卫星气象遥感和应用:现状、问题、前景

提要自1960年美国第一颗气象卫星上天以来,迄今大约100个气象卫星以及卫星气象的遥感理论和实践都已清楚表明:今后发展卫星气象遥感的目的,主要在于利用空间科技、电脑通信,以及大气光学和现代数学相结合的综合手段,回答人类迫切希望解决的重大问题.这些问题包括:全球异常天气过程、全球气候演变、全球辐射能量和水循环、全球海洋状态及其与大气圈、陆地圈和生物圈的相互作用效应,以及全球温室效应和大气微量气体变化等全球性变化.根据卫星气象发展的实际水平,本文讨论的重点是卫星气象被动遥感及其应用.     

近10年来上海卫星气象遥感应用技术研究进展

立足《我国气象卫星应用发展专项规划(2010-2015年)》,紧密围绕风云系列气象卫星业务应用,上海区域卫星气象业务应用取得了较好进展。总结近10年来上海市气象局卫星遥感业务应用技术所取得的成果,并分析工作中存在的不足,为未来上海卫星遥感气象应用工作提供支撑。     

中国气象卫星和卫星气象研究的回顾和发展

气象卫星和卫星气象是大气科学中发展最迅速、成就最显著的一项大气探测技术和新兴的分支学科。目前 ,气象卫星已经成为地球大气探测系统中的主要成员 ,而卫星气象学则正在覆盖地球系统科学中的主要方面。文中从 3个方面综述自 2 0世纪 70年代以来的 30多年时间内 ,中国在这一领域内取得的主要成就 :(1)中国气象卫星的发展历史和现状 ,重点介绍了中国的极轨和地球静止气象卫星的发射、运行状况和主要技术指标及发展史。 (2 )气象卫星遥感原理和方法等方面的主要成果 ,重点评述了大气温湿廓线遥感反演、云特性反演、气溶胶特性反演、降水反演和云迹风生成等 5个方面的主要成果。 (3)气象卫星资料应用研究成果 ,主要包括气象卫星资料在天气分析和预报中的应用、在数值预报中的应用和在气候监测和短期气候预测中的应用。此外还包括同化和气候监测与预测研究的最新成果。     

FY-3A微波资料偏差订正及台风路径预报应用

我国极轨气象卫星FY-3A大大增强了对地球系统的综合探测能力,而偏差订正对卫星资料的应用非常必要。试验中FY-3A卫星微波资料的偏差订正方案是在Harris等的TOVS辐射资料偏差订正经验方法的基础上结合WRF-3DVAR系统发展的,偏差订正后微波资料各通道拟合结果基本位于主对角线上,大多数卫星观测数据与观测算子利用背景场计算的亮温值分布趋于合理,偏差得到很大程度的降低。偏差订正后,利用数值模式直接同化FY-3A气象卫星微波资料,通过对2008年和2009年的4个台风进行预报评估表明:同化FY-3A气象卫星资料后路径预报能力提高明显,尤其是36 h后路径预报结果;同化FY-3A气象卫星微波资料后台风预报路径误差平均降低20%,而只同化常规资料路径误差仅仅降低了4%。     

目前和将来用卫星资料作中尺度天气预报的难点及可能性

卫星资料与其它气象信息相结合的有效使用,对当前及未来的短时预报都是一个关键问题。这种与其它气象信息相结合的有效使用,可能涉及到把资料输入到中尺度数值模式或知识库,以及按时间的函数把卫星资料与其它气象资料相结合去解释它们的产品。利用日常可以得到的地球静止气象卫星资料,气象学家能够观察到中尺度机制所导致的中尺度天气的发展。从卫星资料得到的这些见解,正在帮助实现中尺度预报和短时预报。由于日常可以从一系列栩栩如生的卫星云图以及卫星探测资料中得到大量的信息,那么如何更好地从这些资料中提取有用的信息为中尺度预报所用,是气象学家们所面临的最大难点之一。     

新书架

气象卫星及其应用 杨军 主编 《气象卫星及其应用》是《现代气象业务丛书》的一卷。该书介绍了气象卫星的发展过程、气象卫星的作用和基本观测原理,以及卫星气象学的主要研究内容;重点介绍了我国风云气象卫星的特点和功能、有效载荷及其性能指标;详细描述了风云气象卫星地面应用系统的功能、结构、信息处理流程,以及生成的主要业务产品;深入介绍了卫星资料处理的基本原理和方法,卫星遥感产品的生成及其典型应用;同时,也对卫星资料和产品在天气预报、数值天气预报、气候预测、生态环境和自然灾害监测等方面的应用进行了比较全面的介绍。本书可以作为气象业务人员熟悉和掌握气象卫星资料处理和应用的参考用书和培训教材,对相关高等学校的师生以及科研院所的科技人员也有重要参考价值。     

气象卫星遥感资料微机处理系统(V3.2)简介

介绍了江苏省农业气象与卫星遥感中心开发的气象卫星资料微机处理系统软件的主要特点，功能和运行环境。该系统具有较强的遥感资料处理功能。显著的技术特点，适合于省级和省级以下气象部门开展气象卫星遥感研究和服务工作。     

基于卫星资料梯度信息的新型变分同化方法对于台风数值模拟的研究

卫星资料凭着卫星遥感的全球性、连续性和高频次观测等优势,成为一种重要的非常规资料源,但卫星观测仍然存在各种各样的观测误差,其中包含由于观测偶然性所造成的统计学上的随机误差及仪器本身和辐射传输模式等造成的系统性偏差,这些误差在很大程度上影响了卫星资料的质量。文中提出了一种能有效订正卫星观测资料系统性偏差的梯度信息同化算法,该方法用一个梯度算子进行模式变量与观测变量的梯度变换,从而达到订正系统性偏差的目的。本文利用WRF（Weather Research Forecast）模式及其同化模式WRFDA（WRF Data Assimilation system）,以及AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）资料,对台风“圆规”进行了实际的数值模拟和同化试验,数值结果表明,梯度信息同化方法能明显改善台风路径的模拟,在处理可信度较低的资料时仍然适用。另外,通过同化诊断分析,发现卫星资料的系统性偏差对于台风数值模拟有较大影响,而文中提出的梯度信息同化方法能较好的解决此类问题。     

气象卫星资料同化的科学问题与前景

从数值天气预报资料同化的角度,分析了气象卫星观测与常规气象观测的不同特点形成了卫星资料同化的特殊科学问题.由于各类星载遥感仪器所观测到的是一定波长的电磁辐射,不能像传统的直接观测资料一样被预报模式直接应用.又由于卫星观测对象是整个大气层,而不是特定高度的大气,因此确定卫星观测影响的高度和它的潜在垂直分辨率成为一个关键问题.卫星观测还可能存在着系统性的偏差,这与直接观测的误差互相独立也有很大区别.资料同化通常建立在模式预报(即背景信息)与观测量的比较的基础上,为了实现同化,需要将模式的基本大气变量转换成星载仪器所获得的特定波长的电磁波特征量,或者将观测到的电磁辐射特征量反算成大气的特征量.前者需要引入复杂的观测算子,后者则将复杂的反演过程交给了前处理阶段.这就形成了直接与间接同化卫星资料的两种不同策略,策略的选择取决于同化系统处理复杂观测资料的能力,对同化效果有决定性的影响.逐个分析了目前用于数值预报的5种卫星观测资料,即星载大气垂直探测器资料、大气运动矢量资料、散射仪海面风资料、卫星观测的云与降水信息资料与GPS掩星观测资料的同化的进展与有待解决的主要问题,概述了中国近年在大气垂直探测器等卫星资料同化中的研究进展及其业务应用的效果,并提出了今后需要予以特别关注的研究方向.     

气象卫星及其产品在天气气候分析和环境灾害监测中的应用概述

随着气象卫星技术的发展,卫星观测能力不断提升,全球气象卫星观测体系逐步形成。美国、欧洲和中国都建立了极轨和静止气象卫星观测系统,日本、韩国等国家也拥有各自的气象卫星。与卫星发展初期相比,现在的气象卫星在空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率以及波段覆盖范围等方面都有了极大的提高。与之相伴,气象卫星遥感资料应用也取得了长足的进步。卫星应用领域不断拓展,新的资料处理方法不断涌现,数据使用也完成了从定性向定量的跨越。本文将在总结目前气象卫星遥感载荷观测能力的基础上,着重介绍卫星资料在天气分析、环境灾害监测以及气候变化研究方面的应用。     

我国风云极轨气象卫星及应用进展

我国风云极轨气象卫星数据,目前已经被应用在天气预报、气候预测、自然灾害、环境监测、科学研究等多个重要领域,为我国国民经济建设、国防建设、防灾减灾和全球许多国家的经济发展做出了重要贡献。本文介绍了我国风云极轨气象卫星的发展历程,重点阐述了目前风云极轨气象卫星在卫星数据预处理、定量产品反演、卫星资料同化等方面的应用研究进展,并展示了第二代风云极轨气象卫星在全球业务观测、大气三维探测、海洋环境监测、数值预报应用等相关典型应用。在国家创新战略发展框架下,根据“国家级气象现代化总体方案”确定的2020年气象卫星及应用发展目标,第二代极轨气象卫星风云三号03批卫星系统工程必将进一步发挥重大支撑作用。     

新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究

概要介绍最近5年在国家科技攻关项目“中国气象数值预报系统科技创新研究”框架内所取得的主要成果，重点是卫星等遥感资料在变分同化中的应用，高分辨非静力数值预报模式的发展，全球资料同化与中期数值天气预报系统的发展，数值天气预报系统的模块化与并行计算，数值天气预报新技术的研究等，并扼要介绍我国新一代数值天气预报系统的业务应用试验。最后，对我国数值天气预报的进一步发展做了讨论。     

卫星遥感资料的定量批处理

气象卫星是众多遥感卫星中的一种,其实际应用范围远远不仅在气象方面。特别是我国的“风云一号”和美国TIROS—N/NOAA系列等极轨气象卫星,因其覆盖周期短,星上传感器可以接收多波段(如表1)图像,还设有TOVS垂直探测器,成为目前适合动态和实时监测的主要遥感卫星。1991年初,我所自国家卫星气象中心引进一套极轨气象卫星资料处理系统,可以接收、处理FY—1和NOAA卫星资料。该系统包括资料入口、预处理、资料处理、产品输出、存档、系统管理等一系列完整的功能。特别是丰富的定量处理结合真彩色图像处理,在地表特征的判识和监测方面发挥了重要作用。由于极轨气象卫星覆盖频次高,扫描范围广(横向扫描范围约为2800km,地面站     

我国气象卫星资料在气象业务中的应用进展与展望

气象卫星发展是国家气象现代化的重要标志,卫星资料在气象预报预测、防灾减灾、应对气候变化和开发利用气候资源中充分应用是气象卫星发展的根本目的。文中回顾了2005—2015年我国气象卫星业务服务能力提升进展情况,并对气象卫星资料在数值预报、天气分析、气候与气候变化、环境与灾害监测评估、农业气象等领域应用进行了分析总结,并对未来气象卫星技术发展和应用趋势进行了展望。     

我国气象卫星的现状及未来

1960年4月1日美国第一颗气象卫星TIROS-1的发射升空,标志着大气探测科学技术进入了现代化空间遥感阶段。40多年来已有美国、日本、前苏联、中国、欧洲空间局、印度等国家研制或发射了极轨和静止气象卫星。目前,中国气象卫星已经成为世界气象卫星网络中的重要成员。1969年初,周恩来总理首次提出:“一要接收利用国外卫星发送的资料,二要搞我们自己的气象卫星”。遵照周总理的指示,中国气象科技工作者在短短的30多年里,使中国的卫星气象事业从无到有,从小到大。至今,已发展成为世界上第二个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家。我国现有两颗极…     

从空间观测天气——1982年的世界气象日

气象卫星开创了气象观测的新纪元 从1960年4月1日第一颗气象卫星上天以来,已经22年了。在这段时间内,由于卫星、遥感和通信技术的进步,使气象卫星有了很大的发展。极轨型(又称太阳同步)卫星已经发展到第三代,从单纯提供低分辨率云图照片,到高分辨率云图照片,进而能定量地观测多种气象要素和大气特征;准静止型(又称地球同步)气象卫星的技术也有了进一步的发展。气象卫星已从单纯的观测天气,发展到能收集和传递大量的气象情报、资料,在气象通信上起着重要的作用。     

对NOAA／AVHRR通道反照率和植被指数的大气影响订正试验

在利用大气窗区进行遥感时,大气成分对辐射的吸收和散射作用造成辐射消弱,从而影响气象卫星（AVHRR）两个通道（可见光和近红外）反演地表反照率值及其差和比的植被指数值。在选取实测卫星资料对其作预处理并考虑仪器定标衰减作用后,利用LOWTRAN－7大气辐射传输模式对卫星资料进行大气订正的探讨,指出气溶胶、水汽等大气参数是订正计算中的敏感因子。       

中国气象学会卫星气象专业委员会1986年度学术报告会简况

中国气象学会卫星气象专业委员会于1987年1月12—16日在北京召开了第三次学术年会,出席会议代表有90余人,交流报告和论文60余篇,是历次专业学术年会中文章数量最多、涉及面最广的一次。 会上,交流了有关气象卫星资料在气象领域及非气象领域中的应用;听取了目前我国气象卫星研制状况及发展设想。在气象卫星资料应用于中、长期天气分析以及台风的预报中,许多代表提出了新的方法和研究理论;在卫星探测手段方面,星体研制部门总     

水物质对云雨区卫星微波观测模拟影响

受云和降水影响卫星资料在数值天气预报中的同化应用对于进一步改善数值预报效果具有重要作用, 这部分工作的开展要求快速辐射传输模式中能够较好地考虑各种水物质的辐射效应。使用美国卫星资料同化联合中心新近开发的快速辐射传输模式CRTM, 通过中尺度数值模式WRF的预报输出提供水物质输入, 分析水物质辐射效应对云雨区卫星微波观测模拟计算的影响。在WRF模式预报水物质的分布和天气系统配置合理并符合云物理基本特征的前提下, 水物质辐射效应的考虑极大改善了卫星观测模拟的效果。结合卫星各通道探测特性, 进一步分析各种水物质粒子对NOAA-16 AMSU A/B各通道卫星亮温模拟的影响和物理机理, 定量统计各类水物质对各卫星观测通道亮温计算偏差和偏差贡献的权重大小。分析结果表明:快速辐射传输模式中, 考虑水物质辐射效应为数值天气预报中云雨区卫星资料的同化应用提供了必需的基础条件。     

气象卫星资料处理软件再工程方法与实践

分析了现行气象卫星资料处理软件开发体制和模式的弊端,归纳并总结了卫星气象应用系统软件工程化在整体上的原则性要求,提出了风云二号气象卫星02批资料处理应用软件开发方法,对气象卫星资料应用科学研究人员、软件工程化人员和系统集成人员进行了任务界定,分析和总结了风云二号卫星02批资料处理软件再工程过程中的开发模式、准则和有关要求。最后按再分析、再编码、再测试3个阶段简要介绍了对风云二号卫星02批资料处理软件进行再工程改造的实施情况。