一鏡到底！總設(shè)計(jì)師帶你探尋萬(wàn)米風(fēng)云奧秘

【字體：大 中 小】 2021-04-24 10:32:04   來(lái)源： 中國(guó)氣象科普網(wǎng)  

■專家顧問(wèn)：國(guó)家衛(wèi)星氣象中心二級(jí)研究員、風(fēng)云四號(hào)光學(xué)星地面系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師 陸風(fēng)

用眼看，用耳聽(tīng)，用身體觸碰，是人們感知地球四季輪轉(zhuǎn)、風(fēng)云變化最直觀最常見(jiàn)的方式。

而在大氣流動(dòng)、風(fēng)雨雷電之上，還有一雙雙來(lái)自衛(wèi)星的“眼睛”。

它們靠復(fù)雜的電磁波譜理論和精密的遙感算法，“撥開(kāi)云霧見(jiàn)青天”。

跟著風(fēng)云四號(hào)光學(xué)星地面系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師，體驗(yàn)風(fēng)云衛(wèi)星視角下的一覽無(wú)余！

極光    9萬(wàn)～13萬(wàn)米高空

絢麗多彩的極光是由來(lái)自地球大氣層外的高能帶電粒子與高層大氣中的分子和原子碰撞產(chǎn)生的發(fā)光發(fā)亮現(xiàn)象。極光發(fā)生的位置、形狀和亮度等信息可以反映地磁活動(dòng)狀態(tài)。從地面上觀測(cè)，一般只能看到局部極光圖像，但從衛(wèi)星上可以看到較為完整的極光卵。

極光卵以綠色表示，黑色粗圓弧代表衛(wèi)星軌道。風(fēng)云衛(wèi)星D星監(jiān)測(cè)

臭氧    2萬(wàn)～5萬(wàn)米高空

紫外輻射在高空被臭氧吸收，對(duì)大氣有增溫作用，同時(shí)保護(hù)了地球上的生物，使其免受遠(yuǎn)紫外輻射的傷害。

大氣溫濕度    1.7萬(wàn)米以下

人眼難以捕捉晴空大氣的溫濕冷暖。但是衛(wèi)星可以把大氣的溫度和濕度測(cè)量得非常準(zhǔn)確。在晴朗無(wú)云天氣時(shí)，這些信息就能向預(yù)報(bào)員提示未來(lái)幾個(gè)小時(shí)內(nèi)哪些區(qū)域會(huì)發(fā)生強(qiáng)對(duì)流等極端天氣，就像孫悟空的火眼金睛，能一眼看穿前方是否有“妖怪”。

風(fēng)、雨、雷、電    1.5萬(wàn)米以下

2021年2號(hào)臺(tái)風(fēng)“舒力基”。風(fēng)云衛(wèi)星D星2021年4月19日拍攝

從十幾公里的強(qiáng)對(duì)流到近千公里的臺(tái)風(fēng)，從“藝術(shù)云繪”馮卡門漩渦到“空中漣漪”弧狀云線，通過(guò)衛(wèi)星的實(shí)時(shí)視野，人類得以真正實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同特征的云型來(lái)捕捉不同天氣變化。不僅如此，通過(guò)觀察云的動(dòng)向，還能“看”到風(fēng)的信息。

溫室氣體總量變化    1萬(wàn)米以下

溫室氣體指任何會(huì)吸收和釋放紅外線輻射并存在于大氣中的氣體，其排放一旦超出大氣標(biāo)準(zhǔn)，便會(huì)造成溫室效應(yīng)，使全球氣溫上升，威脅人類生存。因此，控制溫室氣體排放已成為全人類面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。京都議定書中規(guī)定控制二氧化碳、甲烷等6種溫室氣體。

二氧化碳和甲烷人眼無(wú)法看到，不過(guò)衛(wèi)星有辦法：這些氣體吸收能量，會(huì)在特定光譜上造成能量缺失，大氣中含量越多，大氣傳輸中吸收的能量就越多，這樣就可以一“碳”究竟，根據(jù)觀測(cè)到能量缺失的情況推算出某個(gè)地方二氧化碳和甲烷含量的多少。

沙塵運(yùn)動(dòng)    地面到4000米

華北強(qiáng)沙塵天氣  風(fēng)云四號(hào)A星2021年3月28日拍攝

大氣中的沙塵由沙粒、塵土等物質(zhì)組成，它們會(huì)吸收和散射太陽(yáng)的短波輻射及地面和云層發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，這就使它們有了自己獨(dú)特的光譜特征。通過(guò)對(duì)比沙塵暴光譜特征與其他地物和云等光譜特征的差異，就可以對(duì)沙塵暴進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

氣溶膠    300～1000米

氣溶膠比沙塵更難觀測(cè)，因?yàn)闅馊苣z的信號(hào)非常弱，就反演誤差而言，沙塵大概是1%，氣溶膠可能達(dá)到10%以上。不過(guò)，今天，我們不僅有了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的氣溶膠產(chǎn)品分布圖，氣溶膠監(jiān)測(cè)更是進(jìn)入了“連拍時(shí)代”。

霧火點(diǎn)    地面

如何在云圖上區(qū)別霧和低云？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，低云一般會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)變化，而霧基本是原地不動(dòng)，逐漸消減；而且霧看起來(lái)更加平整，低云則能看到一些紋理。

當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)火點(diǎn)時(shí)，中紅外波段的亮溫將急劇變化，與周圍的像元形成明顯反差。正是利用這一特點(diǎn)，氣象衛(wèi)星可對(duì)林火、草原火等地面火點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)。

植被、積雪、水體    地表

秦嶺之春  風(fēng)云三號(hào)D星2019年4月16日拍攝

當(dāng)云雪混雜時(shí)，光學(xué)儀器就會(huì)“亂花漸欲迷人眼”，判別雪的難度就會(huì)加大。而多光譜云雪動(dòng)態(tài)判識(shí)方法，較好地解決了云、雪區(qū)分問(wèn)題。

水體對(duì)0.4微米至2.5微米電磁波長(zhǎng)范圍的吸收作用明顯強(qiáng)于絕大多數(shù)其他地物，其在近紅外及中紅外波段的反射能量很少，而植被和土壤在近紅外和中紅外這兩個(gè)波段吸收能量較少?；谶@個(gè)原理，可以比較容易地在氣象衛(wèi)星圖像上識(shí)別水體信息。

綠色植物對(duì)可見(jiàn)光不同波段的反射情況不一樣，基于這個(gè)原理，可通過(guò)植被在近紅外、紅光、綠光和藍(lán)光波段的遙感反射率計(jì)算分析植被的長(zhǎng)勢(shì)。(作者：盧健 責(zé)任編輯：丁繼武)

編輯：聶沛彬

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