卫星气象学复习题

1、极轨卫星和静止卫星的观测特点是什么？优缺点。（1）极轨卫星（太阳同步轨）

1）优点有：①由于太阳同步轨道近似为圆形，轨道预告、接收和资料定位都很方便；②有利于资料的处理和使用；③太阳同步轨道卫星可以观测全球，尤其是可以观测两极地区；④在观测时有合适的照明，可以得到充足的太阳能。

2）缺点是：①可以取得全球资料，但观测间隔长，对某—地区，一颗卫星在红外波段取得两次资料； ②观测次数少，不利于分析变化快，生命短的中小尺度天气系统。③相邻两条轨道的资料不是同一时刻，这对资料 的利用不利。 (2)静止卫星

1）优点：①是卫星高度高，视野广阔，一个卫星可对南北70°S--70°N，东西140个经度，约占地球表面1／3约1.7亿平方公里进行观测；②是可以对某一固定区域进行连续观测，约半小时提供一张全景圆面图，特殊需要时，3—5分钟对某小区域进行一次观测；③是可以连续监视天气云系的演变，特别是生命短，变化快的中小尺度天气系统。如果把间隔为5分钟的图片连接成电影环，可以连续 观察天气云系的演变 。2）不足是：①它不能观测南北极区。②由于其离地球很远，若要得到清楚的图片，对仪器的要求很高。③卫星轨道有限。

2、什么是可见光云图？有什么特征？

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，如果将卫星接收到的地面目标物反射的太阳辐射转换为图像，卫星接收到的辐射越大就用越白的色调表示，而接收到的辐射越小则用越暗的色调表示，就可得到可见光云图。

特点：

1、反照率对色调的影响，在一定的太阳高度角下，反照率越大色调越白，反照率越小，色调越暗 （1）水面反照率最小，厚的积雨云最大

（2）积雪与云的反照率相近，仅从可见光云图上色调难以区分 （3）薄卷云与晴天积云，沙地的反照率项接近难以区分

2、太阳高度角对色调的影响，太阳高度角决定了观测地面照明条件，太阳高度角越大光照条件越好，卫星接收到的反射太阳辐射也越大，否则越小

3、什么是红外云图？有何特征？

(1). 卫星在红外波段选用的通道有： 3．55—3．93微米和10.5—12.5微米。把3.55—3.93微米通道云图称短波红外云图，而把10.5—12.5微米通道云图称长波红外云图。被测物体温度越高，卫星接收的辐射越大，温度越低，辐射越小。将这种辐射转换成图象，辐射大温度高用黑色表示，辐射小温度低用白色表示。即为一张黑白色红外云图。红外云图是一张物体的亮度温度分布图，而不是实际的温度分布图。 (2). 红外云图的特点

①红外（IR）图象表示辐射面的温度。在黑白图象中，暗色调代表暖区，亮色调代表冷区。云由于其温度比较低而通常显得比地表白。在这一点上，红外（IR）图象与可见光（VIS）图象有些相似，但在其他方面，两种图象之间存在重要的差异。

②云顶温度随高度递减，在红外（ IR）图象中，不同高度上的云之间存在鲜明的对照。

③陆表和洋面之间有强烈温度反差的地方，海岸线在红外（IR）图象上清晰可见，白天，陆地可比海洋显得更暗（更暖），但在夜间，陆地可比海洋显得更亮（更冷）。当陆表和洋面的温度相同时，从红外（IR）图象上，将识别不出海岸线。陆地和海洋之间的温度反差在夏季和冬季最大，在春季和秋季最小。

④在红外（IR）图象上卷云清晰可见，尤其是当它位于比它暖得多的地面之上时。可提供有关云纹理结构的信息。

⑤红外（IR）资料可以定量应用，根据观测到的云温来估算相应的云顶高度。增强处理多采用红外云图。

4、什么是水汽图像？有何特征？

(1) 红外波段5．7—7．3微米是水汽强吸收带，中心波长约为6．7微米。卫星在这一吸收带测得的辐射主要是大气中水汽发出的。将卫星在这一波段测得的辐射转换成图象就得到水汽图，通常在水汽图上色调愈白，表示水汽越多，色调越黑，水汽越少。 (2)水汽（WV）图象的基本特征：

①水汽（ WV）图象是从波长为 6～7μm附近的辐射得到的。这里不是大气窗区，而是以水汽为主要吸收气体的一个谱区；其中含有一个。

②中心位于6．7μm水汽的强吸收带。在强吸收带中，到达卫星的辐射主要来自对流层上部，吸收越强，最终到达卫星的辐射，其发射层越高。

③当相对湿度减少时，卫星吸收到辐射量的主要贡献层较低。是对流层中部更低的层。 ④同普通的红外（IR）图象一样，水汽（WV）图象通常是将发射的辐射转换成温度来显示的。水汽（ WV）图象上对流层上部越湿，色调越亮，对流层上部越干，色调越亮暗。由于温度随高度递减，对流层上部高湿度区显得冷（亮）而低湿度区显得暖（暗）。即对流层上部是干燥的，到达卫星的辐射来自大气中较低的层次。那里比较暖，在图象上显得较暗。

5、红外云图上海陆色调有什么变化？

在冬季中高纬地区，海面温度高于陆面温度，因此海面的色调比陆面的要暗，但是到夏季，陆面温度要高于海面温度，特别是在我国北方沿海地区，春末夏初白天陆地增温快，如山东半岛地区就表现为较暗的色调。如果陆地与水面的温度相近，则他们的色调相近，水陆界限也不清楚。在白天的陆地上，干燥地表的温度变化大，其色调变化也大；潮湿或有植被覆盖的地区，温度变化较干燥的地区小，故其色调变化也小。

6、卫星云图上识别云的主要依据是什么？

在卫星云图上识别云，一般是根据云的六个基本特征来判别，这六个特征是结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。

(一)、结构型式：在卫星云图上的结构型式是指由于光的不同强弱的反射所形成不同明暗程度物象点的分布式样，可以是有组织的，或是散乱的，即表现为一定的结构型式。有带状、涡旋状、细胞状和线状等，由云的分布型式能识别云的种类和了解形成云的物理过程。

(二)、范围大小：在卫星云图上云的种类不同，其表现的范围也不同。

(三)、边界形状：卫星云图上的云系都具有一定的边界形状。要区别云图上的物象是云还是地表，或者识别云的种类，边界形状是重要依据。 (四)、色调（亮度）：色调也称亮度或灰度，它指的是卫星云图上物象的明暗程度不同通道云图上色调代表的意义也不同。在可见光云图上的色调与反照率、太阳高度角有关。对云而言，色调与云的厚度、云中粒子性质和云面光滑程度有关，一般说来，云的色调随云的厚度加大而变白，在云厚和照明条件相同的情况下大水滴的云要比冰区白，大而厚的积雨云最白；水面的色调决定于水面的光滑程度、含盐量、混浊度和水层的深浅，一般说来，光滑的水面表现为黑色，水愈混浊和水层愈浅，其色调愈浅。在红外云图上，物象色调决定于其本身温度，并随物象温度变低而变白。

(五)、暗影：暗影是指在可见光图像上，在一定太阳高度角之下，高的目标物在低的目标物上的投影，所以暗影都出现在目标物的背光一侧。暗影可以出现在云区里面或云区边界上，表现为一些细的暗线和斑点。 (六)、纹理：纹理是用来表示云顶表面光滑程度的一个判据。云的种类不一、或云的厚度不一，使得云顶表面很光滑或呈现多起伏的斑点和皱纹，或者表现为纤维状。

7、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。

8、可见光和红外云图上地表特征如何识别？

可见光云图上，地表的色调主要取决于反照率而反照率又与土壤湿度、粗糙度、土壤类型及粒子大小和覆盖于地表上的植被等有关，地表的色调还随季节而变。另外，一般情况下，陆地表面呈现淡灰到深灰。红外云图上，陆面的色调决定于地表的温度分布，地表温度越高，色调越暗，否则越浅。一般而言，目标物间的温度差异越大，目标物边界处的温度梯度越陡，则越容易区别它们。另外，陆面的色调也随纬度、季节和昼夜变化。

9、卫星云图上能识别出哪些天气尺度的云系？

○1带状云系：是一条大体上连续、具有明显的长轴且其长宽之比至少为4：l的云系。 ○2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。大尺度涡旋的水平范围为600～1500公里。 ○3逗点云系：形如逗号的云系。它形成和发展的原因是大气的非均匀旋转，使云块变形造成的。 ○4斜压叶状云系：气象卫星图像上，与高空西风急流中的锋生相联系的一种植物叶片状云型，通常情况下，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。 ○5变形场云系： ○6细胞状云系：卫星图像上的形似细胞状的云称作细胞状云系。其直径为40～80km，是由于冷空气受到下垫面加热，在水汽较充分的条件下形成的，

10、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； ○2涡旋云系：台风和气旋（锋面气旋的后期变为涡旋云系）； ○3逗点云系：高空槽前逗点云系，锋面气旋的初期，高空槽正涡度平流，高空急流； ○4斜压叶状云系：西风带中的锋生区和气旋生成有关； ○5变形场云系：高空急流、锋面、高空槽线、正涡度平流； ○6细胞状云系：对流活动强、急流轴。

11、温带气旋云型分几个阶段各有何特征？ ○1波动阶段：锋面云带变宽，云区向冷空气团突起，出现暖锋锋生，云区的色调变白，中高云增多，顶部卷云表现为反气旋弯曲，云区没有涡旋结构，但在卫星云图上已可确定其发生； ○2发展阶段：锋面云带向冷区凸起部分越来越明显，凸起的中高云区后部边界开始向云区内部凹进，干舌开始形成，凹的地方出现一些不连续的断裂云系； ○3锢囚阶段：气旋后部的干舌越来越明显，冷锋云带显著加大，出现明显的螺旋结构，锢囚云带伸到气旋中心，在冷锋后的冷气团内出现一条条围绕气旋的弯曲云线； ○4成熟阶段：螺旋云系最典型，云带可以绕气旋中心旋转一周以上，干舌伸至气旋中心，表明水汽供应已被切断，涡旋云系中心于地面到500hpa高低空的低压中心相重合，表明气旋不再继续； ○5消散阶段：螺旋云带断裂，云系不完整，云区内中高云甚少，以中低云为主，云区出现无云区，冷锋云带与螺旋云带分开。

12、冷暖锋云系的主要特征是什么？

（1）冷锋云系：与温带气旋连接的冷锋云带，一般长1000km左右，宽200～300km，并且距涡旋中心越远云带愈窄；云带的气旋性曲率明显。可见光图像上，云带的色调比较均匀，内部嵌有一些对流性亮区。冬季在较高的纬度地区，太阳高度角较低，冷锋云带的云顶高度不均匀性会造成云带中多纹理结构。 （2）暖锋云系：卫星图像上识别暖锋比冷锋困难，因为暖锋只是温带气旋初生阶段才比较清楚，同时暖锋的云区和云型多种多样。活跃暖锋云系的明显特征是：为一条宽300～500km、长几百km的带状云区，由多层云系组成，上部为大片卷云，其下为高层云、雨层云和积状云，因而色调明亮，伴有较强降水；云区向冷空气一侧凸起，云区内反气旋弯曲的卷云纹线清晰可见。

13、高空急流云系的特征是什么？

（1）中纬度地区：在卫星云图上，高空急流云系一卷云为主，常表现为带状由于在高空急流附近有强的风速水平和垂直切变，所以其主要特点是：

A 、高空急流云系主要位于急流轴南侧（北半球而言），其左侧光滑整齐并且与急流轴相平行

B 、在急流呈反气旋弯曲的地方，云系稠密，而在急流气旋性弯曲的地方云系稀疏或消失，所以急流云系主要集中与反气旋性弯曲急流轴的南侧。

C 、在可见光云图上，急流云系的左侧边界有明显的暗影 （2）副热带地区

A 、云系的长宽之比甚大，表现为一条东北西南走向的云带

B 、云系于热带辐合带相连接，或起源于热带辐合带云系的北部边缘处

C 、云带的左届通常整齐光滑，时常出现横向波动云系，一些小的云线垂直于急流云带

14、台风云系的基本特征是什么？

云区直径至少要达150km，持续时间至少在24h以上，云区内气流活动加强，云系色调变白，卷云面积扩大，在气旋性对流云四周只有一些向外辐散的短卷云线，在气旋性对流云四周的卷云边界很光滑，或与急流云带相遇，云区内出现涡旋结构，并且越来越强。

16、水汽图象上水汽的边界形式有哪几种？ ○1内边界和“头边界”； ○2干涌边界和底涌边界；（阻高） ○3平行急流边界和“斜压叶”水汽边界；（高空槽） ○4回流边界（阻高）

18、卫星云图上干气流的位置及特征如何？

干气流位于对流层中下层，来自对流层中上部高空槽后的干冷空气紧挨暖输送带的左边空气。干气流是从槽后以反气旋方式下沉的气流中分离出来的，而后穿越槽线流向东北，并平行与暖输送带的左边缘，虽然这支气流是上升的，但是干的，干气流南部连续下沉，当接近地面时变暖变干，伴随下沉气流产生的地面强风，在我国的北方地区产生沙尘暴天气。

20、 可见光云图上的亮度与反照率、太阳高度角、云的厚度、云的种类和组成有何关系？

（1）反照率对可见光云图上色调的影响：在一定的太阳高度角下，物体的反照率愈大，它的色调就愈白；反照率愈小，色调越暗。在可见光（VIS）图象上，卷云（Ci）通常是透明的。

（2）亮度还取决于太阳光的强度以及太阳和卫星相对于地球的位置。太阳直射时色调亮，斜射时色调越暗。可见光图象可用于区分海洋、陆地和云。海洋和湖泊具有低的反照率，在可见光图象上显得暗。 （3）亮度或反照率取决于它们的物理特性：

高反照率的云具有的特点是：云的厚度大；云水（冰）含量高；云滴的平均尺度小，色调亮。 低反照率的云具有的特点是：云的厚度小；云水（冰）含量低；云滴的平均尺度大色调较暗。

云水含量和云的厚度是识别云很重要的因素。最亮的云是深厚、活跃的锋面云系或强对流云团，最不亮的云是薄卷云或破碎消散含水量很少的云。浓积云和多层云最亮，水云比冰云亮。

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或地球大气辐射较大的地方以获更多的能量 ③仪器通道选在最能区分所要探测目标物的谱段。

23、分析卫星云图，通常要分析哪几方面的内容？

(1)要将不同通道的云图区别开来，是张可见光还是红外云图 (2)把云和地表区别开来，云和积雪等；

(3)识别不同种类的云，高云、中云、低云、积云、层云等； (4)分析云系分布、对应的天气系统、发展阶段和未来演变；

(5)从云图估计各种气象要素；如风、温度、湿度、大气稳定度、垂直运动、涡度、云参数和降水等。 (6)将卫星云图与常规天气图，雷达资料等结合全面综合分析。

25、卷云的一般特征是什么？

卷云的一般特点：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。

26、积雨云的主要特征是什么？

积雨云：在卫星图像上的积雨云常是几个雷暴单体的集合，主要特点有： ①在可见光图像上和红外图像上，积雨云色调都是最白最亮的；

②积雨云顶比较光滑，只有当出现穿透性强对流云时，才在可见光图像上显示不均匀的纹理. ③高空风速垂直切变很大时，积雨云的上风一侧边界光滑整齐，下风一侧出现羽状卷云砧；当高空风很小，

风的垂直切变较小时积雨云表现为一个近乎圆形的云团；

④在可见光图像上，积雨云常具有暗影，特别是积雨云顶很高、太阳高度角较低、下表面色调较浅时，暗影更加显著。根据积雨云的暗影可以估计对流发展的强烈程度，并且可以将它与其周围的中低云区区别开； ⑤积雨云的尺度相差很大，小的几十公里，大的达几百公里,一般说来，初生的积雨云尺度小，呈颗粒状，边界十分光滑；成熟的积雨云云体较大，顶部出现向四周散开的卷云羽；消亡的积雨云色调变暗，为一片松散的卷云区。积雨云和多层云系在卫星图像上都呈现白亮，但是它们云型上不同，积雨云表现为云团或块状，而高层云常表现为均匀的一大片。

27、中云（高层云和高积云）的基本特征是什么？

在气象卫星图像上，由于高积云单体远小于气象卫星仪器的分辨率，所以无法将高层云和高积云区分开，只能将高层云和高积云统称为中云。

中云在气象卫星图像上常表现为一大片，范围可达二万到二十万平方公里；其形状可以是涡旋状、带状、线状和逗点状。在可见光图像上，与锋面、气旋相连的中云色调很白，纹理均匀，呈一大片或带状，常常伴随低云（雨层云）和降水同时出现；如果中云下面没有低云，则其色调从灰色到白色不等；如果只有一层薄的中云，其色调表现为灰色。中云区内常多斑点。在红外图像上，中云的色调介于高云和低云之间的中等程度的灰色，较厚的中云呈浅灰色。

27、积云、浓积云的基本特征是什么？

气象卫星图像上的积云、浓积云实际上是积云群，这些积云群在地面观测中是不容易看到的，常表现为云带、云线和细胞状结构；纹理为多皱纹、多起伏和不均匀。在可见光图像上的纹理不均匀是由于积云内部高度不一、厚度有参差、云的形状不规则以及有暗影等原因造成的；

在红外图像上的纹理不均匀是由于云区内对流云顶温度不一致引起的，对流较强的浓积云云顶较冷，色调较白，对流弱的积云顶较暖，色调较暗，由此造成暗淡相间的纹理。

28、 低云（层积云、层云（雾）、雨层云）基本特征是什么？

（1）层积云：由于层积云是行星边界层内空气的乱流混合造成的，所以在可见光图像上表现为多起伏的球状云区，常是一大片或成带状，在洋面上呈球状的闭合细胞状云系。在红外图像上，层积云表现为灰到深灰色，可以将其与中云区分开。如果层积云的细胞状结构不明显，则在气象卫星图像上表现为与层云（雾）一样的特征。 （2）层云（雾）：由于气象卫星观测无法判断云底是否到达地面，所以在卫星图像上不能将层云和雾区别开，层云与雾的特征在卫星图像上类似。在可见光图像上，层云和雾表现为一片光滑均匀的云区，其色调从白色到灰色，这主要决定于云的稠密程度和太阳高度角。如果层云和雾很厚（超过300米），则表现为白或很白的色调。层云与雾的边界光滑清楚，并且常常沿着山脉或海岸线或一条低空风切变线突然结束，层云和雾的这种特征是识别它的主要依据之一。在红外图像上，到夜间，近地面存在辐射逆温，层云或雾的顶部温度反而比四周无云地表要暖，这时在红外图像上，云区比四周无云区地表显得更黑，这种现象在红外图像上称做“黑层云”或“黑雾”。如果夜间雾和层云比四周地表亮，这种雾或层云一定很厚，内部还可能出现对流，这些地区还会出现毛毛雨。

（3）雨层云：在可见光图像上，雨层云的色调从白到灰白不等。当太阳高度角较低时，可以在雨层云中出现纹线。一般说来，雨层云出现在锋面云带中，另外在热带季风云系中也可以见到。雨层云在红外图像上为均匀的灰色到白色。

30、影响可见光、红外云图亮度的主要因素各有哪些？

可见光云图的色调决定于物体的反照率和太阳高度角，若反射太阳辐射大，色调就白，反之就暗。而反射太阳辐射决定于入射到目标物的太阳辐射及目标物的反照率两个因素。 （1）反照率对可见光云图上色调的影响

（2）亮度还取决于太阳光的强度以及太阳和卫星相对于地球的位置。太阳直射时色调亮，斜射时色调越暗。

（3）亮度或反照率取决于目标物的物理特性。红外云图的色调决定于物体温度：物体温度越高，接收辐射越大，色调暗；温度越低，辐射越小，色调白。

31、地表面反射的强弱与什么有关？

地表面反射的强弱与物体的反照率和太阳高度角有关，反照率随波长、地面颜色、干湿度、粗糙度和

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