Review and Development on the Studies of Chinese Meteorological Satellite and Satellite Meteorology

Meteorological satellite and satellite meteorology are the fastest developing new branches in the atmospheric sciences. Today the meteorological satellite has become a key element in the global atmospheric sounding system while the satellite meteorology is covering the main components of earth's system science. This article describes the major achievements that China has made in these fields in the past 30 years. The following contents are involved: (1) History and present status of China's meteorological satellites. It covers the development, launch, operation, technical parameters of China's polar and geostationary meteorological satellites. (2) Major achievements on remote sensing principle and method. It describes the retrieval of atmospheric temperature and humidity profiles, cloud character retrieval, aerosol character retrieval, precipitation retrieval as well as the generation of cloud wind. (3) Achievement on the studies of meteorological satellite data application. This part covers the applications of meteorological satellite data to weather analysis and forecast, numerical forecast, climate monitoring, and prediction of short-term climate change. Besides, the new results on data assimilation, climate monitoring, and forecast are also included.     

卫星气象的发展——机遇与挑战

气象卫星和卫星气象发展到今天,正处于一个承上启下,继往开来的关键时期。本文从国内外气象卫星的发展,气象卫星对大气科学的作用和影响这两大方面讨论了它们在不同发展阶段所取得的进展、成就和特点,以及未来的发展趋势和面临的科学、技术问题。在此基础上,提出了卫星气象为适应良好的发展机遇所面临的挑战,它们是：绝对辐射定标和真实性检验、发展快速精确的辐射传输模式、全球模式中同化卫星遥感的水汽和云等资料、在区域模式中同化卫星遥感的高分辨率资料和发展先进的反演算法。     

极轨气象卫星资料地理定位误差评估与订正方法综述

首先介绍了极轨气象卫星资料地理定位误差的来源,回顾了地理定位误差的研究状况.随后重点分析了3种可行的定位误差评估与订正的数学方法,并结合极轨卫星资料定位误差的订正实例,对不同订正方法进行了比较和讨论.最后展望了地理定位误差订正方法的研究方向.     

我国气象卫星的发展与应用

本文介绍了风云系列气象卫星的现状,从观测内容、技术水平、业务运行、数据共享、应用等多个方面比较了国际和中国气象卫星的发展状况,并且提出了我国为提高气象卫星应用水平应该做的工作。经过四十多年的努力,我国已经成功地发展了风云一号、三号极轨和风云二号静止两个系列的气象卫星,并实现了业务化。从气象卫星获取的大气和地表信息,已被广泛应用于天气预报、气候预报、环境和自然灾害监测、农业等多个国民经济领域,为国家经济发展、社会进步做出了贡献。风云气象卫星不仅提供数据直接分发广播,而且通过Internet网络与用户广泛共享;不仅提供云图和观测数据,还提供大量的定量产品。但是风云气象卫星的定量产品精度不够高,影响了使用效果,我国气象卫星资料和产品进入数值预报模式的工作进展缓慢,基层台站预报人员对风云气象卫星云图的判读和应用水平不够高。提高卫星观测仪器的研发水平,做好数据预处理、处理、同化方面所涉及的基础理论研究工作,从根本上提高数据应用的水平是当务之急。     

东亚春季沙尘天气的卫星云图特征分析和分型

2001年春季,沙尘天气对我国北方地区产生了较大的影响,作者给出了卫星遥感监测到的沙尘过程的图像特征并对产生沙尘的天气系统进行了云图分型.最后得出沙尘天气主要发生在3种天气系统及相应的云系分布类型下.     

2002年3月18～21日强沙尘暴天气过程的监测

简要讨论了利用NOAA卫星、FY-1C卫星和GMS5及FY-2B卫星监测沙尘暴的原理和方法、沙尘强度指数的建立、沙尘暴强度的计算方法和地理信息系统的应用。以2002年3月18～21日发生在我国北方地区的一次强沙尘暴过程为例,说明上述方法不仅能监测到沙尘暴的发生、发展和演变,还能对沙尘暴参数进行定量计算,是监测和预警沙尘暴的重要手段。     

云探测卫星CloudSat

介绍了一种新型的云探测卫星CloudSat.首先概述了CloudSat卫星所携带的探测仪器及"A-列车"星座,着重介绍该卫星的主要产品和获取方式,并给出两种天气形势个例的卫星监测,最后探讨了CloudSat卫星产品的可能应用情况.     

区域扫描模式下风云二号气象卫星姿态求解方法

针对风云二号气象卫星区域扫描模式下姿态求解问题,提出了分别基于区域观测图像、姿态预报和粗-精姿态关系模型3种不同的卫星姿态求解方法,并分析了它们的适用条件。利用FY-2E卫星获取的2013年7月8—14日的图像进行模拟分析,姿态计算结果表明:利用基于区域观测图像方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,误差保持在2.5个红外像元以内,该方法适用于连续区域观测情况;利用基于预报的姿态求解方法对未来24 h内区域观测云图进行定位,平均误差达到1个红外像元,该方法适用于临时启动区域观测时前24 h的区域云图定位。利用粗-精姿态关系模型方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,最大误差为4.9个红外像元,前24 h平均误差为3.6个红外像元,该方法可以在无精姿态数据时对区域观测图像进行应急定位。     

利用NOAA系列卫星AVHRR资料进行气候研究时存在的一些问题

目前，ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ已有１５年资料，利用其进行气候研究时必须考虑资料可靠性和连续性问题。ＮＯＡＡ卫星在运行过程中受多种因素影响，ＡＶＨＲＲ探测值会发生变化。根据国内外有关研究结果，对这些变化和由这些变化带来的问题以及解决问题的方法作一介绍，供从事卫星资料应用的人员参考。     

京津冀地区夏季降水冰云和非降水冰云云特征对比分析

利用2013～2016年的Aqua MODIS卫星和CloudSat卫星的二级产品资料,对发生在京津冀地区夏季的降水冰云和非降水冰云进行了统计。基于此,对比分析了两类冰云的云类型,研究了二者在云特征参数、云层数及垂直结构上的差异,并且探究了二者在不同通道下云特征参数的相对大小。结果表明:1）京津冀地区的降水冰云以深对流云和雨层云为主,分别占48.63%和34.65%,而非降水冰云以高层云和卷云为主,分别占55.62%和31.58%。2）降水冰云和非降水冰云的平均云顶温度、云顶高度、光学厚度、积分云水总量、有效粒子半径分别为230.99 K、10.90 km、53.26、937.98 g/m2、31.45m和236.17 K、10.10 km、12.81、209.00 g/m2、27.54 μm。3）降水冰云以单层云为主,占80.39%,双层云占18.75%;而非降水冰云仍以单层云为主,占85.35%,双层云则占14.38%,比降水冰云低。4）相较于非降水冰云,降水冰云中卷云和高积云云体位置较高,而高层云和深对流云位置较低。5）随高度变化,降水冰云冰水含量是双峰结构,而非降水冰云是单峰结构;二者的粒子数浓度则差异不大;非降水冰云的粒子有效半径在5～7.5 km随高度变化不大,而降水冰云则随高度减小。6）降水冰云的积分云水总量、光学厚度和粒子有效半径>≥模态[、、分别代表该云特征参数在1.6、2.1、3.7 μm通道中的数值,当n=1, 2, 3时,分别代表光学厚度（b₁）、积分云水总量（b₂）、有效半径这三种（b₃）]的比例都高于非降水冰云,而二者在云参数≥≥模态的比例则有差异。     

世界各国静止气象卫星发展综述

首先阐述了美国、欧洲气象卫星组织(EUMETSAT)、日本静止气象卫星的发展历史,从自旋稳定到三轴稳定,从单一载荷到多载荷并行工作,新一代的静止气象卫星的时间、空间和光谱分辨率都大幅提高,然后重点介绍了我国静止气象卫星风云二号和风云四号,相比于自旋稳定的风云二号气象卫星,风云四号卫星的功能和性能实现了跨越式的发展,接着简单介绍了俄罗斯、印度和韩国等其他国家静止气象卫星的发展状况,最后总结了不同时期各国静止气象卫星的发展特点,这对我国后续静止气象卫星的规划和研制有重要参考意义。     

风云二号气象卫星双星共轨技术研究与应用

卫星空间位置部署调整过程中,新旧卫星业务的切换期间,卫星观测业务服务的暂停是不可避免的。随着气象卫星应用范围的扩大和服务需求的增多,卫星布局调整过程中保证业务服务不中断、业务质量不降低成为卫星业务管理的迫切需求。根据风云二号卫星和地面应用系统的业务体系和技术特点,研究了双星共轨工作的技术条件和业务影响,提出利用双星共轨技术实现新旧卫星更替时业务无缝切换的方案。采用双星共轨技术和业务无缝切换方法实现了风云二号卫星D、E、F、G的业务布局调整,达到了卫星业务不中断、业务质量不降低的目标。     

气象卫星的云观测

云体现着不同尺度天气系统发生、发展和消亡的过程。云还通过反射太阳辐射和阻止地球发射辐射,维持着全球能量平衡。1960年气象卫星的出现,揭开了从浩瀚太空,俯视千变万化云系的历史。气象卫星云图的获取,加深了人们对天气、气候变化过程的认识,推进了大气科学的发展。本文围绕气象卫星云遥感主题,首先概述了利用卫星资料开展云检测、云相态识别、云光学厚度与等效粒子半径反演的原理和方法。而后,着重介绍了各类天气尺度和中尺度天气过程的云系特征。最后,文章回顾了国际卫星云气候方面的工作,展望了未来云观测技术的发展前景。     

黑龙江省台风暴雨的卫星云图特征

在对台风影响黑龙江省造成大－暴雨的８次过程的卫星云图分析的基础上，归纳出两种类型；一类是台风云系与冷锋云系相结合产生的大一暴雨，一类是台风直接登陆产生的暴雨。     

多光谱卫星图象综合处理系统的可视化设计

多光谱卫星图象中蕴涵着丰富的气象信息，在天气监测和预报工作中发挥了重要作用。为使多光谱气象卫星图象更好的为气象工作服务，我们初步开发了多光谱卫星图象综合处理系统(MSISPS)。本文详细地论述了多光谱卫星图象综合处理系统的可视化设计原理、思想和方法以及此系统实现的主要功能。还介绍了位图显示、动画处理、创建新窗口和状态栏利用等关键技术在MSISPS中的应用。与现在的相关的软件相比，MSISPS实现了多光谱卫星图象的云分类分析、降水场分析和湿度场分析的可视化和交互式操作，使气象卫星图象处理的新技术和新方法得到了简便、高效、快捷的应用。     

风云三号D星中分辨率光谱成像仪轨道间数据融合技术

FY 3D极轨卫星搭载的中分辨率光谱成像仪MERSI载荷具有最高分辨率达250 M的可见光遥感图像，包含了丰富的植被、山区等地表信息。风云三号卫星对遥感应用监测等具有重要作用。但是作为极轨卫星，FY 3D每间隔102 min覆盖一轨数据，由于每轨数据的卫星天顶角、太阳高度角等条件存在差异，再加上风云三号是星上实时定标，每条轨道也存在定标上的差异，因此在全球拼图时不同轨道反射率数据亮度差异明显，有很明显的缝隙，再加上云的移动和变化，因此不同轨道间的云数据也明显出现断层，从而影响整个MERSI II全球数据的应用，尤其在植被监测、城市热岛监测的应用上更是影响精度。本文以风云三号D星业务系统的全球拼图浏览系统为工作平台，创新提出了基于一定优选算法，利用卫星天顶角进行轨道间数据融合的技术，设计和开发了相应的工程化模块，来消除轨道间数据差异，业务实践证明，该技术效果明显，可显著提高后续MERSI II载荷的遥感产品应用。     

一次中尺度涡旋的成因分析

利用卫星云图、水汽图、常规天气图、物理量资料对2002年7月17日在华北地区上空出现的中尺度涡旋成因进行分析。分析表明：涡旋产生于斜压弱锋区中；涡旋的生成，是由多个对流单体组织起来的多尺度扰动相互作用的结果；该涡旋是一个浅薄的系统，仅在850hPa流场上有一个辐合点；涡旋的形成没有外来的水汽供应，因而强对流天气主要以大风、冰雹天气为主，在涡旋建立过程中，能量边形成边释放。     

基于FY-3/MERSI卫星资料的霾判识方法研究

选取2015年12月25日及2016年1月18日两次覆盖湖北的重污染天气过程,利用FY-3A(B)/MERSI卫星资料和气象、环境监测资料,应用图像色彩处理技术、可见光近红外通道反射率分析等技术,开展对湖北地区霾的遥感识别研究。研究结果表明:以不同波段进行红绿蓝三通道合成时,霾可以被识别,其中以全可见光模式合成时,霾以灰白色为主,比周围的云雾区略暗;以可见光、近红外、红外三通道合成时,霾以紫色、紫灰色为主,云类识别精细;以可见光、近红外两通道增强显示合成时,霾以紫灰色为主,与晴空地表及云区差异明显,但易将由小粒子组成的薄卷云误判为霾,需通过云顶黑体亮温进行剔除。通过建立红外亮温和可见光反射率识别指标,可将霾与晴空、厚云区区分开来,但很难与低云/雾区进行有效区分,加入对有效粒子半径敏感的近红外通道反射率后,借助两者在粒子大小上的差异,可在一定程度上解决这一问题,并通过地面人工观测资料进行分析验证。