一鏡到底！總設(shè)計(jì)師帶你探尋萬米風(fēng)云奧秘

【字體：大 中 小】 2021-04-24 10:32:04   來源： 中國氣象科普網(wǎng)  

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

用眼看，用耳聽，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的方式。

而在大氣流動、風(fēng)雨雷電之上，還有一雙雙來自衛(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，“撥開云霧見青天”。

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

極光    9萬～13萬米高空

絢麗多彩的極光是由來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狀態(tài)。從地面上觀測，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

臭氧    2萬～5萬米高空

紫外輻射在高空被臭氧吸收，對大氣有增溫作用，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量得非常準(zhǔn)確。在晴朗無云天氣時(shí)，這些信息就能向預(yù)報(bào)員提示未來幾個小時(shí)內(nèi)哪些區(qū)域會發(fā)生強(qiáng)對流等極端天氣，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    1.5萬米以下

2021年2號臺風(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)對流到近千公里的臺風(fēng)，從“藝術(shù)云繪”馮卡門漩渦到“空中漣漪”弧狀云線，通過衛(wèi)星的實(shí)時(shí)視野，人類得以真正實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同特征的云型來捕捉不同天氣變化。不僅如此，通過觀察云的動向，還能“看”到風(fēng)的信息。

溫室氣體總量變化    1萬米以下

溫室氣體指任何會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主要問題。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法看到，不過衛(wèi)星有辦法：這些氣體吸收能量，會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)觀測到能量缺失的情況推算出某個地方二氧化碳和甲烷含量的多少。

沙塵運(yùn)動    地面到4000米

華北強(qiáng)沙塵天氣  風(fēng)云四號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，它們會吸收和散射太陽的短波輻射及地面和云層發(fā)射的長波輻射，這就使它們有了自己獨(dú)特的光譜特征。通過對比沙塵暴光譜特征與其他地物和云等光譜特征的差異，就可以對沙塵暴進(jìn)行監(jiān)測。

氣溶膠    300～1000米

氣溶膠比沙塵更難觀測，因?yàn)闅馊苣z的信號非常弱，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，今天，我們不僅有了國產(chǎn)衛(wèi)星監(jiān)測的氣溶膠產(chǎn)品分布圖，氣溶膠監(jiān)測更是進(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？簡單來說，低云一般會出現(xiàn)移動變化，而霧基本是原地不動，逐漸消減；而且霧看起來更加平整，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)星可對林火、草原火等地面火點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確探測。

植被、積雪、水體    地表

秦嶺之春  風(fēng)云三號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“亂花漸欲迷人眼”，判別雪的難度就會加大。而多光譜云雪動態(tài)判識方法，較好地解決了云、雪區(qū)分問題。

水體對0.4微米至2.5微米電磁波長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波段吸收能量較少?；谶@個原理，可以比較容易地在氣象衛(wèi)星圖像上識別水體信息。

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

編輯：聶沛彬

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