大學(xué)經(jīng)典衛(wèi)星氣象學(xué)(編輯修改稿)
2025-05-30 08:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 照率隨波長增大而增大，潮濕土壤則增加較小，水體的反照率隨波長加大而減小。 云層的反照率： 云的反照率與云的厚度、云的種類和組成有關(guān) 。云層愈厚，反照率愈大，積雨云反照率最大，水滴組成的云比冰晶組成的云 (同厚度）的反照率要大。云層增多，反照率增加。第一層云的透過率是第二層云的 2倍，第二層云的透過率是第三層云的 2倍。 多層云的反照率較高。 R1=L/2 T1=L/2 T2=L/4 R2=L/4 T3=L/8 R1+ T3 =5L/8 R3=L/8 多層云對太陽輻射的反射 云層反照率、吸收率和透過率的關(guān)系 反射、透射、吸收% 反射 透過 吸收 云 厚 （米） 100 80 60 40 20 00 10 100 1000 10000 云厚（米） 透過率（％） 176。 176。 176。 176。 176。 176。 176。 176。 600 500 400 300 200 100 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 176。 176。 176。 176。 ? ? ? ? ? ? 176。 高層云 ? 層云 （ａ） （ｂ） 三 、 大氣窗和大氣吸收帶 通過大氣的太陽輻射或地球大氣輻射將被大氣中某些氣體所吸收， 這些吸收隨波長的變化很大 ， 在某些波段的吸收很強(qiáng) ， 而在另一些波段的吸收則很弱 ， 在這些吸收最弱的波段 ， 太陽輻射和地球大氣輻射可以象光通過窗戶那樣透過大氣 ， 這些波段稱做 大氣窗 。 大氣窗主要出現(xiàn)在強(qiáng)吸收帶或線之間 。 譜 段 紫外與可見（ ?m） 近 紅 外（ ?m） 紅外 （ ?m） 遠(yuǎn)紅外（ ?m） 微 波（ mm） 波長 2030 大氣窗區(qū)各波段 太陽或地球 大氣的輻射在大氣中傳輸時(shí)被大氣中的 某種氣體 所吸收。吸收隨波長變化很大，在一些波段吸收很強(qiáng)，在另一些波段吸收很弱或沒有吸收。對輻射吸收很強(qiáng)的波段就稱為該氣體的 吸收帶 。 大氣吸收帶 輻射與大氣和地表之間的相互作用表現(xiàn)為輻射的發(fā)射、吸收和反射，這為衛(wèi)星遙感地表和大氣提供了大量的信息。例如衛(wèi)星在大氣窗區(qū)波段可以測量地面、云層反射或發(fā)射的輻射，從而可以得到地表、云面的反射特性或溫度分布；衛(wèi)星在吸收帶測量，可以得到大氣溫度和成分。 根據(jù)測量的目的，衛(wèi)星選擇不同的波長間隔進(jìn)行測量，這種波長間隔稱做通道。為更多地獲取地面、云層和大氣信息，目前衛(wèi)星測量使用的通道很多。 四 . 大氣窗和大氣吸收帶在遙感中的應(yīng)用 衛(wèi)星測量使用的波段 通道（波段）（ ?m） 光譜名稱 用 途 反射太陽輻射 99%，太陽輻射總量 530 可測量地球 — 大氣系統(tǒng)發(fā)射到宇宙空間的長波輻射，約為長波輻射的 85％。配合0． 2— 4微米的測量，可估算地球 — 大氣系統(tǒng)的輻射收支。 藍(lán)、綠 地表、地下水特征，干燥、巖石、土壤 黃、紅 白天云分布，植物生長、水污染、地形等 橙 透射水體，水混濁度海洋泥沙流大河懸浮陸地冰川沙漠地植物生長 紅 該波段對水體和濕地反映較清楚，故用于研究植被和土壤濕度。水體在該波段對輻射有強(qiáng)烈吸收，反照率甚低，在圖片上呈黑色，對于潮濕的地表具有較深的色調(diào)。 近紅外 白天云分布，水陸邊界，水體分布，土壤濕度，植物生長 短波紅外 十分透明對溫度靈敏，測量海面測溫，云分布；白天由于太陽輻射干擾，測量的輻射不能直接計(jì)算海面溫度，須消除太陽輻射干擾后進(jìn)行海溫計(jì)算。 水吸收帶 是水汽強(qiáng)吸收帶，可用來計(jì)算對流層中上部水汽含量和分布。 大氣窗 紅外云圖，云參數(shù)，海面溫度和降水 1315 CO2吸收帶 大氣溫度垂直分布 第三節(jié) 衛(wèi)星云圖觀測原理 衛(wèi)星云圖是氣象衛(wèi)星最易也是最早進(jìn)行的觀測項(xiàng)目之一 。 早期的氣象衛(wèi)星采用電視攝像機(jī)對地球 大氣系統(tǒng)進(jìn)行觀測 ， 得到的是電視云圖 ， 七十年代以后氣象衛(wèi)星系統(tǒng) ， 采用了掃描輻射儀 ， 選擇多個(gè)光譜通道對地球大氣系統(tǒng)觀測 ， 可得到可見光云圖 、 晝夜的紅外云圖和其它種類的云圖 。 觀測儀器應(yīng)滿足的條件是： ① 選用大氣窗區(qū) 避開氣體吸收和散射的波段； ② 儀器通道波長間隔 要有一定寬度 ， 通道盡量選在太陽輻射或地球大氣輻射較大的地方以獲取更多的能量； ③ 儀器通道選在最能區(qū)分所要探測目標(biāo)物的譜段 。 通道： — ?m大氣窗 在大氣窗區(qū) ?? (θ 日 ） = ?? (θs ） ?1，太 陽輻亮度 Bλ （ T日 )，可看做常數(shù)，因此 衛(wèi)星觀測到的輻射 Lλ (θs ）與物體反照率 rsλ 和太陽天頂角 θ 日 有關(guān) 。 在一定的太陽天頂角 θ 日下， 物體反照率 rsλ 越大，衛(wèi)星觀測到的輻射Lλ (θs ）就越大，在云圖上色調(diào)就越亮； 而 rsλ 越小， Lλ (θs ）就越小，衛(wèi)星云圖色調(diào)就越暗。（輻射大用白色表示；輻射小用黑色表示） 在反照率 rsλ 相同的條件下，太陽天頂角 θ 日 越大，衛(wèi)星觀測到的輻射Lλ (θs ）就越大，衛(wèi)星云圖的色調(diào)就越亮； θ 日 越小， Lλ (θs ）就越小，衛(wèi)星云圖的色調(diào)就越暗。 可見光云圖觀測原理 日日日日 ）（）（） ???????? ????? c o s()( sss TBrL ? 從可見光云圖上的色調(diào)可以估計(jì)反照率的大小，從而來區(qū)分各種物體。云與地表間的反照率差異很大，所以在可見光云圖上很容易將云和地表區(qū)別開。 在可見光云圖上，各點(diǎn)相對于太陽高度角不同，即使是反照率相同的物體，其色調(diào)也不一樣。太陽天頂角對色調(diào)的作用是以余弦函數(shù)形式出現(xiàn)的。天頂角越小衛(wèi)星接收的輻射就越大。 物體反照率隨波長而變， 所以同一物體在不同波段可見光云圖上的色調(diào)也不同，根據(jù)這種色調(diào)差異，能更有效地區(qū)別各種物體。 紅外云圖觀測原理 衛(wèi)星云圖在紅外波段選用 通道有 。把前者稱短波紅外云圖，而把后者稱長波紅外云圖。 （ 1） 長波紅外云圖 :衛(wèi)星在 地面和云面發(fā)射的長波紅外輻射，太陽輻射完全忽略。略去大氣輻射和地面云面對向下大氣輻射的反射輻射，得到衛(wèi)星在這一波段觀測到地氣系統(tǒng)發(fā)射的輻射為 : 式中 ε sλ 是表面比輻射率在紅外 ， ε sλ ≌1 ，且對大氣窗區(qū) τ λ (θ s)
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