一起了解下“卫星气象学”

　　卫星气象学是利用卫星探测资料研究大气的一门学科。它是随着人造地球卫星的出现而发展起来的大气科学分支。随着气象卫星探测能力和对探测资料的处理能力的不断提高，气象卫星将提供更加广泛的资料，其中包括短时间间隔的多通道普通云图和数值图象资料，使卫星云图的分析工作由纯定性分析向半定量和定量分析发展;由以分析大尺度天气系统为主，向同时分析和监视中小尺度天气系统发展;由以气象分析应用为主，向气象、水文、海洋等多学科分析应用发展。

　　卫星气象学 - 研究简史

　　在1960～1980年期间，美国、苏联、日本和欧洲空间组织各国先后发射了 130颗气象卫星，获得大量全球范围的各种大气探测资料：①卫星云图资料。包括可见光云图和红外云图、云顶高度及其温度、地球上冰和雪的覆盖范围、无云区地球表面(陆地和洋面)的辐射温度等;②卫星探空资料。包括温度、湿度、臭氧的铅直分布，云中含水量和降水强度等;③卫星测风资料。主要是由云的运动估算风向风速;④卫星辐射探测资料。包括地-气系统将太阳辐射反射和散射回太空的短波辐射资料，以及地-气系统向太空发射的长波辐射资料。

　　卫星气象学是20世纪60年代初开始出现的一门新兴学科。从1960年4月1日发射第一颗专用气象卫星后的20年内，已经历了两个重要的发展阶段。大约在70年代以前，气象卫星获得的主要资料是云图，并定性地应用于天气分析、天气预报和气象研究，70年代初期，卫星红外辐射仪投入业务应用，而且地面资料处理能力大为提高，使定量的或半定量的卫星探测资料，开始应用于大气科学的各个分支。

　　卫星气象学 - 研究内容

　　主要有两方面：①研究利用卫星这一观测平台探测地球大气各种气象要素的原理和方法(见大气遥感)。②研究卫星探测资料如何应用于大气科学研究的各个领域。如：根据卫星的辐射探测资料，研究地-气系统的辐射平衡;根据温度铅直分布廓线和测风资料，为数值天气分析和预报提供大量非常规观测资料;根据洋面海水温度资料、陆地上积雪的覆盖范围和高纬度地区洋面积冰范围的资料，研究海-气热量交换作用和气候变化;根据卫星云图资料，识别各种不同的天气系统(如锋面、高空急流、台风、温带气旋、反气旋、雷暴)，判别天气系统的发展阶段及其未来的演变趋势，估计台风中最大风速，以及估计对流云的降水强度等。由于极轨气象卫星资料并不是同一时刻的观测资料，怎样将这些不同时刻的观测资料用于天气图分析和数值预报中，这是仍在研究的问题(见数值天气预报资料的处理和分析)。 在辽阔的洋面和记录稀少的沙漠及高原地区，卫星云图分析是天气分析和预报的主要依据。许多国家气象部门所发布的天气图，对于海洋地区都是先根据常规资料作出分析，然后利用卫星云图订正。

　　卫星气象学 - 系统

　　数据接收与测控站

　　主要由接收系统、测控系统和通信设备组成。极轨道卫星系统有多个数据接收和测控站，而静止卫星系统一般只有一个站。它的主要功用是接收气象卫星遥感器感测的信息、经由卫星转发的数据收集平台的数据、空间环境监测器的信息以及卫星本身的遥测数据，经通信设备将这些信息送往数据处理中心。它还将卫星控制中心送来的遥控指令发送给气象卫星。静止气象卫星的数据接收与测控站还要把数据处理中心发来的高低分辨率的云图、天气传真图、对数据收集平台的询问信号转发给气象卫星，根据卫星控制中心的指令对卫星进行跟踪测量并将测得的数据送到数据处理中心。

　　数据处理中心

　　由计算机、外围设备和相应软件组成。它对数据接收与测控站送来的信息进行记录、处理，提取各种有用信息，制出各种天气图，把各种观测数据变换成定量的气象数据，分发给天气预报部门和其他用户。这个中心还对整个气象卫星系统进行监视和指挥调度。数据处理中心配备高速

　　大容量计算机，现代常采用人机对话系统处理气象卫星数据。这是一种由数据库管理、应用处理机、显示设备和磁盘等组成的系统，使用灵活，适应范围广，能根据用户实际要求提取和判释更多的有用信息。

　　数据利用站

　　接收气象卫星实时发送的各种云图，供有关地区使用。常用的数据利用站有：自动图像传送云图站，用以接收极轨卫星发送的实时低分辨率模拟云图;高分辨率图像传送云图站，用以接收极轨气象卫星发送的高分辨率数字化云图;小型数据站，用以接收静止气象卫星发送的低分辨率模拟云图;中型数据站，用以接收静止气象卫星发送的高分辨率数字化云图或模拟传真云图。

　　卫星气象学 - 观测

　　从人造地球卫星上用遥感器探测地球大气的气象要素和天气现象的技术。它是航天技术与遥感技术相结合应用于气象探测的结果。利用人造卫星探测的气象资料可供研究大气运动和为天气预报服务，已形成气象学的一个新分支──卫星气象学。卫星气象观测系统由空间部分──气象卫星和地面系统组成。地面系统主要由数据接收与测控站、数据处理中心、数据收集系统、数据利用站组成(见气象卫星地面系统)。

　　卫星气象观测具有地面气象观测无法相比的一些特点。①观测范围广：一颗极轨道气象卫星每12小时左右就能对全球大气观测一遍，一条轨道在地面的扫描条带宽达2800公里左右。一颗静止气象卫星能获得地球上近一亿平方公里的气象资料，能观测到台风系统的全貌和全过程。②观测次数多、时效快：静止气象卫星一般每20分钟左右即可获得一次观测资料，还可用更短的时间间隔(5～15分钟)取得较小范围的观测资料，对于监视灾害性天气系统特别有利。极轨道气象卫星在经过地面台站上空10多分钟内，可获得1000多万平方公里的资料。③不受自然条件和国界的限制：卫星气象观测能覆盖海洋、沙漠、高原等人烟稀少地区，填补这一些地区的气象观测资料的空白。

　　卫星气象观测按卫星所载遥感器接收的电磁波信号的来源可分为被动式和主动式两类。前者接收的是大气本身辐射或对太阳辐射的反射的电磁波，后者接收的是遥感器本身向地球大气发射经过地球大气反射回来的电磁波。卫星气象观测按电磁波谱段分为微波、红外、可见光和紫外气象遥感。大气辐射、吸收和窗区大多分布在微波和红外波段，这是现代气象遥感利用最多的波段。卫星气象观测按卫星的轨道分为极轨道观测和地球静止轨道观测。 气象卫星已成为世界天气监视网的主要组成部分，卫星气象观测正向一星多用的方向发展，除气象外，兼有海洋和环境监测的功能。某些专用气象卫星，如地球辐射收支卫星和强风暴观测卫星等正在研制之中。在卫星上对观测数据进行预处理、增加微波遥感的比重、使用大天线、多信道微波辐射计和微波雷达与激光雷达等，也是卫星气象观测的主要发展趋势。

　　卫星气象学 - 展望

　　随着气象卫星对温度、风和湿度等气象要素的探测精度的提高，如何把这些资料更有效地应用于大气模式，以改进数值天气预报的结果，这是未来卫星气象学研究的另一个重要方面。卫星测得的臭氧和气溶胶的含量、大气上界的射入辐射和射出辐射观测，都有助于弄清控制大气运动的辐射过程。利用卫星对大气和海洋的观测资料，有助于研究大气和海洋之间极为复杂的能量交换过程。所有这些气象卫星观测资料，都有助于气候变化和气候数值模拟的研究。