衛(wèi)星氣象學(xué)

目錄

[隱藏顯現(xiàn)]

1 研究簡史

2 研究內(nèi)容

3 系統(tǒng)

4 觀測

5 展望

6 相關(guān)學(xué)科

7 參考資料

在1960～1980年期間，美國、蘇聯(lián)、日本和歐洲空間組織各國先后發(fā)射了 130顆氣象衛(wèi)星，獲得大量全球范圍的各種大氣探測資料：①衛(wèi)星云圖資料。包括可見光云圖和紅外云圖、云頂高度及其溫度、地球上冰和雪的覆蓋范圍、無云區(qū)地球表面(陸地和洋面)的輻射溫度等；②衛(wèi)星探空資料。包括溫度、濕度、臭氧的鉛直分布，云中含水量和降水強(qiáng)度等；③衛(wèi)星測風(fēng)資料。主要是由云的運動估算風(fēng)向風(fēng)速；④衛(wèi)星輻射探測資料。包括地－氣系統(tǒng)將太陽輻射反射和散射回太空的短波輻射資料，以及地-氣系統(tǒng)向太空發(fā)射的長波輻射資料。

衛(wèi)星氣象學(xué)是20世紀(jì)60年代初開始出現(xiàn)的一門新興學(xué)科。從1960年4月1日發(fā)射第一顆專用氣象衛(wèi)星后的20年內(nèi)，已經(jīng)歷了兩個重要的發(fā)展階段。大約在70年代以前，氣象衛(wèi)星獲得的主要資料是云圖，并定性地應(yīng)用于天氣分析、天氣預(yù)報和氣象研究，70年代初期，衛(wèi)星紅外輻射儀投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，而且地面資料處理能力大為提高，使定量的或半定量的衛(wèi)星探測資料，開始應(yīng)用于大氣科學(xué)的各個分支。

主要有兩方面：①研究利用衛(wèi)星這一觀測平臺探測地球大氣各種氣象要素的原理和方法（見大氣遙感）。②研究衛(wèi)星探測資料如何應(yīng)用于大氣科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。如：根據(jù)衛(wèi)星的輻射探測資料，研究地-氣系統(tǒng)的輻射平衡；根據(jù)溫度鉛直分布廓線和測風(fēng)資料，為數(shù)值天氣分析和預(yù)報提供大量非常規(guī)觀測資料；根據(jù)洋面海水溫度資料、陸地上積雪的覆蓋范圍和高緯度地區(qū)洋面積冰范圍的資料，研究海-氣熱量交換作用和氣候變化；根據(jù)衛(wèi)星云圖資料，識別各種不同的天氣系統(tǒng)(如鋒面、高空急流、臺風(fēng)、溫帶氣旋、反氣旋、雷暴)，判別天氣系統(tǒng)的發(fā)展階段及其未來的演變趨勢，估計臺風(fēng)中最大風(fēng)速，以及估計對流云的降水強(qiáng)度等。由于極軌氣象衛(wèi)星資料并不是同一時刻的觀測資料，怎樣將這些不同時刻的觀測資料用于天氣圖分析和數(shù)值預(yù)報中，這是仍在研究的問題(見數(shù)值天氣預(yù)報資料的處理和分析)。 在遼闊的洋面和記錄稀少的沙漠及高原地區(qū)，衛(wèi)星云圖分析是天氣分析和預(yù)報的主要依據(jù)。許多國家氣象部門所發(fā)布的天氣圖，對于海洋地區(qū)都是先根據(jù)常規(guī)資料作出分析，然后利用衛(wèi)星云圖訂正。

數(shù)據(jù)接收與測控站

主要由接收系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和通信設(shè)備組成。極軌道衛(wèi)星系統(tǒng)有多個數(shù)據(jù)接收和測控站，而靜止衛(wèi)星系統(tǒng)一般只有一個站。它的主要功用是接收氣象衛(wèi)星遙感器感測的信息、經(jīng)由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)收集平臺的數(shù)據(jù)、空間環(huán)境監(jiān)測器的信息以及衛(wèi)星本身的遙測數(shù)據(jù)，經(jīng)通信設(shè)備將這些信息送往數(shù)據(jù)處理中心。它還將衛(wèi)星控制中心送來的遙控指令發(fā)送給氣象衛(wèi)星。此外，靜止氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收與測控站還要把數(shù)據(jù)處理中心發(fā)來的高低分辨率的云圖、天氣傳真圖、對數(shù)據(jù)收集平臺的詢問信號轉(zhuǎn)發(fā)給氣象衛(wèi)星，根據(jù)衛(wèi)星控制中心的指令對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量并將測得的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理中心。

數(shù)據(jù)處理中心
由計算機(jī)、外圍設(shè)備和相應(yīng)軟件組成。它對數(shù)據(jù)接收與測控站送來的信息進(jìn)行記錄、處理，提取各種有用信息，制出各種天氣圖，把各種觀測數(shù)據(jù)變換成定量的氣象數(shù)據(jù)，分發(fā)給天氣預(yù)報部門和其他用戶。這個中心還對整個氣象衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和指揮調(diào)度。數(shù)據(jù)處理中心配備高速

大容量計算機(jī)，現(xiàn)代常采用人機(jī)對話系統(tǒng)處理氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)。這是一種由數(shù)據(jù)庫管理、應(yīng)用處理機(jī)、顯示設(shè)備和磁盤等組成的系統(tǒng)，使用靈活，適應(yīng)范圍廣，能根據(jù)用戶實際要求提取和判釋更多的有用信息。

數(shù)據(jù)利用站
接收氣象衛(wèi)星實時發(fā)送的各種云圖，供有關(guān)地區(qū)使用。常用的數(shù)據(jù)利用站有：自動圖像傳送云圖站，用以接收極軌衛(wèi)星發(fā)送的實時低分辨率模擬云圖；高分辨率圖像傳送云圖站，用以接收極軌氣象衛(wèi)星發(fā)送的高分辨率數(shù)字化云圖；小型數(shù)據(jù)站，用以接收靜止氣象衛(wèi)星發(fā)送的低分辨率模擬云圖；中型數(shù)據(jù)站，用以接收靜止氣象衛(wèi)星發(fā)送的高分辨率數(shù)字化云圖或模擬傳真云圖。

從人造地球衛(wèi)星上用遙感器探測地球大氣的氣象要素和天氣現(xiàn)象的技術(shù)。它是航天技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于氣象探測的結(jié)果。利用人造衛(wèi)星探測的氣象資料可供研究大氣運動和為天氣預(yù)報服務(wù)，已形成氣象學(xué)的一個新分支──衛(wèi)星氣象學(xué)。衛(wèi)星氣象觀測系統(tǒng)由空間部分──氣象衛(wèi)星和地面系統(tǒng)組成。地面系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接收與測控站、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)利用站組成（見氣象衛(wèi)星地面系統(tǒng)）。

衛(wèi)星氣象觀測具有地面氣象觀測無法相比的一些特點。①觀測范圍廣：一顆極軌道氣象衛(wèi)星每12小時左右就能對全球大氣觀測一遍，一條軌道在地面的掃描條帶寬達(dá)2800公里左右。一顆靜止氣象衛(wèi)星能獲得地球上近一億平方公里的氣象資料，能觀測到臺風(fēng)系統(tǒng)的全貌和全過程。②觀測次數(shù)多、時效快：靜止氣象衛(wèi)星一般每20分鐘左右即可獲得一次觀測資料，還可用更短的時間間隔（5～15分鐘）取得較小范圍的觀測資料，對于監(jiān)視災(zāi)害性天氣系統(tǒng)特別有利。極軌道氣象衛(wèi)星在經(jīng)過地面臺站上空10多分鐘內(nèi)，可獲得1000多萬平方公里的資料。③不受自然條件和國界的限制：衛(wèi)星氣象觀測能覆蓋海洋、沙漠、高原等人煙稀少地區(qū)，填補(bǔ)這一些地區(qū)的氣象觀測資料的空白。

衛(wèi)星氣象觀測按衛(wèi)星所載遙感器接收的電磁波信號的來源可分為被動式和主動式兩類。前者接收的是大氣本身輻射或?qū)μ栞椛涞姆瓷涞碾姶挪ǎ笳呓邮盏氖沁b感器本身向地球大氣發(fā)射經(jīng)過地球大氣反射回來的電磁波。衛(wèi)星氣象觀測按電磁波譜段分為微波、紅外、可見光和紫外氣象遙感。大氣輻射、吸收和窗區(qū)大多分布在微波和紅外波段，這是現(xiàn)代氣象遙感利用最多的波段。衛(wèi)星氣象觀測按衛(wèi)星的軌道分為極軌道觀測和地球靜止軌道觀測。 氣象衛(wèi)星已成為世界天氣監(jiān)視網(wǎng)的主要組成部分，衛(wèi)星氣象觀測正向一星多用的方向發(fā)展，除氣象外，兼有海洋和環(huán)境監(jiān)測的功能。某些專用氣象衛(wèi)星，如地球輻射收支衛(wèi)星和強(qiáng)風(fēng)暴觀測衛(wèi)星等正在研制之中。在衛(wèi)星上對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、增加微波遙感的比重、使用大天線、多信道微波輻射計和微波雷達(dá)與激光雷達(dá)等，也是衛(wèi)星氣象觀測的主要發(fā)展趨勢。

隨著氣象衛(wèi)星對溫度、風(fēng)和濕度等氣象要素的探測精度的提高，如何把這些資料更有效地應(yīng)用于大氣模式，以改進(jìn)數(shù)值天氣預(yù)報的結(jié)果，這是未來衛(wèi)星氣象學(xué)研究的另一個重要方面。衛(wèi)星測得的臭氧和氣溶膠的含量、大氣上界的射入輻射和射出輻射觀測，都有助于弄清控制大氣運動的輻射過程。利用衛(wèi)星對大氣和海洋的觀測資料，有助于研究大氣和海洋之間極為復(fù)雜的能量交換過程。所有這些氣象衛(wèi)星觀測資料，都有助于氣候變化和氣候數(shù)值模擬的研究。

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大科普網(wǎng) http://www.ikepu.com/geography/atmospheric/branch/polar_meteorology_total.htm
澤澤網(wǎng) http://www.zzgwu.com/wiki/index.php?doc-view-13541