号卫星 静止风云一号卫星 极轨第52页，共72页，编辑于2022年，星

32、期一第53页，共72页，编辑于2022年，星期一第54页，共72页，编辑于2022年，星期一第55页，共72页，编辑于2022年，星期一2011年年5月月25日日9时台风时台风“桑达桑达”静止卫星风云静止卫星风云2号号E星云图星云图第56页，共72页，编辑于2022年，星期一13.2 13.2 卫星卫星大气遥感探测大气遥感探测 被动式大气遥感探测被动式大气遥感探测是利用大气或地是利用大气或地面对太阳光的吸收、反射及自身发射的能量面对太阳光的吸收、反射及自身发射的能量进行大气遥感的一种方法，该方法不需要人进行大气遥感的一种方法，该方法不需要人工辐射源，而是利用自然界中已有的各种辐工辐射源，而是利

33、用自然界中已有的各种辐射能量，被动地接收自然界本身的信息。根射能量，被动地接收自然界本身的信息。根据遥感接收机所接收的电磁波的波长不同，据遥感接收机所接收的电磁波的波长不同，被动式大气遥感探测一般可分为可见光探测、被动式大气遥感探测一般可分为可见光探测、红外辐射探测和微波探测等。红外辐射探测和微波探测等。第57页，共72页，编辑于2022年，星期一13.2 13.2 卫星卫星大气遥感探测大气遥感探测 由于科学技术的发展，当前卫星已由于科学技术的发展，当前卫星已经能够为其搭载的传感器提供足够的能经能够为其搭载的传感器提供足够的能量，这就为主动式遥感探测的实现打下量，这就为主动式遥感探测的实现打下

34、了基础。卫星遥感已经由单一的被动式了基础。卫星遥感已经由单一的被动式遥感发展到主被动遥感兼备的时代。最遥感发展到主被动遥感兼备的时代。最近近10年来，已经发射多个搭载主动式遥年来，已经发射多个搭载主动式遥感设备的卫星感设备的卫星第58页，共72页，编辑于2022年，星期一1 1、可见光探测、可见光探测 可见光谱段可见光谱段是一个很狭窄的波长间是一个很狭窄的波长间隔，波长在隔，波长在0.350.350.80.8微米之间，这一微米之间，这一谱段的最大特点是它对人眼的视网膜谱段的最大特点是它对人眼的视网膜施以一种特殊的刺激引起视觉，因而施以一种特殊的刺激引起视觉，因而人眼可以感觉它，可见光通过梭镜可

35、人眼可以感觉它，可见光通过梭镜可以分解为以分解为紫、蓝、绿、黄、橙、红紫、蓝、绿、黄、橙、红等颜等颜色色第59页，共72页，编辑于2022年，星期一 可见光探测主要测量地面（包括云可见光探测主要测量地面（包括云面）对太阳辐射反射的可见光辐射，物面）对太阳辐射反射的可见光辐射，物体对太阳辐射的反射辐射可以从体对太阳辐射的反射辐射可以从0.30.3微米微米的紫外光谱区延伸至波长的紫外光谱区延伸至波长2.52.5微米的近红微米的近红外光谱区。从外光谱区。从0.750.75微米到微米到2.52.5微米的近微米的近红外光谱区称为反射红外辐射区红外光谱区称为反射红外辐射区1 1、可见光探测、可见光探测第6

36、0页，共72页，编辑于2022年，星期一1 1、可见光探测、可见光探测 可见光探测主要应用于卫星遥感。卫星探可见光探测主要应用于卫星遥感。卫星探测器属于被动式遥感探测仪器测器属于被动式遥感探测仪器(实际上现在已经实际上现在已经发展了主动式可见光卫星传感器，如发展了主动式可见光卫星传感器，如CALIOPCALIOP（星（星载激光雷达）载激光雷达）)，其在可见光谱段测量目标物对，其在可见光谱段测量目标物对太阳光的反射辐射。若把卫星测得的这种辐射转太阳光的反射辐射。若把卫星测得的这种辐射转换成图象便得到可见光云图换成图象便得到可见光云图 在一定太阳高度角下，可见光云图上物象的在一定太阳高度角下，可见

37、光云图上物象的色调主要决定于目标物的反照率。一般说来，色调主要决定于目标物的反照率。一般说来，目目标物的反照率愈大，其色调愈白标物的反照率愈大，其色调愈白。从可见光云图。从可见光云图可以观测到云系的各种分布，地表特征（高山、可以观测到云系的各种分布，地表特征（高山、平原、沙漠、河流、积雪等），海流、海冰等平原、沙漠、河流、积雪等），海流、海冰等 第61页，共72页，编辑于2022年，星期一2 2、红外辐射探测、红外辐射探测 红外辐射光谱段从红外辐射光谱段从0.80.8微米到微米到10001000微米。微米。红外辐射也称热辐射。红外辐射是人眼看不见红外辐射也称热辐射。红外辐射是人眼看不见的光线，

38、但是利用仪器可以测量它。的光线，但是利用仪器可以测量它。红外辐射探测一般可分为两种情况，一是红外辐射探测一般可分为两种情况，一是接收来自地球表面或者是大气发射的红外辐射；接收来自地球表面或者是大气发射的红外辐射；另一种是接收太阳的红外辐射，该波段位于大另一种是接收太阳的红外辐射，该波段位于大气中某种大气成份的吸收带上，用于遥感大气气中某种大气成份的吸收带上，用于遥感大气中该成份的浓度或含量。中该成份的浓度或含量。第62页，共72页，编辑于2022年，星期一2 2、红外辐射探测、红外辐射探测 卫星上的红外辐射探测器测量的是地球卫星上的红外辐射探测器测量的是地球 大气系统发出的红外辐射，若把卫星测

39、得的大气系统发出的红外辐射，若把卫星测得的这种辐射转换成图象便得到红外云图。这种辐射转换成图象便得到红外云图。在红外云在红外云图上，色调愈黑处表示目标物发射的辐射愈强，图上，色调愈黑处表示目标物发射的辐射愈强，色调愈浅表示目标物发射的辐射愈弱。色调愈浅表示目标物发射的辐射愈弱。由于红外由于红外辐射取决于温度，温度愈高辐射愈强，温度愈低辐射取决于温度，温度愈高辐射愈强，温度愈低辐射愈弱，所以红外云图也可看成为一张温度分辐射愈弱，所以红外云图也可看成为一张温度分布图。这样一来，就可以根据红外云图上色调的布图。这样一来，就可以根据红外云图上色调的深浅判断温度的高低。深浅判断温度的高低。色调愈白，温度

40、愈低；色色调愈白，温度愈低；色调愈黑，温度愈高。调愈黑，温度愈高。由于大气温度随高度是递减由于大气温度随高度是递减的，低云和地表的温度较高，中云次之，卷云最的，低云和地表的温度较高，中云次之，卷云最低。所以由红外云图可以判别云顶高度和云的种低。所以由红外云图可以判别云顶高度和云的种类类第63页，共72页，编辑于2022年，星期一2 2、红外辐射探测、红外辐射探测 卫星的红外辐射探测不仅可以得到云系卫星的红外辐射探测不仅可以得到云系分布、云顶高度、云顶温度，而且还可以确分布、云顶高度、云顶温度，而且还可以确定海面温度、地表温度、洋流、海洋石油污定海面温度、地表温度、洋流、海洋石油污染等。染等。红

41、外辐射探测还可以测定大气垂直温度红外辐射探测还可以测定大气垂直温度分布廓线。大气垂直温度分布状况是数值天分布廓线。大气垂直温度分布状况是数值天气预报所需要的重要数据。气预报所需要的重要数据。另外，红外辐射探测可以利用大气中各另外，红外辐射探测可以利用大气中各种成份的吸收光谱特性，接收太阳辐射或反种成份的吸收光谱特性，接收太阳辐射或反射，对大气中的某种成份进行遥感测量。如射，对大气中的某种成份进行遥感测量。如监测监测COCO2 2，常使用波长为，常使用波长为2.062.06微米的微米的COCO2 2吸收吸收带；测量大气中的带；测量大气中的CHCH4 4含量，常使用波长为含量，常使用波长为3.34

42、3.34微米的微米的CHCH4 4的的P P(2)(2)吸收线吸收线第64页，共72页，编辑于2022年，星期一3 3、微波探测、微波探测 微波辐射通常指1毫米到30厘米波长范围的辐射。微波辐射本质也是一种“长波热辐射”。自然界里许多物体都能吸收和发射微波辐射。利用感应器测量物体发射的微波辐射来探测物体的各种特性的技术称微波遥感第65页，共72页，编辑于2022年，星期一3 3、微波探测、微波探测 微波探测 比红外辐射探测精度高；微波窗口透明度高，受外界干扰小，可以透过云层测量云下的温度。但是微波辐射能量小，温度100K、波长10厘米的微波辐射能量仅为波长10微米的红外辐射的亿万分之一。同时微

43、波的空间分辨率低，取样速度慢，所以通常将微波探测和红外辐射探测结合起来进行大气探测。第66页，共72页，编辑于2022年，星期一OMI 数据OMI(臭氧监测仪)是下视成像光谱仪，装载在美国Aura卫星上。测量直射和散射太阳光的270500 nm的光谱，由此反演NO2等微量气体。Aura卫星是一颗太阳同步极轨卫星，过顶北京时间约13时30分。每天可以获得在北京上空观测的NO2数据。OMI具有每日覆盖和高空间分辨率（24*13平方千米，在星下点）。荷兰KNMI负责OMI的数据处理，基于物理反演-同化-模拟相结合的方法获得准实时的对流层NO2柱总量。第67页，共72页，编辑于2022年，星期一动画第68页，共72页，编辑于2022年，星期一现有星载传感器-气溶胶遥感King et al.,1999第69页，共72页，编辑于2022年，星期一气溶胶光学厚度卫星遥感产品King et al.,1999第70页，共72页，编辑于2022年，星期一长序列气溶胶光学厚度卫星遥感产品AVHRR 海洋，精度低，1981-，1度TOMS/OMI 海陆，生物质燃烧和沙尘，1978-，精度低，1度MODIS 海陆，暗地表和亮地表，2000-，10 kmMISR 海陆，swath窄，2000-，17.6 km第71页，共72页，编辑于2022年，星期一第72页，共72页，编辑于2022年，星期一