卫星气象学知识点汇总.docx
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1、10 级大气基地班卫星气象学习题集 一、名词解释1. 轨道面:依据理论力学,卫星在地球引力有心力作用下的运动为平面运动。该平面称为轨道面,轨道面过地心。2. 轨道周期 :指卫星绕地球运行一周的时间。3. 轨道数:指卫星从一升交点开头到以后任何一个升交点为止围绕地球运行一圈的轨道数目。4. 倾角:指赤道平面与轨道平面间的升段夹角。5. 截距:连续两次升交点之间的经度差。 L=T*15 度/小时。6. 星下点:卫星与地球中心连线在地球外表的交点称为星下点。7. 升交点:轨道的升段与赤道的交点称升交点。 (极轨卫星才会有升降交点 )8. 降交点:轨道的降段与赤道的交点称降交点。9. 轨道摄动:由地球
2、扁率、大气阻力和太阳月亮的引力等的影响,卫星轨道会偏离 轨道平面,轨道参数会随时间缓慢变化,与卫星运动三定律得出的轨道总有偏离,这种偏离叫做卫星轨道的摄动。10.卫星蚀:假设太阳、地球和卫星在一条直线上时, 人造卫星进入地球的阴影区,就消灭卫星蚀。11. 电磁波谱:不同波长的电磁波有不同的物理特性,因此可以用波长来区分辐射 ,并给以不同的名称,称之为电磁波谱。12. 立体角 :锥体所拦截的球面积与半径 r 的平方之比, 单位为球面度(sr:Steradians) , = 。r213. 辐射通量:辐射功率 (或 Radiant Flux辐射通量 W )是单位时间内通过任意表面的辐射能量,单位 J
3、 / S 。14. 辐射强度 I:点辐射源在某方向上单位立体角内传送的辐射通量。 I = ,单位为 W sr 1 ,假设点源是各向同性则 I =。415. 辐照度:指投射到一外表上的辐射通量密度。上n16. 辐亮度L(辐射率 ):是指一个辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向 r单位面 积、单位立体角 的辐射能,即r =3Q=2= F,单位为L(n)AtAW m-2 sr-1.17. 亮度温度(Tb):在给定波特长,假设物体的辐射亮度 L(T) 与温度为 Tb的黑体辐射亮度相等, 即L(T) = B(T ) 则称 Tb b为该物体的亮度温度。 亮度温度又称等效黑体温度或辐射温度。18. 局地辐
4、射平衡:假设辐射热交换的过程相当缓慢,物体中内能的分布来得及变化均匀,这时物体的温度虽然在变化,但每一给定瞬间,物体的状态可以看作是平衡的,仍可用确定的温度来描述。地球大气中的辐射过程,一般认为地面至 60公里以下的大气处于局地辐射平衡状态。19. 行星反照率:地球-大气系统的反照率称为行星反照率,它表示射入地球的太阳辐射被大气、云及地面反射回宇宙空间的总百分数。20. 漫射因子 :假设要把漫射辐射当作平行辐射处理,应当将其光学厚度加大1.66倍。其原理是清楚的,由于 ( 0- )是这一层大气的垂直光学厚度,垂直方向辐射的光学路径最短,而其它方向的路径都要加长,其吸取固然也增加了。作为对各个方
5、向的积分,其最终效果是加大 1.66 倍,因此也有人把 称为漫射因子21. 阳伞效应:由于云和气溶胶特别是火山灰对太阳辐射的强散射作用,导致到达地面的太阳辐射能削减,称为阳伞效应或反射效应。22. 权重函数:在辐射传输路径上各点的有效温度辐射测量值的奉献不仅取决于该 z, 点的有效温度值,而且还依靠于该点四周介质的透过率变化率,这z一因子常被称为辐射亮温度权重函数。23. 卫星编队:所谓“卫星编队”是指将多颗极轨卫星像列车一样排成一列,使它们在地球上空的同一轨道上飞行。24. 增加红外云图 :对灰度或辐射值进展变换处理,将人眼不能觉察的细节构造清楚地显示出来,如积雨云在云图上表现为一片白色,通
6、过增加处理后可将云 顶构造显示出来,能准确地确定积雨云的强度,强对流中心位置。红外云图 的增加处理是将图象上的灰度值,按需要进展合并或分解为假设干灰度间隔等级,每一间隔赐予一个灰度值。25. 斜压叶状云系 :与高空西风急流中的锋生相联系的一种植物叶片状云系,称作“斜压叶状云系 ”。该云系在垂直方向深厚, 地面伴有锋生现象, 并且还可能有地面气旋形成。在可见光和红外图像上都很简洁观看它。26. 太阳耀斑区:在可见光云图上,水面一般呈黑色。但是当太阳光从水面单向反 射至卫星仪器内,则其在卫星云图上表现一片色调较浅的光明区域,这区域称做太阳耀斑区。27. 云带:带状云系宽度大于一个纬距称做云带。28
7、. 云团:云团是由多个大小不等的积雨云或积状云与层状云混合组成云簇团。29. 云线:云线由长 30至几百公里的对流云素组成,宽度小于一个纬距,可消灭在冷锋前后,它指示着低空风向。30. 云的辐射效应:是一个用于衡量云与辐射相互作用程度的云参数。它定义为云 相对于晴空而言,对大气,地表以及大气层顶处辐射的影响。31. 纹理:纹理是指云顶外表或其它物像外表光滑程度的判据。32. 涡旋云系:涡旋云系是一条或多条不同云量和云类的螺旋云带朝着一个公共中 心辐合形成的,与大尺度涡旋相联系。二、简答题1. 简述气象卫星的进展简史。(1) 在 1959 年 10 月 13 日放射的 Explorer VII
8、卫星上成功进展了第一次气象试验(2) ExplorerVII卫星用早期版本的辐射计测量了地球的热平衡。(3) 卫星气象学之父 Verner E. Suomi 设计了热辐射试验。(4) 1960 年 4 月 1 日放射了 第一个可视红外 观测气象观测卫 星 TIROS-I ,绕Psuedo-Polar 轨道共运行了 78 天。(5) 1966/1967第一个地球静止气象卫星 ATS-I(6) 2023 -现在,运行的卫星有极地轨道卫星与地球同步轨道卫星2. 气象卫星遥感探测的特点是什么?(1) 空间固定轨道上运行 (2)自上而下进展观测(3)全球和大范围的观测 (4)使用遥感探测技术 (5)供给
9、丰富的观测资料,受益面广3. 气象观测为什么需要卫星?(1) 观测范围广 (2)观测次数多、时效快 (3)不受自然条件和国界的限制 (4)卫星观测与地面观测站互补 (5)卫星观测与海洋观测站互补 4.简述开普勒三大定律。(1) 开普勒第确定律,也称椭圆定律、轨道定律,每一个行星都沿各自的椭圆轨道围绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。(2) 开普勒其次定律,也称等面积定律,在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的。(3)开普勒第三定律,也称周期定律,各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的 椭圆轨道的半长轴的立方成正比。5. 卫星的入轨速度与轨道外形之间的关系是什么?卫星的轨道
10、外形只取决于火箭把卫星送入轨道的瞬间速度入轨速度。 一、卫星实现圆轨道运动的条件卫星在地心引力下作圆周运动: GMm= mv2(R + H )r2rGMrv =围绕速度取 r=R=6370km,有 V= V1=7.912 km/s ,第一宇宙速度这是卫星在地面入轨时所需的最小速度。此时卫星可在贴地面四周绕地球作圆轨道运动。假设 v 离心力而落向地面。假设 v V1,则离心力向心力而脱离半径为 6370km 的圆轨道。 二、卫星实现椭圆轨道运动的条件 当卫星飞行速度进一步增加,离心力加大到使卫星脱离地球引力场,即 a ,卫星就演化为太阳行星,而轨道成为抛物线形。由活力公式得:V=2V2 * 7.
11、912 = 11.2 km s2= 1这是卫星要从地外表脱离地球引力场所需要的速度,称其次宇宙速度逃逸速度。它是地面放射一颗行星所需要的最小速度。因此,实现椭圆轨道的条件为: V1VV2椭假设卫星飞行速度进一步加大,卫星的离心力进一步增大到大于太阳引力,则卫星脱离太阳的引力场进入银河系。6. 什么是卫星的倾角?什么是星下点? FY-2的星下点在何处?轨道倾角:指赤道平面与轨道平面间的升段夹角。星下点:卫星与地球中心连线在地球外表的交点称为星下点。FY-2的星下点在赤道 ,1050 E7. 什么是近极地太阳同步卫星?太阳同步卫星轨道如何实现?(1)近极地太阳同步卫星:卫星轨道面与太阳的相对取向保
12、持不变,即每天过升 交点的局地时间一样。(2)近极地太阳同步卫星轨道的实现:1)卫星轨道平面随地球绕太阳公转时的平动一年内卫星轨道平面相对于太阳发生顺时针 3600的转动!平均每天变化为:3600 365 天 =+ 0.9850 天 +号表示转动方向从西向东2) 卫星轨道平面因地球椭形而进动 圆形轨道进动率:= 10cosi(R /(R + H )3.5i900 ,0,;i900 , 0,西 东;3) 近极地太阳同步卫星轨道的实现选择i900 ,实现= -0.985 0 /天 来抵消轨道面的相对运动, 即可实现近极地太阳同步卫星轨道。8. 什么是地球同步卫星?其高度和运行周期为多少?地球同步卫
13、星:卫星相对于地球而言是静止的(没有任何方向上的运动). 卫星运行周期 T=23 小时 56 分 04 秒。卫星运行高度 H= 35860(km)9. 为什么地球同步卫星的星下点在以赤道为中心的两侧产生“8字”形的摇摆?实际卫星轨道会有点椭圆形,倾角也很难正好等于 0o,常有 01 度的倾角。这种误差会使卫星的星下点在以赤道为中心的两侧产生“8字”形的摇摆。10. 什么是“地表放射率地表比辐射率 “?它与哪些因素有关?地表放射率 (地表比辐射率):指同一温度下地表的出射度 M 与黑体的出射度M 的比值,它表征了地表的辐射力气。 = M / M , 0,1它与地表构造 ,成份,外表特征,温度,以
14、及电磁波放射方向 ,波长等因素有关。11. 为什么地球大气中的辐射过程可以认为是辐射平衡的? 辐射平衡状态就是吸 收和放射辐射能量相等,物质热状况保持不变,可用一确 定温度表示;各向同性。假设地球大气辐射热交换的过程相当缓慢,地球大气 中内能的分布来得及变化均匀,这时地球大气的温度虽然在变化,但每一给定 瞬间,地球大气的状态可以看作是平衡的,仍可用确定的温度来描述。地球大 气中的辐射过程,一般认为地面至 60 公里以下的大气处于局地辐射平衡状态。12. 造成地球大气辐射衰减的主要缘由是什么?地球大气辐射在大气中传输时,造成地球大气辐射衰减的缘由有大气的吸取和散射。但由于地球大气辐射能量主要集中
15、在3-120m 范围内,且当波长3m 时,瑞利散射很小,可以无视不计,所以造成地球大气辐射衰减的主要缘由是大气气体的吸取。虽然 O 和N 占整个大气的 99%,但由于分子构造的缘由,其对红外辐射并不吸取,而对大气红外辐射吸取的却是含量很少的CO, HO,O 等微量气体,这些气体的吸取表现为谱带的形式。(1)水汽主要集中 在对流层下半部,其吸取在对流层下半部起重要作用,主要吸取带有 1.4,1.9,2.7 和6.3 m 吸取带; (2) 二氧化碳:由于二氧化碳的含量较少其吸取相对水汽更少。主要吸取带波长有 14.7,4.3 和2.7 m;(3) 臭氧:臭氧主要集中在平流层 10-40公里内,强吸
16、取位于 9.6 m,弱吸取带位于 4.7 和 14.1 m.13. 简述基尔霍夫定律的物理意义。 ,T= A ,T1) 一物体在确定温度下放射某一波长的辐射, 则该物体在同一温度下吸取这种波长的辐射。 2)一个良好的吸取体,在同一温度下、一样波特长,也确定是一个良好的放射 体;反之亦然。14. 请简述辐射方法和光谱方法测量物体温度的理论根底。辐射方法:斯蒂芬-波尔兹曼定律 F = BT= T 4由确定黑体的积分辐射通量密度反求其温度,这就是用辐射方法测量物体温 度的根底。光谱方法:维恩位移定律 T = 2897.8(mK )max由辐射最强的波长也可以确定确定黑体的温度 光谱方法测定物体温度的
17、 根底。15. 什么是大气窗?大气窗或大气光谱窗: 812 m 大气的吸取很弱。太阳或地球-大气的辐射在大气中传输时被大气中的某种气体所吸取。吸取随波长变化很大,在一些波段吸取很强,在另一些波段吸取很弱或没有吸取。吸取很弱或没有吸取的波段称为大气窗由于这些波段的辐射可以像光通过窗户那样透过大气。16. 假设大气中有水平均匀的高、低两层薄云,无视各云层和地表对辐射的反射, 请简述到达大气顶的辐射组成 ?(1)高云下面的地表、低云和大气发出并透射高云向上的辐射。 (2)高云云层向上发出的辐射。(3)高云以上大气发出的辐射。17. 如何实现对同一区域进展反复而准确的观测? 为了实现对某一区域进展高区
18、分率的反复观测,科学家们争论出了一种比较 完善的方案,即“卫星编队”。将多颗极轨卫星像列车一样排成一列,使它们在地球上空的同一轨道上飞行。实现了对某一个区域进展高时间、空间区分 率的反复观测,为我们了解某一区域连续性气象要素的变化供给了贵重的资 料。18. Cloudsat 和CALIPSO 卫星相结合的云层产品具体有什么优势?1) CloudSat 卫星的距离更接近于 CALIPSO 卫星,它们相距 93.8km ,两者的探测时间大约相差 12.5 秒,由于云的寿命一般不大于 15 分钟,因此这两颗卫星可在几乎一样的时间对同一云层进展观测。该特性对于我们结合CloudSat 和CALIPSO
19、 争论同一区域的云格外重要。2) CALIPSO卫星仅能获得云的水平构造,CloudSat可以“切开“云层,供给云的垂直构造,将两者结合可以更清楚的了解云的三维构造,得到更多的产品。19. 请简述我国极轨气象卫星的进展历程。中国: 1988 2023 :第一代,仅成像仪器 20232023:其次代,具备大气探测力气。特色:比美国多了微波成像仪器,空 间区分率 259m 可获得地球大气自然景观图像。卫星总体上处于准美国第 5 代水平,大气探测相当于美国第 4 代水平,但美国处于代际交替阶段5/6),中国处于美国第 5代初级阶段.20. 分析卫星云图,通常要分析哪几方面的内容? 不同通道云图、云和
20、地表雪、云类型、地表、云分布及天气系统、估算气 象要素、结合其他资料综合分析。21. 卫星观测仪器应满足的条件是什么? (1)选用大气窗区避开气体吸取和散射的波段 (2)仪器通道波长间隔要有确定宽度,通道尽量选在太阳辐射较大的地方以获 得更多的能量(3)仪器通道选在最能区分所要探测目标物的谱段。22. 请问目前国际上卫星搭载的雷达包括哪几个?他们分别位于什么卫星上,属于哪个波段?最根本的功能是什么?(1)正交偏振云-气溶胶偏振雷达,位于 CALIPSO卫星上,有两个波段:532nm 和1046nm,属于激光雷达,可供给气溶胶的垂直分布和云的特征信息 (2)云剖面雷达,位于 Cloudsat卫星
21、上,属于激光雷达,它可“切“开云层。改 进对云层构造和成分的争论(3)测雨雷达(PR),位于 TRMM热带降雨测量卫星,属于厘米波雷达,它最根本的功能是准确地测量降水。23. A-Train 卫星集群中的英文代表什么含义?联合该卫星集群中局部卫星的观测争论云或者气溶胶有什么优势?(1)下午卫星编队(Afternoon-Train),含义是均在当地时间每天下午 l:30左右通过赤道(2).1)A-Train 卫星编队可以更好地了解大气气溶胶对气候的作用,以及局部污染源影响空气质量的方式,并能以全的视角获知全球云的分布和演化, 从而改进气象预报和气候推想。2) A-Train 中各卫星数据的结合争
22、论, 将提高人们对云与大气气溶胶之间的相互作用、云对地球能量平衡的作用等方面的认知水平。24. Aqua 卫星和Terra卫星有什么不同? Aqua 卫星上具体携带了哪些探测器? 其中的 MODIS 数据产品可具体分为几类? 它的波段主要是那两类? 而CERES 仪器具体能供给什么信息?(1)Aqua 在数据采集时间上与 Terra 形成互补。Aqua 是下午星 过境时间是下午 1:30;Terra 是上午星 过境时间是上午10:30。重量不同,总供电功率不同,寿命不同。 搭载的传感器也不同:Aqua 传感器有 6 个,分别为 AIRS,AMSU-A,CERES,MODIS,HSB,AMSR-
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