Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)卫星气象学卫星气象学第五章第五章 卫星云图的识别卫星云图的识别,Dept.ofAtmos.Sounding,NanjingUniv.ofInfo.Sci.&Tech.(NUIST)p第一节 卫星云图的观测原理p第二节 卫星云图的基本特征p第三节 卫星云图识别云的判据p第四节 卫星云图上各类云的识别p第五节 可见光、长波红外、水汽、中波红外、微波图像演示p第六节 辐射与观测目标的相互作用一、卫星图像资料概述一、卫星图像资料概述 卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测项目之一，也是最早在气象业卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测项目之一，也是最早在气象业务发挥作用的卫星资料务发挥作用的卫星资料 卫星资料分两大类：卫星资料分两大类：n图像资料图像资料 如卫星云图、水汽图等，由成像类辐射仪获取特点：成像迅速，时空如卫星云图、水汽图等，由成像类辐射仪获取特点：成像迅速，时空分辨率高，直观形象，水平分布连续，需对图像进行二次处理才能进行定量分辨率高，直观形象，水平分布连续，需对图像进行二次处理才能进行定量分析应用。
分析应用n探测资料探测资料为定量数字资料，光谱分辨率高，用于大气温度和成分探测为定量数字资料，光谱分辨率高，用于大气温度和成分探测 第一节第一节 卫星云图观测原理卫星云图观测原理卫星观测选取通道的原则：卫星观测选取通道的原则：n尽量减少大气对观测的影响；尽量减少大气对观测的影响； 选用透明的大气窗区，尽可能避免存在有气体吸收和散射的波段，以选用透明的大气窗区，尽可能避免存在有气体吸收和散射的波段，以达到清楚观测地表或云分布的目的达到清楚观测地表或云分布的目的n根据观测对象确定选用的波段；根据观测对象确定选用的波段； 根据目标物的光学特性，选择观测对象与其他目标物间特征差异最大根据目标物的光学特性，选择观测对象与其他目标物间特征差异最大的波段n根据卫星观测的目标特性确定观测波段根据卫星观测的目标特性确定观测波段 VIS通道： 0.520.68，0.580.68 m等大气窗可见光云图 0.7251.1m 近红外云图IR通道： 10.512.5m大气窗长波红外云图 3.553.93m大气窗短波红外云图 5.77.3m水气吸收带水汽图图象灰阶规则：VIS：反射强,辐射测量值大，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。
IR：温度低, 辐射测量值小，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示卫星云图各通道波段设置卫星云图各通道波段设置通道：0.520.68m；0.580.68m；0.7251.1m等大气窗 在大气窗区 (日）= (s）1，太阳辐亮度B（T日)，可看做常数，因此卫星观测到的辐射L(s）与物体反照率rs和太阳天顶角日有关 在一定的太阳天顶角日下，物体反照率rs越大，卫星观测到的辐射L(s）就越大，在云图上色调就越亮； 而rs越小， L(s）就越小，卫星云图色调就越暗辐射大用白色表示；辐射小用黑色表示）； 在反照率rs相同的条件下，太阳天顶角日越大，卫星观测到的辐射L(s）就越小，卫星云图的色调就越暗；日越小， L(s）就越大，卫星云图的色调就越亮可见光云图观测原理可见光云图观测原理1、长波红外云图（10.512.5m大气窗） L(s）= SB（TS) (s） B（TS) 卫星观测到的辐射L(s）与物体温度有关n物体温度越高，卫星观测到的辐射L(s）就越大，卫星云图的色调就越暗；n物体温度越低，卫星观测到的辐射L(s）就越小，卫星云图的色调就越亮辐射大用黑色表示，辐射小用白色表示）红外云图观测原理红外云图观测原理CuandCucong（浓积云）overtheSouthwestofChinamainland-ToneinVIS&IR:graywhite,dependingonconvectiveintensity-Form:irregularshapeswithmoretextures(Arcs,lines,andcellularpatternsareindicativeofthelow-levelairflow.)Aug.8AMIRAug.8AMVIS3.55-3.93微米大气窗通道位于太阳辐射和地气辐射的重合区，在白天 L(s）包括反射的太阳辐射和地面云面发射的辐射两项，云图色调的变化较复杂，辐射大用黑色表示，增加了图象识别难度。
对于地表温度遥感而言，短波红外通道在白天受太阳污染，主要在夜间测温短波红外云图（短波红外云图（3.553.553.933.93 m m）根据根据PlanckPlanck定律可得定律可得 ：是波数，b是常数，对一定的B，波数越大（波长越短）， T越小故，n短波红外测温精度比长波红外通道高； n短波红外通道的大气衰减也比长波红外通道小 大气中水汽含量越大，对其下发出的辐射吸收就越强，到达卫星的辐射就越小因此，水汽图色调越白，表示水汽越多反之，色调越黑，表示水汽越少通道：5.77.3m水汽强吸收带，吸收带中心为6.7 m水汽图观测原理水汽图观测原理 第二节 卫星云图的基本特征 一一. .可见光可见光(0.5-0.6(0.5-0.6微米微米) )云图的特征云图的特征 1.在一定的太阳高度角下，物体的反照率越大，它的色调就越白；反之，就越暗云的反照率决定于云的厚度和相态水面反照率一般小于陆地，但镜面反射除外2.太阳高度角越小，它的色调就越暗；反之，就越白故有色调日变化、季节变化等3. 外空不反射太阳光，为黑色 有时会看到月亮 以以FY2C_VIS_20071004为例为例17:00BT09:00BT二二. .长波红外长波红外(10.5-12.5(10.5-12.5微米微米) )云图的特征云图的特征卫星观测到的辐射越大，云图像素色调就越暗；辐射越小，云图像素色调就越亮。
即，黑灰像素：物体温度高白亮像素：物体温度低或小或辐射被衰减1.地面色调随纬度和季节而变化纬度越高，色调越白；夏季的色调比冬季的色调要暗（清晰）2.海陆色调差异的季节变化：在北半球中高纬度地区，冬季海面温度高于陆面温度，云图上海面的色调比陆面要暗；而夏季正相反3.云色调与云顶高度、云层厚度有关受视场的影响受光学路径的影响4. 外空热辐射近为0，为白色FY2IRImages-地面温度的昼夜变化地面温度的昼夜变化12:00BTOct.05,200604:00BTOct.06,2006http:/ 因反射太阳辐射的加入，比长波红外云图更复杂CH6CH7CH8CH9CH10CH6CH7CH8CH9CH10CH1CH2CH3CH4CH5FY-1C 10bands ImageryFY-1C 10bands ImageryFY-1CCH1:0.58-0.68umCH3:3.55-3.95umCH4:10.3-11.3um四四. .水汽图（水汽图（6.5-7.2um6.5-7.2um）的特征）的特征水汽含量越多，色调越白；水汽含量越少，色调越暗与红外云图相比，水汽图有以下特点：p积雨云和卷云表现十分清楚，其特征与红外云图类似；p难以在水汽图上见到地表和低云（低于850hPa），其发射的辐射被大气全部吸收而不能到达卫星；p水汽表现远比红外云图上的云区要宽广，因为在没有云的地方仍然有水汽存在。
因此，水汽区比云区要连续完整；p色调浅白的地区是对流层上部的湿区，与上升运动相关；色调为黑暗的地方为大气的干区，与大气的下沉运动相关Water Vapor Image from FY2Bp 结构形式：带状、涡旋状、细胞状和波状等 p 范围大小 p 边界形状：直线、圆形、扇形和气旋性弯曲等 p 色调（亮度或灰度） p 暗影 p 纹理第三节第三节卫星云图上识别云的判据卫星云图上识别云的判据结构形式n云图上，所谓结构形式是指目标物对光的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不同明暗程度物象点的分布式样，这些物象点的分布可以是有组织的，也可以是散乱的n卫星云图上云的结构形式有带状、涡旋带状、涡旋状、细胞状和波状等状、细胞状和波状等范围大小n云图上，云的类型不同，其范围也不同如与气旋、锋面相连的高层云、高积云和卷云的分布范围很广，可达上千公里；而与中小尺度天气系统相联的积云、浓积云和积雨云的范围却很小因此从云的范围可以识别云的类型、天气系统的尺度和大气物理过程边界形状n云图上，各类物象都有自己的边界形状，所以根据不同的边界可以判别各类物象n各种云的边界形状有直线的、圆形的、扇形的，有呈气旋性弯曲的、也有呈反气旋型弯曲的，有的云（层云和雾）的边界十分整齐光滑，有的云（积云和浓积云）的边界则很不整齐。
色调n色调也称亮度或灰度，它是指卫星云图上物象的明暗程度不同通道图像上的色调代表的意义也不同n可见光云图上的色调与物象的反照率、太阳高度角有关 n对云而言，其色调与它的厚度、成分（水滴or冰粒子）和表面的光滑程度有关云的厚度越厚，反照率越大，色调越白，大而厚的积雨云色调最白，因此，有云的色调可以推算出云的厚度在相同的照明和云厚条件下，水滴云要比冰云白n对水面的色调取决于水面的光滑程度、含盐量、浑浊度和水层的深浅一般的说，光滑的水面（风小）表现为黑色；水层越浅，水越浑浊，其色调越浅n红外云图上，物象的色调决定于其本身的温度，温度越高色调越黑由于云顶温度随大气高度增加而降低，云顶越高，其温度也越低，色调就越白；积雨云和卷云的色调最白，夏季白天沙漠地区温度高，色调很黑n短波红外云图上，白天物象一方面反射太阳辐射的同时，其以自身的温度发出短波红外辐射，所以图像上的色调不仅取决于反照率，还决定于温度，造成图像复杂，根据色调识别图像很困难n水汽图上，根据色调可以识别水汽的分布，由水汽图也能判别积雨云和卷云暗影n暗影是指在一定太阳高度角下，高的目标物在低的目标物上投影所以暗影都出现在目标物背光一侧的边界处。
暗影只能出现在可见光云图上，它反映了云的垂直分布状况由暗影可以识别云的类型n暗影的宽度与云顶高度有关，云顶越高，暗影越宽 n暗影的宽度与太阳高度角有关，太阳高度角越低，暗影宽度越宽迎太阳一侧云的色调越明亮，背太阳光一侧出现暗影n上午的卫星云图上，暗影出现在云的西边界一侧；下午的卫星云图上，暗影出现在云区的东边界一侧n暗影只能出现于色调较浅的下表面上，如低云、积雪或太阳耀斑区内容易见到暗影分析暗影时要注意以下几点：纹理n纹理是云顶表面或其他物象表面光滑程度的判据由云的纹理能识别不同类型的云n如果云顶表面很光滑和均匀，表示云顶高度和厚度相差很小，层云和雾具有这样的特征；n如果云的纹理多皱纹和斑点，就表明云顶表面多起伏，云顶高度不一，积状云具有这种特征；n如果云的纹理是纤维状，则这种云一定是卷云CloudBandoverChinaonOct.11,200606:56BT06:00BThttp:/ 卫星云图上各类云的识别卫星云图上各类云的识别卫卫星星云云图图上上三三种种云云的的特特征征表表在卫星云图上按云的高度可分为高云、中云、低在卫星云图上按云的高度可分为高云、中云、低云和对流云云和对流云一一. . 高云高云包括：卷云、卷层云、卷积云。
特 性：高度最高，冰晶组成，透明，反照率低，纤维状纹理条状纹理 纤维状卷云纤维状卷云n红外云图上，卷云的色调表现成白色，与地表、中低云间有强对比度，很容易区分只有十分稀薄的卷云，色调较暗n可见光云图上，卷云的色调变化范围很大，由深灰到浅白色，这取决于卷云的厚度；n水汽图上，卷云的色调呈白色二二. .中云中云包括：高层云、高积云包括：高层云、高积云特性：特性：由微小水滴、过冷水滴或者与冰晶、雪晶混合组成与稳定的大气层结有关，出现时范围大，云的表面均匀、光滑，无一定的组织，高度低的层状云边界常与地形等高线一致，带、片状层云高层云高层云三三. .低云低云包括：积云、积雨云、层积云、包括：积云。