❶ 如何看氣象雲圖
氣象衛星
在衛星上攜帶各種氣象觀測儀器測量諸如溫度、濕度、雲和輻射等氣象要素以及各種天氣現象,這種專門用於氣象目的的衛星稱作氣象衛星。
按衛星軌道分,氣象衛星可以分為兩類:
風雲1號氣象衛星
(1)極地太陽同步軌道衛星:其衛星的軌道平面與太陽始終保持相對固定的取向,衛星幾乎以同一地方時經過世界各地。
(2)地球同步氣象衛星,又稱靜止氣象衛星。衛星相對某一區域是不動的。因而由靜止氣象衛星可連續監視某一固定區域的天氣變化。
根據氣象衛星的目的還分為試驗衛星,主要對各種氣象衛星遙感儀器、新的技術進行試驗,待試驗成功後轉到業務氣象衛星上使用業務衛星,這種衛星帶有各種成熟的設備和技術,獲取各種氣象資料,為天氣預報和大氣科學研究服務。
風雲1號氣象衛星
飛行中的風雲1號氣象衛星
這是中國第一代准極地太陽同步軌道氣象衛星。衛星發射二顆,分別為FY-1A和FY -1B,於1988年9月7日和1990年9月3日用長征四號火箭發射,衛星本體是1.4×1.4× 1.2米的六面體,星體外側對稱安裝六塊太陽帆板,衛星總長度為8.6米,星重750千克,三軸定向穩定,衛星高900公里,傾角99°,周期102�86分鍾,每天衛星繞地球為14圈。衛星攜帶多光譜可見光紅外掃描輻射儀,它有五個通道,用於獲取晝夜可見光、紅外雲圖,冰雪覆蓋、植被、海洋水色、海面溫度等。衛星資料發送方式有:甚高解析度傳輸 (HRPT),低解析度圖象傳送(APT)和延遲圖象傳輸(DPT)。首顆 FY-1A衛星入軌後獲取了大量高質量雲圖資料。由於姿態失控,衛星工作了39天;FY- 1B衛星的姿態控制系統比FY—1A有明顯改善,但系統的可靠性有待進一步改進。
衛星探測的解析度
是指衛星儀器能區分兩個物體的最小距離。表示衛星探測解析度通常有三個參數: ①空間解析度:這是指衛星在某一瞬時觀測到地球的最小面積,這最小面積又稱象元(或象素)。從衛星到這最小面積間構成的空間立體角稱瞬時視場。衛星的空間解析度與衛星的高度有關,衛星高度越高,解析度越低,而且與衛星視角有關,視角越傾斜,觀測面積越大,解析度就差。
衛星探測的視場和解析度
(1) 灰度解析度:在衛星雲圖上,如果兩個鄰接瞬時視場內目標物的反照率或溫度相等,則其色調一樣,無法區別它們。但是當這兩個瞬時視場目標物的反照率或溫度有差異,並達到一定數值時,這兩個視場就可以被分辨,這個能分辨的最小溫度差或反照率差異稱做灰度解析度。
(2) 時間解析度:指衛星對某一觀測區域進行一次觀測的時間間隔。靜止氣象衛星對固定區域每隔半小時進行一次觀測,具有很高的時間解析度。
可見光雲圖
可見光雲圖
可見光是波長從0.35~0.80μm很狹窄的波段。衛星在可見光譜段測量來自地面雲面反射的太陽輻射,將衛星接收的這種輻射轉換為圖象稱為可見光雲圖。衛星在可見光譜段選用的波長間隔有:0.52~0.75μm和0.58~0.68μm。衛星在可見光波段接收輻射與物體的反照率和太陽的天頂角有關,若太陽天頂角越小,物體的反照率越大,則衛星接收到的輻射越大,反之則越小。在可見光雲圖上,輻射越大,色調越白;輻射越小,色調越暗。通常雲層越厚,反照率越大,色調也越白,而水面,象湖泊、海洋的反照率很小,表現為黑色,陸地反照率比海洋略大,表現為灰色,而潮濕或森林覆蓋的地區表現為灰暗的色調。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。
紅外雲圖
紅外雲圖
衛星在10.5~12.5微米測量地表和雲面發射的紅外輻射,將這種輻射以圖象表示就是紅外雲圖。在紅外雲圖上物體的色調決定其自身的溫度,物體溫度越高,發射的輻射越大,色調越暗,紅外雲圖是一張溫度分布圖。由於大氣有吸收及物體發射率不完全為1,衛星接收到的紅外輻射要比實際表面溫度發射的黑體輻射要小,故嚴格地說,紅外雲圖是一張亮度溫度分布圖。地面的溫度一般較高,呈現較暗的色調;由於大氣的溫度隨高度是遞減的,故雲頂高而厚的雲,其溫度低呈白的色調。低雲的雲頂溫度較高,與地面相近,故在紅外雲圖上不容易識別。由於各類雲的雲頂溫度的差異較大,在紅外雲圖上可以識別各種高度的雲。此外,地表的溫度隨季節、緯度、海陸分布及其本身的熱慣量而不同,所以在紅外雲圖上的色調亦不同。在電視顯示的紅外雲圖上,地表以綠色表示,以與雲相區分開。
水汽圖
水汽圖
衛星選用6-7μm水汽吸收譜段接收大氣中水汽發射的輻射,並以圖象表示便得到水汽圖。在這一波段,水汽一面接收來自下面的輻射,又以自身較低的溫度發射紅外輻射。衛星接收到的輻射決定於水汽含量,大氣中水汽含量越多,發射的輻射越小;水汽含量越少,大氣低層的輻射越可以透過水汽到達衛星,則衛星接收的輻射越大。在水汽圖上,色調越白,輻射越小,水汽越多;否則越少。對於6-7μm水汽帶,衛星測得的輻射來自對流層中上層,故水汽圖反映大氣上層水汽的空間分布。
增強紅外雲圖
這是對灰度或輻射值進行變換處理,將人眼不能發現的細節結構清楚地顯示出來,如積雨雲在雲圖上表現為一片白色,通過增強處理後可將雲頂結構顯示出來,能准確地確定積雨雲的強度,強對流中心位置。紅外雲圖的增強處理是將圖象上的灰度值,按需要進行合並或分解為若干灰度間隔(等級),每一間隔賦予一個灰度值。
被動微波遙感
微波輻射通常指1毫米到30厘米波長范圍的輻射。自然界里許多物體都能發射和吸收微波輻射。氣象衛星攜帶的微波探測器測量地表或大氣發射的微波輻射,由此推測物體的各種特性的技術稱被動微波遙感。在大氣中,水汽在波長λ=13.5毫米(22.235千兆赫)、1.6毫米(183.34千兆赫);氧在波長λ=5毫米(50~70千兆赫)、2.3 毫米(118.7千兆赫)處有強烈吸收和發射微波輻射。
微波輻射具有穿透雲霧、降水的 能力,可以測定雲下物體發射的輻射,具有全天候、全天時的工作能力。由微波輻射計 接收大氣中水汽、氧等氣體發射的微波輻射,並經反演處理能得到大氣中溫度、濕度、 降水等氣象要素。
衛星雲圖識別雲的判據
在衛星雲圖上識別雲的判據有六個:
可見光雲圖上各類雲特徵
(1) 結構型式:是指不同明暗程度物象點的分布式樣,如高層高積雲常表現為帶狀、渦旋狀等,開口細胞狀雲系是由積雲濃積雲組成等。
(2) 范圍大小:是指雲系的分布尺度,由雲系尺度可以推斷形成雲的物理過程,尺度小的雲系常與中小尺度天氣系統相關;尺度大的則與大尺度的天氣系統聯系。
(3) 邊界形狀:不同類型的雲,邊界不盡相同,如積雲濃積雲邊界不整齊,層雲(霧)邊界較整齊。
(4) 色調:是指物象的亮度。可見光雲圖上雲的色調與雲厚和雲的成分有關,紅外雲圖上則與雲頂溫度相關。
(5) 暗影:是指在一定太陽高度角下,高的雲在低的目標物上的投影。
(6) 紋理:用來表示雲頂表面粗糙程度,如層雲(霧)雲頂表面均勻、光滑;而積雲濃積雲表面多起伏、不均勻。
衛星雲圖上各類雲的特徵
A、卷狀雲:在可見光雲圖上,卷雲的反照率低,呈灰一深灰色;若可見光雲圖卷雲呈白色,則其雲層很厚,或與其它雲相重迭;在紅外雲圖上,卷雲頂溫度很低,呈白色。無論可見光還是紅外雲圖,卷雲有纖維結構。
雲系分類圖
B、中雲(高層雲和高積雲):在衛星雲圖上,中雲與天氣系統相連,表現為大范圍的帶狀、渦旋狀、逗點狀。在可見光雲圖上,中雲呈灰白色到白色,色調的差異判定雲的厚度;在紅外雲圖上,中雲呈中等程度灰色。
C、積雨雲:無論可見光還是紅外雲圖,積雨雲的色調最白;當高空風小時,積雨雲呈圓形,高空風大時,頂部常有卷雲砧,表現為橢圓形。
D、積雲、濃積雲:在可見光雲圖上積雲濃積雲的色調很白,但由於積雲濃積雲高度不一,在紅外雲圖上的色調可以從灰白到白色不等,紋理不均勻,邊界不整齊。其型式表現為積雲線和開口細胞狀雲。
E、層雲(霧):在可見光雲圖上,層雲(霧)表現為光滑均勻的雲區;色調白到灰白,若層雲厚度超過300米,其色調很白;層雲(霧)邊界整齊清楚,與山脈、河流、海岸線走向相一致。在紅外雲圖上,層雲色調較暗,與地面色調相
帶狀雲系
指長寬之比至少為4:1的連續雲系,它由多層雲系組成。寬度大於1緯距的稱雲帶,小於1緯距的為雲線。
帶狀雲系
渦旋雲系
指一條或幾條雲帶按螺旋狀旋向一個共同的中心,這種雲系與大氣中的活動中心相聯系。台風、熱帶低壓、高空冷渦都表現為渦旋雲系。
渦旋雲系
細胞狀雲系
細胞狀雲系
冷空氣到達暖而濕的表面,受下墊面的加熱產生對流,形成細胞狀結構的對流雲系,細胞的直徑僅幾十公里,它分為開口和閉合兩種,開口細胞狀雲系中間無雲,四周有雲,出現於低壓周圍的氣旋性環流內。閉合細胞狀雲系中間有雲四周無雲,呈球狀,出現在高壓東南象限內。
冷鋒雲系
冷鋒雲系
冷鋒雲系表現為長達千餘公里,氣旋性彎曲的雲帶,它常與渦旋雲系連結。其分為活躍和不活躍兩類:活躍冷鋒位於500hPa槽前,走向與對流層中層氣流一致,雲系連續稠密,由多層雲組成;不活躍鋒位於500hPa槽後,雲帶與高空氣流垂直,雲系斷裂不完整,以中低雲系為主。冷鋒雲系的長度和寬度相差很大,這決定大氣運動尺度、鋒面坡度和水汽條件。
暖鋒雲系
暖鋒在衛星雲圖上表現為向北凸起的盾狀雲區,長寬之比很小,雲系以多層雲為主。
暖鋒雲系
溫帶氣旋雲系
分成四個階段:
(1) 波動階段:鋒面雲帶變寬,向冷區凸起,色調變白,中高雲加多。
(2) 發展階段:鋒面雲帶隆起部分更明顯,中高雲後界開始向雲內凹。
(3) 錮囚階段:雲系後部有明顯干舌,螺旋結構明顯。雲帶伸至渦旋中心。
(4) 成熟階段:干舌伸到氣旋中心,螺旋雲帶圍繞中心旋轉一周以上,高低空環流中心與雲系渦旋中心重合。
下圖為溫帶氣旋在發展、錮囚、成熟、消散階段的雲系。
發展 錮囚
成熟 消散
急流雲系
我國東南沿海的急流雲系
表現為左界光滑整齊,與急流軸平行的卷雲區。急流呈反氣旋彎曲時,雲系稠密,急流呈氣旋性彎曲處雲系稀少或無雲。急流雲系可以分為寬闊盾狀卷雲區,卷雲線和橫向波動雲系三種。
草原和森林火災的監測
草原或森林發生火災的地區,溫度遠高於周圍地區。採用3.7μm波段,對高溫區特別敏感,利用3.7μm可以監測林區和草原發生的火災。
紅色部分表示內蒙古地區林區及草原火災圖象
台風雲系
在衛星雲圖上,台風由台風眼、中心稠密雲區和螺旋雲帶組成。台風眼分成大眼、小眼、圓眼和不規則形狀眼,它可以位於台風雲區中心,也可位於台風雲區邊緣。中心稠密雲區邊界越光滑,雲型越圓,尺度越大,越稠密,台風強度越大。台風雲帶越寬,環繞台風中心的圈數越多,強度越大。與台風相聯的另一種雲帶稱對流帶。
台風雲系圖 台風雲系彩色分層顯示圖
衛星監測海面溫度
氣象衛星可以在紅外大氣窗區測量洋面、海面發射的輻射,按普朗克公式由這種輻射可以監測洋面和海面溫度。由於大氣的吸收和視線的傾斜等原因,現有多種方法監測海面溫度:
①單通道海面溫度求取,建立全球海面溫度計算業務,這一技術在1980年前的業務中使用;
②1981年以後,多通道海面溫度估算技術投入業務,這一技術較之以前有很大改進,包括消除雲和水汽訂正,使計算結果精度有很大提高。
上圖顯示了中國沿海地區海溫分布,深藍色是溫度較高的區域,淺藍色是溫度較低的區域
海面懸浮物質的監測
在海洋中,泥沙含量不同,其反射率也不同,氣象衛星可見光通道0.58~0.68μ m對水體含沙量的變化很敏感,很適於遙感泥沙含量。左圖為渤海灣水域含沙量分布圖,淺色區為高濃度懸沙區,暗色區為低濃度含沙區;右圖為長江口區水域含沙濃度分布圖,淺藍色區是高濃度含沙區。
海冰的衛星監測
海冰改變海面的反照率,是影響海氣交換的重要因子,海冰對人類在海上活動有嚴重影響,固定冰蓋可阻礙海上航行。由於海冰與水面的反照率有明顯差異,衛星可以監測它。下圖為不同時期渤海灣海冰,藍綠色是遼東灣和黃河入海口區的海冰狀況。
熱帶雲團
熱帶雲團
熱帶雲團是在衛星雲圖上發現的新天氣系統,許多熱帶系統都與它有關,它占熱帶地區面積的20%。雲團是由許多積雨雲單體組成,其頂部的卷雲粘連成一片,表現為密實的白色雲區,其尺度相差很大,小的不到一個緯距,大的可達7個緯距以上。雲團的垂直方向分為流入層、垂直運動和流出層。雲團內以上升運動為主,400hPa以下為輻合上升運動,400hPa以上則為輻散為主。低空為正渦度,高空為負渦度。
植被的監測
利用綠色植被在可見光和近紅外波段中反射率的差異,葉綠素在近紅外波段的反射率顯著加大,並決定葉綠素含量,可監測植被生長狀況。通常用NDVI=(Ch2-CH1)/ (Ch2+Ch1) 來表示。
參考資料:(包括有典型圖片)
http://mkd.lyge.cn/zhanzheng/a133/11/003.htm
其他可供參考:
http://www.chinake.com/article/316/327/2007/2007022258622.html
http://www.wiki.cn/w/index.php?title=%E5%8D%AB%E6%98%9F%E4%BA%91%E5%9B%BE
http://ke..com/view/38740.htm
❷ 大氣環流的示意圖,北半球的
大氣環流,一般是指具有世界規模的、大范圍的大氣運行現象。它既包括平均狀態,也包括瞬時現象,其水平尺度在數千公里以上,垂直尺度在10km以上,時間尺度在數天以上,也是大氣大范圍運動的狀態。某一大范圍的地區(如歐亞地區、半球、全球),某一大氣層次(如對流層、平流層、中層、整個大氣圈)在一個長時期(如月、季、年、多年)的大氣運動的平均狀態或某一個時段(如一周、梅雨期間)的大氣運動的變化過程都可以稱為大氣環流。
(2)大氣變化動態圖片擴展閱讀:
1、大氣環流的成因:
(1)一是太陽輻射,這是地球上大氣運動能量的來源,由於地球的自轉和公轉,地球表面接受太陽輻射能量是不均勻的。熱帶地區多,而極區少,從而形成大氣的熱力環流。
(2)二是地球自轉,在地球表面運動的大氣都會受地轉偏向力作用而發生偏轉。
(3)三是地球表面海陸分布不均勻。四是大氣內部南北之間熱量、動量的相互交換。
以上種種因素構成了地球大氣環流的平均狀態和復雜多變的形態。
2、大氣環流主要表現:
全球尺度的東西風帶、三圈環流(哈得萊環流、費雷爾環流和極地環流)、定常分布的平均槽脊、高空急流以及西風帶中的大型擾動等。
大氣環流既是地—氣系統進行熱量、水分、角動量等物理量交換以及能量交換的重要機制,也是這些物理量的輸送、平衡和轉換的重要結果。太陽輻射在地球表面的非均勻分布是大氣環流的原動力。
大氣環流構成了全球大氣運動的基本形勢,是全球氣候特徵和大范圍天氣形勢的主導因子,也是各種尺度天氣系統活動的背景。
3、大氣環流的研究意義:
大氣環流是完成地球- 大氣系統角動量、熱量和水分的輸送和平衡,以及各種能量間的相互轉換的重要機制,又同時是這些物理量輸送、平衡和轉換的重要結果。
因此,研究大氣環流的特徵及其形成、維持、變化和作用,掌握其演變規律,不僅是人類認識自然的不可少的重要組成部分,而且還將有利於改進和提高天氣預報的准確率,有利於探索全球氣候變化,以及更有效地利用氣候資源。大氣環流通常包含平均緯向環流、平均水平環流和平均徑圈環流3部分。