氣象衛星探測云圖氣象資料芻議

[摘 要]衛星云圖氣象資料在日常天氣預報中發揮著重要作用。利用衛星云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，為天氣分析和天氣預報提供可靠依據。那么如何用氣象衛星探測云圖氣象資料以及氣象衛星觀測有何特點，本文就此圍繞這一問題提出簡要看法，以期能為衛星云圖的獲得提供理論參考。

[關鍵詞]氣象衛星 云圖 探測

衛星云圖是由氣象衛星自上而下觀測到的地球上的云層覆蓋和地表面特征的圖像。根據云圖上色調的差別和特定的形狀可以看出，哪些是陸地，哪些是海洋，哪些是冷鋒，哪些是氣旋，等等。于是人們就可從云圖上看出，鋒、氣旋等天氣系統的發展和移動，有助于天氣預報。而且在海洋、沙漠、高原等缺少氣象觀測臺站的地區，衛星云圖所提供的資料，可以彌補常規探測資料的不足，對提高預報準確率起到重要作用。

一、氣象衛星的觀測特點

氣象衛星是空間技術與遙感技術相結合的產物。它與常規的氣象觀測儀器相比，具有以下幾方面特點：

（1）遙感探測

氣象衛星一般離地面很高，有幾百至數千千米。而要觀測的氣象要素主要分布在離地面幾十千米的對流層和平流層內，尤其是與日常天氣預報密切相關的風、云、雨、雪等，它們都發生在地面到十幾千米高的對流層內。所以，氣象衛星不能采用地面氣象站和無線電探空站的探測方式，讓感應器和被測物體直接接觸的所謂直接探測。所以氣象衛星采用的是遙感探測方式。

（2）沿一定軌道觀測

氣象衛星。作為一個天體，在空間一定軌道上運行。衛星一經發射成功，它的軌道也就固定下來了。每天周而復始地按其軌道運行、觀測。所以，它不能像飛機那樣根據任務制定航線，到指定地區進行觀測。也不能像地面雷達那樣，對作用距離內的被測物體進行頻繁而細致的主動遙感。但這些缺點可以由選擇理想軌道而得到一定程度的克服。

（3）獲取全球氣象資料

通過衛星繞地球運轉和地球自轉，極軌氣象衛星可以獲得全球的氣象資料，這是氣象衛星作為一種觀測工具的最大優點。通常的探測工具作不到這一點，無論是氣球、飛機或雷達，它們的觀測范圍都很有限。氣象衛星除通過自己的探測器獲取資料外，近年來還通過它來收集各地氣象資料。

二、氣象衛星獲取云圖資料的方法和過程

氣象衛星是一種綜合性的觀測工具。它的觀測資料有兩大類：一類是圖像資料；一類是定量探測資料。圖像資料中，按照獲取圖像的方式不同，可分為電視云圖和掃描輻射儀云圖兩種。

（1）電視云圖

電視云圖就是用與日常電視攝像相似的方式來拍攝的云圖。氣象衛星上的電視攝像系統在拍攝云圖時，其工作過程分成四個階段。首先是準備階段：通過電子束對電視攝像管的光導層掃描，使攝像管的感光面具有相同的電位，作好接收圖像的準備。緊接著是照相階段：照相機的快門打開，曝光16.7毫秒（1秒——1000毫秒），衛星下方的云景或地球表面通過鏡頭聚焦到感光面上，這一過程與照相相似。然后是移相階段：日常生活中的電視是以很快的掃描速度將圖片傳送出去的，而衛星上的電視攝像系統發送圖像的速度很慢（每幅圖像2～3分鐘）.因此必須把光導層上的電子圖像轉移到后面的薄像層上去，供掃描發送。最后是發送階段：由電子槍發射的電子束以每秒鐘四條線的速度對薄像層進行掃描，這時一幅電子圖像就轉變成了一邊串相應的電訊號，然后再通過衛星上的發射機天線將這些電訊號以無線電波的形式發射出去。發送過程就是將一幅完整的圖像分解成許多條掃描線，每條掃描線再分解成若干個像素的過程。一幅圖像發送完畢之后，立刻擦去貝寧像層上殘留的電荷，為發送下一張云圖作好準備。上述整個攝像、發送過程都由程序鐘自動控制。

（2）掃描輻射儀云圖

掃描輻射儀通常由可見光和紅外兩個通道組成。其中可見光通道的觀測原理與電視云圖相似，即由感應元件測量云層或下墊面對太陽輻射的反照率大小。紅處通道的探測原理與可見光通道有較大的差別。它是通過測量云層或地面放射的紅外輻射來獲得云圖的。由于包圍著地球的大氣層是由多種氣體成份（如：氧、氮、二氧化碳、水汽等）組成的混合氣體。每一種氣體成份按其本身的分子結構，都能吸收和放出一定的紅外輻射。對組成大氣的各種氣體成份而言，有幾個光譜區（如3.4～4.3微米，8～12微米），它們既不吸收也不放射。換句話說，地面或云層放出的這幾個光譜區的紅外輻射可以不受阻擋地透過地球大氣而到宇宙空間去。這幾個光譜區猶如窗戶，可以讓相應波長的紅外輻射自由通過，所以又把它們叫做大氣窗區。如果我們在衛星上放置一個大氣窗區波段的感應元件，則可以得到云層或地表面在這個波段放出的紅外輻射。與電視云圖相比，掃描輻射儀云圖有兩個顯著的優點：一是它的紅外通道在夜間也可以進行觀測，這就實現了氣象衛星的日夜觀測，使氣象衛星的利用率提高了一倍；其次，掃描輻射儀得到的是定量的輻射強度資料，由此可以計算出云頂溫度、海面溫度、不同地表特征的反射率等，以便于進行衛星云圖的定量分析。這樣又從另一個側面提高了氣象衛星的利用率。

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