衛星雲圖

衛星雲圖

衛星雲圖,由氣象衛星自上而下觀測到的地球上的雲層覆蓋和地表面特徵的圖像。目前接收的雲圖主要有紅外雲圖、可見光雲圖及水汽圖等。利用衛星雲圖可以識別不同的天氣系統,確定它們的位置,估計其強度和發展趨勢,為天氣分析天氣預報提供依據。在海洋、沙漠、高原等缺少氣象觀測台站的地區,衛星雲圖所提供的資料,彌補了常規探測資料的不足,對提高預報準確率起了重要作用。

基本介绍

  • 中文名:衛星雲圖
  • 外文名:satellite cloud imagery
  • 顯示雲層覆蓋和地表面特徵的圖像
  • 作用:檢測天氣等
簡介,分類,紅外線衛星雲圖,可見光衛星雲圖,識別方法,套用,解析度,圖像處理,圖像分析,研究發展,

簡介

人造衛星對地球的觀測已經成為當今世界不可或缺的信息來源。氣象衛星從太空不同的位置對地球表面進行拍攝,大量的觀測數據通過衛星傳回地面工作站;再合成精美的雲圖照片。人們既可以接收可見光雲圖也可通過使用合適的感光儀器接收到其它波段的衛星照片紅外雲圖。目前,電視節目中通常使用的雲圖,就是紅外雲圖通過計算機處理、編輯而成的假彩色動態雲圖畫面。
衛星雲圖衛星雲圖
衛星雲圖是地面接受到的來自氣象衛星的雲況圖片。按氣象衛星飛行的軌道,可分為極地軌道氣象衛星雲圖和對地靜止軌道氣象衛星雲圖兩種。前者連續的圖片是不同地點上的雲況;後者連續的圖片代表衛星下方同一範圍雲的連續情況。按氣象衛星取得雲況的儀器不同,可分為可見光衛星雲圖和紅外衛星雲圖。

分類

根據衛星上儀器裝置的不同,衛星雲圖可以分成兩類:一類是由衛星上電視照相機所拍攝的雲圖,即電視雲圖;另一類是由輻射儀對地球大氣進行掃描探測得到的雲圖。在電視雲圖上,圖像的黑白程度表示地表面和各類雲對太陽輻射的反射率強弱,白色表示反射率最強,黑色表示反射率最弱。掃描輻射儀探測到的衛星雲圖又分兩種:①用輻射儀測量雲和不同性質地表面對太陽輻射可見光的某一波段(如0.52~0.73微米)的反射輻射強度時,由於不同種類的雲和不同的地表的反射能力不同,可以得到一張與電視雲圖相似的雲圖。這種雲圖和電視雲圖一起,統稱作可見光雲圖。②用輻射儀測量在大氣窗區波段(8.5 ~11微米)來自雲頂或地表面放射的紅外輻射。這種觀測值可以轉換成雲頂或地表面的輻射溫度,用黑白層次表示溫度的高低,由此得到一張由雲和不同性質地表面的分布圖像。這種圖像稱作紅外雲圖。

紅外線衛星雲圖

紅外線衛星雲圖利用衛星上之紅外線儀器,來測量雲層之溫度。其中,溫度低的雲層會以亮白色來顯示,也就是此處的雲層較高,而暗灰色的部分則代表雲層高度較低,因為越接近地面的雲層溫度越高。簡單而言,即以雲頂的不同溫度來判斷雲層的高度。
紅外雲圖紅外雲圖
紅外雲圖,是氣象衛星上的掃描輻射計利用紅外輻射通道感測並向地面站傳送的雲圖,其亮度大致反映了雲層頂的溫度,因而也反映了雲頂的高度。一般溫度越低,高度越高的雲層,圖上的色調過白,反之色調越黑。由於紅外遙感可以晝夜感測並向地面站傳送雲圖,並可分析高雲和雲頂溫度,提供了可見光雲圖不能提供的大量信息,但紅外雲圖的解析度低於可見光雲圖。實際上要把兩者結合起來使用,互相取長補短,從而獲得了廣泛的套用。

可見光衛星雲圖

可見光衛星雲圖利用雲頂反射太陽光的原理製成,故僅能於白晝進行攝影。可見光衛星雲圖可顯示雲層覆蓋的面和厚度,比較厚的雲層反射能力強,在可見光衛星雲圖上,會顯示出亮白色,雲層較薄則顯示暗灰色,還可與紅外線衛星雲圖結合起來,做出更準確的分析。
可見光雲圖,是氣象衛星上的掃描輻射計(早期用的是電視攝象機)用可見光通道感測並向地面站傳送的衛星雲圖,圖上亮度明暗反映了雲的反照率的強弱。可見光雲圖在研究雲團、雲系等的移動和發展方面,在監測颱風和其他天氣系統的發生、發展及移動方面,均獲得廣泛套用,並取得較好成效。但由於雲圖是利用可見光波段所拍,其亮度和色調取決於雲的性質和太陽高度角,同肘夜間又拍不到,故受到一定的限制。
色調強化衛星雲圖 亦是屬於紅外線衛星雲圖的一種,其為針對對流雲所設計,主要目的為突顯對流現象。對流越強,雲頂發展越高,雲頂溫度越冷(詳細請參考資料來源所提供之連結)。
可見光和紅外雲圖還同時提供了大量無雲覆蓋區的地面信息。可見光雲圖可反映地表裸地、岩石、森林、作物、草場、湖泊等不同覆蓋物的反照車特性,而紅外則可反映地表和海洋表面的熱力學溫度。因此雲圖也被廣泛套用於社會經濟活動的許多方面,如作物產量預報森林火災監測,海洋漁區的確定等。 

識別方法

在黑白紅外衛星雲圖照片中,我們看到有些地方呈白色,有些地方呈黑色,而另一些地方卻呈灰色等等。那么這些顏色都有些什麼含義呢? 我們知道,如果地球表面是一片晴空區,衛星觀測到的是從地面發射到太空的紅外輻射信息,衛星雲圖上表現為綠色。綠色越深,表示地面輻射越強,天氣越晴好。當某地上空為雲、雨覆蓋,衛星觀測到的則是從雲頂發向太空的紅外輻射,表現為白色或灰白色。白色表示地面輻射很弱,氣溫很低,雲系
很厚密,降雨強度也就很大。晴空區與雲雨區之間的過渡帶通常為深灰、灰、淺灰色雲系覆蓋,表示有不同厚度的雲而無明顯降水。在電視顯示的衛星雲圖上,地表和海洋常用綠色和藍色表示。
衛星雲圖衛星雲圖
由氣象衛星從太空攝得的可見光雲圖是利用雲滴和冰晶等對陽光的粗粒散射而產生的散射光拍攝而成。雲圖上白色表示太陽光反射強,灰黑的地方表示反射較弱。由於陸地的反射能力比海洋高,所以可見光雲圖上的陸地表現為灰色,海洋表現為黑色,而冰雪和深厚雲系覆蓋的地區一般呈白色。
使用紅外雲圖的一個好處是它能不分晝夜地提供雲蓋和氣團溫度信息,而可見光雲圖只有白天的資料可用。
當然,要準確地解釋衛星雲圖包含的信息,最好是兩種雲圖結合起來使用。

套用

氣象衛星自上而下觀測到的地球上的雲層覆蓋和地表面特徵的圖像。各種不同尺度天氣系統的雲區和各種不同的地表特徵,在這種圖像上都有其特定的色調、範圍大小和分布形式。利用衛星雲圖可以識別不同的天氣系統,確定它們的位置,估計其強度和發展趨勢,為天氣分析天氣預報提供依據。通過衛星雲圖圖象的形態、結構、亮度和紋理等特徵,可以識別雲的種、屬及降水狀況。可以識別大範圍的雲系,如螺旋狀、帶狀、逗點狀、波狀、細胞狀等,並用以推斷鋒面溫帶氣旋熱帶風暴,高空急流等大尺度天氣系統的位置和特徵。根據晴空無雲的區域,推斷反氣旋和高空高壓脊的位置。也可以識別局地強風暴,如雷暴颮線中小尺度天氣系統,若指令衛星加密探測次數(如隔30分鐘一次),可以監測局地強風暴的活動,用以製作即時天氣預報和警報。對於氣象台站稀少的廣闊洋面、高原、荒漠和極地地區來說,衛星雲圖是很珍貴的探測資料,這對提高預報準確率起了重要作用。在氣象台站較密的地區,所給出的圖象也較為完整系統,為其它觀測方法所不能替代。從衛星雲圖上發現了一些新的雲系;如細胞狀雲系雲街熱帶雲團等。

解析度

圖像資料的解析度高低是衡量衛星雲圖質量高低的一個重要指標。按照衛星上電視照相機的精度和掃描輻射儀觀測的瞬時視場大小,分成低解析度和高解析度雲圖兩種。解析度高,雲中細小結構能表示出來。第三代業務衛星的可見光和紅外掃描輻射儀的解析度都是 1.1公里。在1972年以前極軌氣象衛星解析度低,可見光和紅外通道的解析度分別是4公里和8公里。

圖像處理

有時在衛星紅外雲圖分析時需要知道雲頂的溫度,例如,在估計對流雲的降水量分布時,需要知道低溫的雲區範圍。衛星雲圖的增強顯示裝置,可以將紅外雲圖顯示成7~9個不同黑白色調的圖像,其中每一色調錶示一個確定的溫度範圍,由此可以看出雲頂溫度(或雲頂高度)的分布。有時為了某種特殊需要,也可使用此裝置將某一個或某幾個溫度範圍的區域顯著地突出出來。如果將這種裝置的黑白顯示器改為彩色顯示器,就可以得到不同顏色表示不同溫度範圍的彩色雲圖,叫做偽彩色雲圖

圖像分析

在衛星雲圖上,不同的天氣系統表現為不同特徵的雲型。鋒面的雲型呈氣旋性彎曲的分布,這類雲型稱作鋒面雲帶。高空急流的雲型呈帶狀,它是由捲雲組成的,極地一側光滑清晰,並呈反氣旋性彎曲的雲帶,稱作急流雲帶。急流軸位於雲系的極地一側光滑的邊界處。渦旋雲系是另一類在衛星雲圖上常見的雲型。其中颱風的渦旋雲系 由一條條從颱風外向颱風中心旋入的螺旋雲帶組成。對強度較大的颱風,其颱風眼在衛星雲圖上表現為一黑色小圓點。高空切斷低壓的雲型表現為一條上百公里寬,幾千公里長,氣旋式旋向中心的渦旋雲型。在中高緯度洋面上高空槽的雲系表現成標點符號逗點“,”的形狀,這種雲型稱作逗點雲系。當強寒潮南下到洋面時,在鋒面雲帶的後面會出現由積雲組成的環狀、半環狀和白球狀的大片雲系,這種雲型分別叫做開口細胞狀雲系和閉口細胞狀雲系。在細胞狀雲系後面是許多短的細積雲線,它們都排列成西北—東南走向或南北走向,這種雲型稱作雲街。雲街的走向和低空(地面至5公里)風的鉛直切變方向一致。在衛星雲圖上雷暴高壓的外圍表現成一條弧狀的雲線,這種雲型稱作弧狀雲線。一條弧狀雲線與另一條雲線或雲帶相交的交點處有更強烈的對流發展。 氣象人員可根據這些雲型特徵,以及它們同某些氣象要素、天氣系統的位置和強度的關係來識別天氣系統,確定其位置,估計它們的強度,並判斷它們未來的移動、演變趨勢。

研究發展

自20世紀60年代發展起來的氣象衛星遙感是氣象探測技術的重大突破。它所提供的氣象衛星雲圖資料在時間和空間上的連續性是以往任何探測手段所不能比擬的。氣象衛星雲圖在天氣預報的製作和大氣環境的監測中,更是發揮了極其重要的作用。但是;傳統的人工目視判讀仍是氣象衛星雲圖分析的主要方式之一。這既包含一定程度的主觀因素,又不利於衛星雲圖的豐富信息的充分提取和最大利用,同時也有礙於天氣預報製作的科學化、自動化與定量化的發展趨勢。因此;氣象衛星雲圖中的氣象信息(如雲的分類識別及颱風的分割和定位)的自動提取和定量判別及其計算機實現是當今世界氣象衛星雲圖信息處理的主流。我國在2004年10月升空的FY-2C衛星(中國第一顆業務型靜止軌道氣象衛星)從觀測中國大陸、海區的最佳的靜止衛星軌道(東經105°赤道上空)發回的雲圖提供了大範圍、全天候的雲的生消聚散的信息。因此;利用國產的FY-2C氣象衛星雲圖進行雲的分類識別及颱風的分割和定位的探索一直是人們關注的熱點。

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