气象卫星与多普勒天气雷达Word下载.docx

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1．4静止业务系统

卫星地面站担负着卫星发射任务中的3点测距任务。

三点测距分系统是FY–2号静止气象卫星地面应用系统重要的组成部分之一，三点测距系统由北京主站和乌鲁木齐、墨尔本（或广州）两个副站组成，主站向卫星发送测距信号，主站测量发出信号与返回信号之间的时延，可以求出从卫星到三个测距站之间的距离。

经过电离层对电波折射的修正可准确地确定卫星所在的位置。

FY–2号静止气象卫星每天进行4次三点测距作业。

1．5网络通讯

卫星地面站接收的气象卫星资料，通过专用的通讯网络传输至国家卫星气象中心和新疆维吾尔自治区气象局。

首先，运控微机将接收任务时间表分发到每台接收计算机，接收机根据时间表完成气象卫星资料的接收，然后将接收的资料发送到文件服务器。

文件服务器对资料优化拼接后，自动发送到国家卫星气象中心。

卫星地面站（乌鲁木齐市天津路）站区网络，分为办公网和业务网两部分，为了业务安全，两者是严格分离的，办公网可以上互联网，业务网与新疆维吾尔自治区气象局和黑山头站区相连，满足两者之间的数据传输业务。

1．6数据分中心系统

卫星地面站接收分辨率250m～1000m的极轨气象卫星资料，分辨率为5km的静止气象卫星资料。

将来可接收处理风云三号卫星与美国正在研制的NPOESS卫星资料。

随着中国气象探测手段由地基探测为主向空基探测为主的过渡,以及对地物资源深层次的不断开发与应用，气象卫星资料的作用将日益突出，应用领域越来越广泛。

正在建设的数据分中心，就是以该站获得的多种气象卫星资料为基础，形成原始资料库，由高速计算机组进行预处理、产品生成，通过互连网和其它方式，为广大用户提供气象卫星资料与产品的联机检索与获取服务，从而发挥乌鲁木齐气象卫星地面站的资源优势和技术优势，更好地为地方经济建设提供服务。

2遥感技术应用

2．1人造卫星技术应用

人造卫星的种类主要有：

技术试验卫星、通信卫星、科学卫星、遥感探测卫星、导航卫星、间谍卫星、太空站等。

技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星；

通信卫星是与生活关系密切的人造卫星。

如：

电视转播、电话、网络等都离不开它。

通信卫星又分为：

直播电视卫星、军事通信卫星、电信业务卫星、交通运输通信卫星等；

科学卫星是用来进行空间物理环境探测的卫星，它收集空间信息，为人类进入太空、利用太空提供资料。

由于少了大气层阻碍，它观测宇宙看的更远、更精确，哈勃太空望远镜（HST）便是一个例子；

遥感探测卫星包括气象卫星、地球资源卫星。

气象卫星解决了气象工作者长期难以解决的海洋、荒漠、高山等人烟稀少地区的气象观测问题，是快速准确地获取全球气象资料和其他资料的多面手。

气象卫星的应用，是气象观测和气象事业划时代的进步。

地球资源卫星能“看透”地层，发现肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构，能普查农作物、森林、海洋、空气等资源，预报各种严重的自然灾害。

近代资源卫星对地面景物的辨识率由原来的10m提高到2m，甚至更细微的辨识率；

导航卫星应用最广的是全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem），简称GPS。

GPS是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

它由空间部分、地面监控部分和用户接收机3大部分组成。

空间部分由分布在高度约2×

104km的6个轨道上绕地球飞行的24颗卫星组成，每条轨道上拥有4颗卫星，这使得在地球上任何一点，任何时刻都可以同时接受至少到来自4颗卫星的信号，也就使GPS卫星所发射的信息覆盖着整个地球表面；

侦察卫星就是窃取军事情报的卫星，它既能监视又能窃听；

太空站也是人造卫星的一类。

2．2卫星气象学

气象卫星的出现促进了新学科—卫星气象学的形成。

卫星气象学研究的内容主要有：

寻找从卫星上探测和获取大气中主要气象要素如云、风、温度、湿度、辐射、臭氧等和大气现象的理论和方法；

被测物体（如地表、云和大气主要吸收气体）的辐射特性及电磁辐射在大气中的传输规律；

卫星资料接收、处理、存贮和各种气象要素处理方法的研究；

选择测量各种气象要素和物体特性的最佳光谱段，满足气象观测要求的遥感仪的最佳设计；

气象卫星资料在天气预报、数值预报模式和大气科学研究中应用方法的研究；

气象卫星资料精度的研究。

2．3遥感图象处理

“遥感”，顾名思义，就是遥远地感知。

地球上每一个物体都在不停地吸收、发射、反射电磁波，不同物体的电磁波特性是不同的。

遥感就是根据这个原理来探测地表物体发射和反射的电磁波，从而提取这些物体本身的信息，完成远距离对物体的识别。

常用的遥感平台，除了卫星，还有飞机、气球等。

遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有明显的优势。

遥感影像通常需要进一步处理方可使用，用于该目的的技术称为图象处理。

图象处理包括各种可以对像片或数字影像进行处理的操作，包括图象压缩、图象存储、图象增强、处理、量化、空间滤波以及图象模式识别等。

目前，主要的遥感应用软件是ilwis、PCI、ERMapper和ERDAS。

2．4气象卫星资料应用领域

气象卫星资料包括可见光、红外云图和水汽分布图等，应用领域广阔：

①是天气分析的得力工具，为加强暴雨和强对流天气的监测和预报，准确、及时地了解天气系统的活动情况，提供了重要依据；

②是天气气候研究的重要依据、为短期气候预测提供科学依据；

③监测洪涝灾害、监测雪灾、监测森林火灾，为分析灾害性天气成因提供依据；

④为农业生产服务；

⑤进行海洋渔业监测；

⑥监测冰雪覆盖情况；

⑦监测河口泥沙扩散等。

2．5新疆维吾尔自治区气象局遥感中心

新疆维吾尔自治区气象局遥感中心成立于1992年，是一个集业务、科研和服务为一体的单位，负责FY、EOS、NOAA等极轨系列卫星遥感信息的接收、转储、预处理工作；

负责新疆范围内天气、环境和灾害的遥感监测分析；

提供决策气象服务基本产品；

承担遥感信息资源管理与遥感信息资源共享服务工作；

负责新疆维吾尔自治区气象局遥感应用开发、业务升级、推广应用等。

2．6遥感应用服务

新疆地域辽阔，高山、沙漠、荒漠、戈壁等地人迹罕至，气象站点相对稀少。

因而遥感技术和遥感资料在气象服务中的应用，更具有特殊重要的意义。

2005年新疆建成卫星资料中规模应用系统9个、DVBS接收应用系统3个、1套EOS/MODIS接收系统。

遥感中心拥有EOS/MODIS和NOAA卫星以及FY系列气象卫星接收处理设备，以美国EOS/MODIS地球环境卫星、NOAA气象卫星和中国FY系列气象卫星资料为主要信息源,先后开展了全疆范围的积雪、植被，森林及草原火灾、水情、气象灾害等生态环境与自然灾害的动态遥感监测服务。

2．7为天气预测提供服务

遥感中心每天接收并分析加工卫星资料，取得可供短期预报以及各级决策部门使用的情报信息。

在遇有寒潮、东南大风、沙尘暴等灾害性天气时，及时为短期预报室提供实时极轨卫星云图，进行灾害性天气监测的跟踪服务；

当有降水系统性云系入侵时，遥感中心设有专人定时监视,研究分析云系的发生、发展、变化和移动规律及降水路径；

当监测到强天气系统入侵的信息时，首先及时通知预报员注意天气强度的预报，并对云图进行预处理、保存资料，留待进一步研究。

2．8山区积雪监测

新疆冬季山区积雪的多寡，决定来年春季河流水量的大小，也是形成洪水、干旱灾害的重要因子，是农业生产非常关注的热点问题。

遥感中心通过卫星图像处理，可提供给定地界（区、地、市、县、）或给定河流流域的积雪水平分布、垂直分布情况，绘制不同积雪深度（＜10cm、10～20cm、＞20cm）的积雪分布彩色图，给出界内三种雪深的积雪面积。

积雪监测提供的图像产品为积雪、水资源动态分析,为防洪抗旱、农牧业生产及交通运输提供客观、定量化的情报信息,在自治区农牧业生产和防灾减灾中发挥了重要作用。

2．9森林、牧草火情监测

草原或森林发生火灾的地区，温度远高于周围地区。

3.7μm波段，对高温区特别敏感，利用3.7μm波段信息可以监测林区和草原发生的火灾。

遥感中心开发的森林及草原火情监测系统，通过对卫星遥感资料的分析，能及时发现并提供火情发生地点的具体经纬度和过火面积，为防火部门提供准确的、定量化的情报资料服务。

1992年开始，遥感中心先后与新疆自治区森林及草原防火办签订了“关于共同开展《利用气象卫星监测火情》的协议”。

协议执行情况表明：

利用气象卫星监测森林及草原火灾准确率高、发现及时、效益显著。

2．10水体面积监测

新疆的湖泊、水库积水是新疆水资源的重要组成部分，面积的变化及积水量的多少直接影响着周围地区的生态环境、工农业生产及人民生活，因而实时监测水域面积的变化，并进行气候分析显得尤为重要。

遥感中心以此为重要监测内容，提取了相应水旱信息，并进行了实时服务。

2．11作物长势遥感监测

利用绿色植被在可见光和近红外波段中反射率的差异，可监测植被生长状况。

新疆利用《草地、小麦、土壤水份的卫星遥感监测与服务系统研究》的成果，为有关部门提供给定区域内的农作物、牧草、森林等植被的区划以及植被长势、产量估测情况的定量化信息，为农作物产量预报提供科学依据。

2．12微型无人驾驶飞机

中国气象部门研制的微型无人驾驶飞机，采用全球卫星定位系统（GPS）导航，具有自动导航、自动驾驶功能。

能够在突发事件的监测、野外科学试验、大气环境监测、人工影响天气、航拍、军事侦察等诸多方面发挥作用。

微型飞机体积很小，其中，微型自控无人驾驶飞机探空系统，翼展仅3m，起飞重量只有12kg，人工影响天气微型无人驾驶飞机系统重量仅5kg、翼展不到2m宽。

新疆气象部门已引进四架微型无人驾驶飞机，计划用于人影和遥感工作。

2004年7月，新疆维吾尔自治区气象局启动以微型无人驾驶飞机为平台的空基探测和人影工作，并进行了无人驾驶飞机试验。

试验小组先后在玛纳斯县和吐鲁番地区进行了两次探测飞行试验，获取了近千张高分辨率的航空遥感数码图像。

2004年12月～2005年1月，自治区人影办与中国气象局大气探测综合试验基地合作，采用RY–1型微型无人驾驶飞机进行了增雪作业试验。

实验飞行5架次，累计飞行3个多小时，未出现结冰等不适应现象，飞机的技术性能和实验效果基本达到了设计要求。

2005年11月，新疆气象局遥感中心利用无人驾驶小飞机在克拉玛依、沙雅县、库车县成功地进行了三次航拍，取得了上千张大分辨率的航拍照片。

3气象卫星云图应用

3．1气象卫星云图接收

1971年4月，中国人民解放军总参谋部气象局决定，在乌鲁木齐市建立气象卫星地面接收站，主要任务是接收气象卫星大范围实时性的云图照片，为地方天气预报、航空气象、气象科学研究等提供资料。

1972年，自治区气象台开始接收美国第一代气象卫星艾萨（ESSA）云图照片；

1981年，新疆维吾尔自治区气象局在喀什地区气象台建成APT接收站，并接收气象卫星云图照片；

1990年3月，自治区气象业务中心成立气象卫星遥感组，开始将乌鲁木齐气象卫星地面站接收的信息送入微机（386），进行图像和数字化处理。

同年11月3日，自治区气象业务中心成立遥感科，开展气象卫星遥感资料的应用与服务。

3．2可见光云图

可见光是波长从0.35～0.80μm很狭窄的波段。

卫星在可见光谱段测量来自地面、云面反射的太阳辐射，将卫星接收的这种辐射转换为图像称为可见光云图。

卫星在可见光谱段选用的波长间隔有：

0.52～0.75μm和0.58～0.68μm。

卫星在可见光波段接收辐射与物体的反照率和太阳的天顶角有关，若太阳天顶角越小，物体的反照率越大，则卫星接收到的辐射越大，反之则越小。

在可见光云图上，辐射越大，色调越白；

辐射越小，色调越暗。

通常云层越厚，反照率越大，色调也越白，而水面，如湖泊、海洋的反照率很小，表现为黑色，陆地反照率比海洋略大，表现为灰色，而潮湿或森林覆盖的地区表现为灰暗的色调。

在电视显示的卫星云图上，地表和海洋常用绿色和蓝色表示。

3．3红外云图

卫星在10.5～12.5μm测量地表和云面发射的红外辐射，将这种辐射以图像表示就是红外云图。

在红外云图上物体的色调决定其自身的温度，物体温度越高，发射的辐射越大，色调越暗，红外云图是一张温度分布图。

卫星接收到的红外辐射要比实际表面温度发射的黑体辐射要小，故严格地说，红外云图是一张亮度温度分布图。

地面的温度一般较高，呈现较暗的色调，由于大气的温度随高度是递减的，故云顶高而厚的云，其温度低呈白的色调。

低云的云顶温度较高，与地面相近，故在红外云图上不容易识别。

由于各类云的云顶温度的差异较大，在红外云图上可以识别各种高度的云。

此外，地表的温度随季节、纬度、海陆分布及其本身的热惯量而不同，所以在红外云图上的色调亦不同。

在电视显示的红外云图上，地表以绿色表示，能与云相区分开。

3．4水汽图

卫星选用6.7μm水汽吸收谱段接收大气中水汽发射的辐射，并以图像表示便得到水汽图。

在这一波段，水汽一面接收来自下面的辐射，又以自身较低的温度发射红外辐射。

卫星接收到的辐射决定于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；

水汽含量越少，大气低层的辐射越容易透过水汽到达卫星，则卫星接收的辐射越大。

在水汽图上，色调越白，辐射越小，水汽越多；

否则越少。

对于6.7μm水汽带，卫星测得的辐射来自对流层中上层，故水汽图反映大气上层水汽的空间分布。

3．5增强红外云图

增强红外云图是对灰度或辐射值进行变换处理，将人眼不能发现的细节结构清楚地显示出来，如积雨云在云图上表现为一片白色，通过增强处理后可将云顶结构显示出来，能准确地确定积雨云的强度和强对流中心位置。

红外云图的增强处理是将图像上的灰度值，按需要进行合并或分解为若干灰度间隔（等级），每一间隔赋予一个灰度值。

3．6云的识别

在卫星云图上识别云的判据有六个：

⑴结构型式：

是指不同明暗程度物象点的分布式样，如高层云、高积云常表现为带状、涡旋状等，开口细胞状云系是由积云、浓积云组成等；

⑵范围大小：

是指云系的分布尺度，由云系尺度可以推断形成云的物理过程，尺度小的云系常与中小尺度天气系统相关；

尺度大的则与大尺度的天气系统联系。

⑶边界形状：

不同类型的云，边界不尽相同，如积云、浓积云边界不整齐，层云（雾）边界较整齐。

⑷色调：

是指物象的亮度。

可见光云图上云的色调与云厚和云的成分有关，红外云图上则与云顶温度相关。

⑸暗影：

是指在一定太阳高度角下，高的云在低的目标物上的投影。

⑹纹理：

用来表示云顶表面粗糙程度，如层云（雾）云顶表面均匀、光滑；

而积云、浓积云表面多起伏、不均匀。

3．7卫星云图上各类云的特征

⑴卷云

在可见光云图上，卷云的反照率低，呈灰一深灰色；

若可见光云图卷云呈白色，则其云层很厚，或与其它云相重迭；

在红外云图上，卷云顶温度很低，呈白色。

无论可见光还是红外云图，卷云有纤维结构。

⑵中云（高层云和高积云）

在卫星云图上，中云与天气系统相连，表现为大范围的带状、涡旋状、逗点状。

在可见光云图上，中云呈灰白色到白色，通过色调的差异可判定云的厚度；

在红外云图上，中云呈中等程度灰色。

⑶积雨云

无论可见光还是红外云图，积雨云的色调最白；

当高空风小时，积雨云呈圆形，高空风大时，顶部常有卷云砧，表现为椭圆形。

⑷积云、浓积云

在可见光云图上积云、浓积云的色调很白，但由于积云、浓积云高度不一，在红外云图上的色调可以从灰白到白色不等，纹理不均匀，边界不整齐。

其型式表现为积云线和开口细胞状云。

⑸层云（雾）

在可见光云图上，层云（雾）表现为光滑均匀的云区；

色调白到灰白，若层云厚度超过300m，其色调很白；

层云（雾）边界整齐清楚，与山脉、河流、海岸线走向相一致。

在红外云图上，层云色调较暗，与地面色调相当。

4多普勒天气雷达

上世纪80年代末，中国开始多普勒天气雷达的研制和在气象业务上的试用，90年代中期中国气象局正式将多普勒天气雷达列入气象业务探测系统的发展规划。

新一代天气雷达，是指中国气象局布网的CINRAD雷达系列的多普勒天气雷达。

它能满足24小时连续运转、无人值守以及20年产品使用寿命的要求；

其精确度、可靠性、实用性均比过去的天气雷达有了质的飞跃，它的探测能力和总体软硬件水准已接近国际先进水平。

新一代多普勒天气雷达全国布设126部，新疆7部：

克拉玛依、伊宁、石河子、乌鲁木齐、库尔勒、阿克苏、喀什。

4．1天气雷达的分类

⑴天气雷达按发展史大致可分为：

模拟天气雷达—数字化天气雷达—多普勒天气雷达。

模拟信号雷达与数字化雷达的型号有711（X波段）、713（C波段）、714（S波段）三种，多普勒天气雷达只有C波段（CINRAD/CB、CINRAD/CC、CINRAD/CD和CINRAD/CCJ等）与S波段（CINRAD/SA、CINRAD/SB、CINRAD/SC等）两种。

⑵按用途可分为：

测风雷达、测云雷达、测雨雷达、脉冲多普勒雷达、其中测雨雷达又分为X波段（3cm）、C波段（5cm）、S波段（10cm）。

⑶其它类：

双极化天气雷达、双波长天气雷达、多参数天气雷达、双／多基地天气雷达、相控阵天气雷达。

4．2CINRAD/CC型多普勒天气雷达

CINRAD/CC雷达是新一代C波段多普勒天气雷达，探测重点是台风、暴雨、冰雹、雷雨大风、龙卷、雪暴、沙尘暴以及天气系统中的中尺度结构等。

它除了常规天气雷达的作用外，重大改进是利用物理学上的多普勒效应测定降水粒子的径向运动速度，并通过速度信息推断降水云体的风速分布、风场结构特征、垂直气流速度等。

目前已是美国、西欧等发达国家的主导地基气象探测设备。

4．3功能特点

多普勒雷达的最大探测距离半径为460km，它具有良好的多普勒测速能力，对灾害性天气有很强的监测和预警能力，它包括了灾害性天气的绝大部分的监测和预警内容；

主要用于探测300km范围内的暴雨、冰雹、大面积降水，200km内各种气象目标的大气风场；

多普勒雷达还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水，突破了常规雷达只能定性估测降水的局限，而且其连续观测能力比常规雷达有了很大的提高，能测定降水云体的发展高度和移向移速。

它是智能型的探测系统，除了实时提供各种图象分析的信息外，还具有准实时的对多种灾害性天气的自动识别、追踪等产品。

4．4多普勒天气雷达产品

多普勒天气雷达可生成图象产品、文本信息共76种，主要有：

半径460km范围内不同仰角的强度图，半径230km范围内不同仰角的速度图，半径230km任意角度剖面图，当地高空风向、风速变化图，风暴、龙卷、冰雹等的预警输出图等等。

定时探测内容有：

降水回波的位置、范围大小、高度、强度、强中心位置、回波的形状、结构、性质、移向移速及其演变趋势等。

多普勒雷达还能探测速度场空间分布、流场性质、演变趋势、速度谱宽等。

在城市环境气象中，可生产出定时、定点、定量、精细的监测和预报服务产品。

4．5雷达站址环境要求

站址周围无高大建筑物、高大树木、山脉等遮挡。

在雷达主要探测方向上（天气系统的主要来向）的遮挡物对天线的遮挡仰角不应大于0.5°

，其他方向的遮挡角一般不大于1°

；

雷达天线所在位置以经度、纬度、海拔高度表示，经纬度定位精度应小于3s（角秒），海拔高度测量误差应小于5m；

建站时应绘制四周遮挡角分布图，以及距测站1km高度和海拔3km、6km高度的等射束高度图。

观测环境发生变化应重新绘制遮挡角分布图、等射束高度图，并上报上级业务主管部门；

雷达站周围不能有影响雷达工作的电磁干扰；

雷达站应具备必要的通讯、水、电、路及人员生活基本条件及自备供电能力。

4．6观测模式

多普勒天气雷达业务观测，主要是连续自动立体扫描模式：

在降水过程中,应采用仰角数不少于9个的连续自动立体扫描模式；

在对降水结构作详细分析时，可采用仰角数不少于14个的连续自动立体扫描模式；

在对降水前的晴空风场观测时，可采用仰角数不少于5个的低仰角立体扫描模式。

根据专项业务和科研的需求，多普勒天气雷达还可采用圆锥扫描模式（PPI）和垂直扫描模式（RHI）观测。

4．7信息分发和资料传输

多普勒天气雷达必须提供最佳仰角的强度、速度以及垂直液态含水量和时间序列的风廓线产品。

并向国家气象中心、自治区气象台以及邻近地区气象台传送和分发；

雷达拼图可以采用回波强度（dBz）、垂直液态含水量（VIL）、一小时累积降水量（OHR）。

雷达拼图时次、文件命名、数据压缩格式按照全国雷达拼图规定执行；

按照组网拼图观测时次，传送的数据文件应当为正点前10分钟内的资料，并在正点后5分钟前发送；

如不能正常按时发送拼图数据文件时，应当在30分钟以内补充发送最接近正点的资料或其他信息；

区域或省内天气雷达产品互传的办法应当报中国气象局业务主管部门备案；

本地服务传输时次和方式由新疆和地（市）气象局自行规定，报上级主管职能部门备案。

4．8乌鲁木齐多普勒天气雷达站

乌鲁木齐多普勒天气雷达站主要由雷达塔、业务楼、自动气象站三大部分组成。

该站址位于东经87°

23′35.2″，北纬43°

54′57.5″，拔海高度666m，2003年5月建成，同年9月6日通过现场验收，2004年11月30日通过业务验收。

乌鲁木齐多普勒天气雷达，是中国引进研制并自行生产的CINRAD/CC型多普勒天气雷达。

雷达系统的建设保证了新疆天山北坡雷达组网和拼图的实施。

该雷达投入业务使用，不仅能显著提高乌鲁木齐市气象灾害（如东南大风、暴雨、雪暴、沙尘暴等强天气过程等）的监测、预警能力，为防汛、人工增水作业等提供及时、准确地气象信息依据；

而且可明显地提高乌鲁木齐市气象台短期和短时天