《兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-3-CALIPSO+Cloudsat.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-3-CALIPSO+Cloudsat.（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1卫星气象学电子课件（第一版） 电子版（第一版） 2卫星气象学电子课件（第一版） 章节内容 u 4.1 A-Train卫星编队 u 4.2 TRMM热带降水卫星 u 4.3 GOSE静止卫星系列 u 4.4 NOAA极轨卫星系列 3卫星气象学电子课件（第一版） 4.1 A-Train4.1 A-Train卫星编队卫星编队 CALIPSOCALIPSO卫星卫星 4卫星气象学电子课件（第一版） u 美国NASA在1998年与法国国家航天中 心(CNES)合作开始实施“云-气溶胶激光 雷达和红外探测者卫星观测”(Cloud- Aerosols Lidar and Infrared Pathfinde
2、r Statellite Observations, CALIPSO)计划。 u 主要任务：提供全球云和气溶胶观测数 据，用于研究云和气溶胶在调节地球气 候中的作用以及两者的相互作用。 u 2006年4月28日，CALIPSO卫星由Delta- II火箭发射升空。主要荷载包括正交偏振 云-气溶胶偏振雷达(CALIOP)、宽视场相 机(WFC)和红外成像辐射计(IIR)，设计 寿命为3年。 CALIPSO卫星概述 Delta-II火箭 5卫星气象学电子课件（第一版） LITE试验 美国是星载激光雷达的先行者,曾在1994年9 月20日用发现号航天飞机搭载激光雷达进行了激 光雷达空间技术试验(Li
3、dar In-space Technology Experiments , LITE), 证明了空间激光雷达在研究气 溶胶和云方面的潜力。LITE 成为世界上首个地球 轨道激光雷达试验。 6卫星气象学电子课件（第一版） u雷达可分为微波雷达与激光雷达两大类。 u微波雷达：波长范围在1-1000mm之间，按波长 分为毫 米波、厘米波和分米波雷达 u激光雷达：工作在可见光和红外波段 雷达的分类 7卫星气象学电子课件（第一版） 微波雷达 u优点： （1）微波具有穿云透雾的能力 （2）微波可以全天候工作 （3）微波对地表面的穿透能力较强 缺点： 微波雷达波长较长,相对于大气中的分子、气溶胶 等微小粒子
4、的尺寸要大得多,因此大气对微波的散射极 其微弱,微波雷达的大气透过率很高,能实现全天时、 全天候工作,但也正是由于这一点,微波雷达无法直接 探测大气中的微小粒子。 8卫星气象学电子课件（第一版） u 优点：激光雷达由于量子能量高、波长短的特性,弥补了微波雷达在大气 气溶胶、分子等微小粒子探测方面的不足,成为探测气溶胶和大气分子的 重要工具。 u 缺点：由于激光雷达的波长较短，对于较厚的云层等无法穿透，因此在这 种情况下无法获得云底的信息。 u 分类：按运载平台分为：地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光 雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等 。相对于全球观测，地
5、基、车载以及机载激光雷达等观测范围都有限，只 能在较小的区域内进行观测。而星载激光雷达则可以实现全球观测，尤其 在海洋、南北极、沙漠等传统激光雷达难以观测的地区。 那么激光雷达有什么特点呢？ 9卫星气象学电子课件（第一版） 激光雷达激光雷达 L2S-SM II MPL -4B 10卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星白天和晚上的轨道 11卫星气象学电子课件（第一版） 705 km, sun-synchronous orbit Three co-aligned instruments: lCALIOP: polarization lidar lIIR: Imaging IR radi
6、ometer lWFC: Wide-Field Camera Imaging Infrared Radiometer (IIR) Wide-Field Camera (WFC) CALIOP (Lidar) Wide Field Camera Lidar Transmitter Imaging Infrared Radiometer CALIPSO卫星负载及数据介绍 12卫星气象学电子课件（第一版） CALIOP激光雷达 13卫星气象学电子课件（第一版） 云-气溶胶激光雷达发射和接受光路示意图 14卫星气象学电子课件（第一版） CALIOP发射和接受系统主要参数表 15卫星气象学电子课件（第一
7、版） uCALIOP采用了偏振技术，实现了全球覆盖。它是世 界上首个应用型的星载云和气溶胶激光雷达，并具有 三个通道（ 1064nm、 532nm垂直及平行通道）以便接 收这些通道的后向散射信号。 uCALIOP还提供了532nm体积退偏比的垂直廓线，退偏 比是532nm垂直后向散射强度532nm平行后向散射强度 之比它反映的是被测颗粒的不规则程度 uCALIOP还提供了色比值，颜色比是1064nm的后向散 射强度与532nm总后向散射强度之比，通过颜色比能 够识别颗粒的大小，颜色比越大，颗粒越大。 16卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星直观图 17卫星气象学电子课件（第一版）
8、WFC 宽视角相机（WFC）是CT-633星跟踪器相机的 改进装置，是一固定的天底单通道成像仪，采用单 一谱段，波长范围270-620nm，主要目的是为了和 Aqua卫星中的中分辨率成像光谱仪的一个谱段进行 匹配。主要技术指标为：红外视场125m，行宽 61km，数据传输率26kb S-1。 18卫星气象学电子课件（第一版） WFC观测图像 19卫星气象学电子课件（第一版） IIR 红外成像辐射计（IIR）的幅宽是64km60km， 像素分辨率是l km，其图像中心与CALIOP的波束保 持对准。该设备采用单微辐射热测量计探测阵列，一 旋转滤波器提供三通道的测量值。主要技术指标为： 波长8.6
9、5m, 10.6m, 12.0m, 光谱精度0.6-1.0m，红 外视场l km，行宽64km，噪声等有效温度分辨率 0.3K(210K时)，校准精度1K，数据传输率44kbS-1 20卫星气象学电子课件（第一版） CALIOP数据分辨率介绍 21卫星气象学电子课件（第一版） CALIOP数据分辨率介绍 22卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO数据产品介绍 Level 0: 原始数据不公开。 Level 1: CALIOP 532/1064nm 消光后向散射信号廓线。水平分辨率为 333米，垂直分为583雷达bin，每个bin的具体厚度称为垂直分辨率。 IIR 红外辐射通量；WFC 辐
10、射和反射比参数； Level 1 数据图像 Water Cirrus Volcanic aerosol 23卫星气象学电子课件（第一版） Level 1 数据图像 Water Cirrus Volcanic aerosol 激光雷达Level1不同通道的信号廓线数据图像 24卫星气象学电子课件（第一版） Level 1 数据图像 Water Cirrus Volcanic aerosol 激光雷达Level1 退偏比及颜色比廓线 退偏比：衡量粒子的非球形，值越大，粒子越趋向于非球形 颜色比：衡量粒子的相对大小 25卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO数据产品介绍 Level 2： CA
11、LIOP 云/气溶胶层数据产品：层积分消光后向散射、 层高、层积分退偏比、柱反射比等。云产品水平分辨率分为 333米，1千米，5千米；气溶胶产品为5千米。 CALIOP 云/气溶胶廓线数据产品：特征层的后向散射系 数，消光系数以及退偏比的垂直廓线信息。水平分辨率5千 米。 CALIOP 垂直特征层分布数据产品：云/气溶胶类型，云 相等。IIR 8.65/10.6/12.05微米的亮温，最上层云或气溶 胶的有效发射率，冰云粒子形状指数，冰水路径等。WFC 未 发布。 26卫星气象学电子课件（第一版） Level 1 数据图像 Water Cirrus Volcanic aerosol 激光雷达L
12、evel2 垂直特征层分布产品 退偏比：衡量粒子的非球形 颜色比：衡量粒子的相对大小 总的特征层分布 云相态类型分布 气溶胶类型分布 27卫星气象学电子课件（第一版） IIR Level2 亮温数据 28卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO数据处理流程 CALIOP Level2 数据处理流程 29卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（一） Aug 17 Aug 18 Aug 19 Aug 20 Aug 21 Aug 22 Aug 23 Aug 25 Aug 28 5 km 3 km D D D D D D D D D S S S S Sahara South Am
13、erica Mexico HSR L D = dust S = smoke A dust storm occurred on August 17, 2006 over Sahara. Dust particles were lofted into the air up to an altitude of 7 km in the source and transported over the North Atlantic Ocean and finally into Gulf of Mexico over the next days. (Liu et al, JGR 08) 环境监测、追踪污染物
14、的传输路径 30卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（二） 环境监测、追踪污染物的传输范围 31卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（三） 全球识别气溶胶的类型，为评估区域及全球气候变化提供观测依据 32卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（四） 全球识别气溶胶的类型，为评估区域及全球气候变化提供观测依据 33卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（五） 极地平流层云的识别，为极地气候及环境变化提供有力的科学依据 34卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（六） 全球海表风速的预估，为海洋安全作业提供潜在的指导 35卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（七） 全球海洋叶绿素的季节变化 36卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（八） 云-气溶胶相互作用是非 常重要的科研前沿问题 。左图中红色点表示云 与气溶胶充分混合，蓝 色表示未充分混合。结 果表明：CALIPSO能够准 确的识别云-气溶胶的混 合类型，从而为它们之 间相互作用的研究提供 有力手段。 37卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星应用举例（九） 云类型的全球识别 38卫星气象学电子课件（第一版）
