衛(wèi)星氣象學(xué)氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)_第1頁(yè)
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衛(wèi)星氣象學(xué),章節(jié)內(nèi)容,4.1 A-Train衛(wèi)星編隊(duì) 4.2 TRMM熱帶降水衛(wèi)星 4.3 GOSE靜止衛(wèi)星系列 4.4 NOAA極軌衛(wèi)星系列,4.1 A-Train衛(wèi)星編隊(duì) Aqua衛(wèi)星,2002年5月4日當(dāng)?shù)貢r(shí)間早晨2時(shí)55分,美國(guó)地球觀測(cè)系統(tǒng)下午星系列第一顆衛(wèi)星- AQUA衛(wèi)星在美國(guó)加州萬(wàn)德伯哥空軍基地發(fā)射成功.它屬于太陽(yáng)同步極軌衛(wèi)星,每日地方時(shí)下午過(guò)境,因此稱作地球觀測(cè)第一顆下午星(EOSPM1),在數(shù)據(jù)采集時(shí)間上與TERRA形成互補(bǔ),AQUA衛(wèi)星介紹,AQUA衛(wèi)星攜帶的儀器有: 云與地球輻射能量系統(tǒng)測(cè)量?jī)xCERES (Clouds and the Earths Radiant Energy System) 中分辨率成像光譜儀MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer ) 大氣紅外探測(cè)器AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) 先進(jìn)微波探測(cè)器AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit) 巴西濕度探測(cè)器HSB (Humidity Sounder for Brazil) 先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS),Aqua與Terra技術(shù)參數(shù)的對(duì)比,AQUA衛(wèi)星的儀器基本說(shuō)明,“Aqua”衛(wèi)星觀測(cè)地球大氣系統(tǒng)中的水,包括海洋上的蒸發(fā)、大氣中的水汽、云、降水、土壤濕度、海冰、陸冰、雪蓋以及冰等;另外還測(cè)量輻射能量通量、氣溶膠、陸地植被覆蓋、浮游植物、及海洋、陸地和水體的溫度等,這些參數(shù)對(duì)于氣候預(yù)測(cè)研究,大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、陸地植被及海洋生物識(shí)別等都具有重要的科學(xué)意義。,Aqua的科學(xué)目標(biāo),MODIS MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer 中分辨率成像光譜儀,MODIS有36個(gè)通道,觀測(cè)的波段從0.41到14.4m,儀器沿衛(wèi)星飛行方向左右各55掃描,掃描寬度達(dá)2330km,1或2天的觀測(cè)便可以覆蓋全球,觀測(cè)像素點(diǎn)有三種分辨率分別為0.25千米(0.66和0.86m通道),0.5千米(0.47, 0.55, 1.24, 1.64和2.13m通道)和1 千米(剩余29 個(gè)通道)。,MODIS的技術(shù)指標(biāo),MODIS 的各個(gè)通道、波段以及主要用途,MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)系統(tǒng):根據(jù)數(shù)據(jù)間相互依存關(guān)系將MODIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為5級(jí),它們分別是:0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)和4級(jí)。 0級(jí)數(shù)據(jù):衛(wèi)星地面站直接接收到的、未經(jīng)處理的、包括全部數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的原始數(shù)據(jù)為0級(jí)數(shù)據(jù)。 1級(jí)數(shù)據(jù):對(duì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的、完全分辨率的儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行重建,數(shù)據(jù)時(shí)間配準(zhǔn),使用輔助數(shù)據(jù)注解,計(jì)算和增補(bǔ)到0級(jí)數(shù)據(jù)之后為1級(jí)數(shù)據(jù)。 2級(jí)數(shù)據(jù):在1級(jí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的、具有相同空間分辨率和覆蓋相同地理區(qū)域的數(shù)據(jù)為2級(jí)數(shù)據(jù)。 3級(jí)數(shù)據(jù):3級(jí)數(shù)據(jù)是以統(tǒng)一的時(shí)間-空間柵格表達(dá)的變量,通常具有一定的完整性和一致性。在3級(jí)水平上,將可以集中進(jìn)行科學(xué)研究。 4級(jí)數(shù)據(jù):通過(guò)分析模型和綜合分析3級(jí)以下數(shù)據(jù)得出的結(jié)果數(shù)據(jù)為4級(jí)數(shù)據(jù)。 0級(jí)數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展名為(.pds),1級(jí)及以上數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展名為(.hdf),快視圖像文件的擴(kuò)展名為(.jpg),MODIS的數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí),MODIS的數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類,44種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品按照4個(gè)專題做以下介紹:,44種產(chǎn)品:按照4個(gè)專題(1/4:大氣),MODIS在大氣中的應(yīng)用,1、云:云具有很重要的氣候效應(yīng)。 它不但能夠影響地-氣系統(tǒng)之間的能量平衡,而且也能夠影響衛(wèi)星反演其它地表或大氣特征物的特性。云的重要特性,例如相位、光學(xué)厚度和溫度等都能使用MODIS數(shù)據(jù)反演得到。 2、氣溶膠:氣溶膠同樣是氣候變化中很不確定的因子之一。 它的時(shí)空變化能夠引起云微物理特性的變化,因而能影響云的輻射特性和氣候。MODIS氣溶膠產(chǎn)品用于研究氣候?qū)W、特有的氣溶膠類型的起源和匯集、氣溶膠和云的相互作用和遙感中的地表反射率的大氣校正等。其主要有Terra衛(wèi)星觀測(cè)獲得的MOD04_L2數(shù)據(jù)產(chǎn)品和Aqua衛(wèi)星獲得的MYD04_L2數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 3、水汽:探測(cè)水汽是掌握地球能力估算和氣候的關(guān)鍵。 水汽產(chǎn)品主要包括Terra衛(wèi)星觀測(cè)獲得的MOD05_L2數(shù)據(jù)產(chǎn)品和Aqua衛(wèi)星獲得的MYD05_L2數(shù)據(jù)產(chǎn)品。這種數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)于了解水文循環(huán)、氣溶膠特性、氣溶膠與云的相互作用、能量估算和氣候都非常必要。卷云頂水汽的含量尤其重要。,MODIS的觀測(cè)舉例-云,云量的全球探測(cè),MODIS的觀測(cè)舉例-云,水云粒子半徑的全球探測(cè),MODIS的觀測(cè)舉例-氣溶膠,氣溶膠光學(xué)厚度的全球探測(cè),MODIS的觀測(cè)舉例-水汽,整個(gè)大氣柱中水汽含量的全球探測(cè),44種產(chǎn)品:按照4個(gè)專題 (2/4:陸地),44種產(chǎn)品:按照4個(gè)專題 (3/4:冰雪),表面反射率:所有陸地產(chǎn)品(除了地表溫度)都需要輸入表面反射率。表面反射率是MODIS發(fā)射中的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。MODIS大氣校正算法將會(huì)校正氣體和氣溶膠散射和吸收、陸地覆蓋變化引起的表面臨近效應(yīng)以及大氣及表面各向異性的耦合效應(yīng)。,MODIS在陸地、冰雪方面的應(yīng)用(一),LST和發(fā)射率:地表溫度LST是地表作用的關(guān)鍵參數(shù)之一。在許多研究領(lǐng)域中都需要用到LST,包括氣候?qū)W、水文學(xué)、生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)。例如,它是大范圍水文系統(tǒng)、全球初級(jí)生產(chǎn)率和溫室效應(yīng)建模的重要因素。另外,它還應(yīng)用于農(nóng)業(yè),例如對(duì)小麥所需的水量進(jìn)行估定,以及判斷霜降對(duì)桔林的損害,MODIS在陸地、冰雪方面的應(yīng)用(二),冰雪覆蓋:主要分為湖冰、海冰、積雪和冰川。MODIS冰雪產(chǎn)品分辨率為500米,視場(chǎng)為2330千米,為正弦曲線格柵圖像。它的算法為自動(dòng)化的,能產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)據(jù)集,用于需要冰雪覆蓋信息的長(zhǎng)期氣候研究。,MODIS在陸地、冰雪方面的應(yīng)用(三),植被指數(shù):MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品是為了進(jìn)行全球植被連續(xù)的、時(shí)間的和空間的對(duì)比,從而監(jiān)測(cè)光合作用。有兩種植被指數(shù),分別是歸一化植被指數(shù)NDVI和增強(qiáng)植被指數(shù)EVI。它們的分辨率為1000米和500米,周期為16天。這兩種植被指數(shù)用于全球植被研究,相互補(bǔ)充。,MODIS在陸地、冰雪方面的應(yīng)用(四),火災(zāi)和熱量異常:火災(zāi)使地表覆蓋產(chǎn)生了變化,并且向大氣釋放出一些氣體和微粒,影響了生物系統(tǒng)和大氣化學(xué)成分。衛(wèi)星對(duì)活火山的分辨也非常重要,因?yàn)樗鼈儗?duì)地球具有物理作用,包括臭氧的破壞和全球溫度的降低。MODIS火災(zāi)和熱量異常產(chǎn)品包括火災(zāi)的計(jì)時(shí)和分布以及特征的信息,例如火災(zāi)發(fā)出的能量。這種產(chǎn)品每天獲取一次。,MODIS在陸地、冰雪方面的應(yīng)用(五),44種產(chǎn)品:按照4個(gè)專題 ( 4/4:海洋 ),MODIS在海洋方面的應(yīng)用(一),MODIS在海洋方面的應(yīng)用(二),葉綠素濃度的監(jiān)測(cè),空間分辨率大幅提高??臻g分辨率提高了一個(gè)量級(jí),由NOAA 的千米級(jí)提高到了MODIS 的百米級(jí)。 時(shí)間分辨率高。一天可過(guò)境4次,對(duì)各種突發(fā)性、快速變化的自然災(zāi)害有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力,適合于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 光譜分辨率大大提高。有36個(gè)波段,這種多通道觀測(cè)大大增強(qiáng)了對(duì)地球復(fù)雜系統(tǒng)的觀測(cè)能力和對(duì)地表類型的識(shí)別能力。 MODIS 窄波段的優(yōu)勢(shì)(NIR避免了水汽吸收中心) VIIRS 基本上參照MODIS波段設(shè)置。 TERRA和AQUA雙星(上午與下午)可能帶來(lái)的影響: (1) 觀測(cè)對(duì)象變化; (2) 大氣變化;(3) 觀測(cè)幾何變化 MODIS與同平臺(tái)其他傳感器的協(xié)同 Terra: MODIS,CERES,ASTER,MOPITT,MISR Aqua: MODIS,CERES,AIRS,AMSU-A,AMSR-E,HSB,MODIS優(yōu)點(diǎn)及趨勢(shì):,相關(guān)網(wǎng)站:國(guó)內(nèi) (1) / (2)/eos/project.html (3)/ (4)/index.asp 國(guó)外 (1) / (2)/ (3)http:/T/,AIRS 大氣紅外探測(cè)器 (Atmospheric Infrared Sounder),大氣紅外探測(cè)器AIRS的主要目的是通過(guò)2378個(gè)紅外通道(3.74至15.4微米)以及4個(gè)可見(jiàn)光/近紅外通道(0.4至1微米)來(lái)獲得高精度的大氣溫度廓線以及一些額外的地球/大氣產(chǎn)品。該儀器的掃描寬度達(dá)到1650千米,近天底的水平分辨率為13.5千米,而垂直分辨率為1千米。,AIRS的技術(shù)指標(biāo),衛(wèi)星大氣探測(cè)要對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)作出重大貢獻(xiàn),一是儀器探測(cè)能力的提高,二是反演出的全球大氣溫、濕廓線精度能夠達(dá)到無(wú)線電探空水平。 AIRS之前的星載大氣探測(cè)儀由于受濾光片式分光技術(shù)限制,探測(cè)儀光譜分辨率(/)僅為50200左右,光譜和輻射測(cè)量精度不足,對(duì)大氣溫度和濕度的反演精度最高只能分別達(dá)到2.0K和20%。 只有當(dāng)光譜分辨率R 1200,并且儀器的輻射測(cè)量絕對(duì)精度優(yōu)于0.2K時(shí),大氣探測(cè)儀對(duì)溫度的探測(cè)精度才可能達(dá)到無(wú)線電探空水平.,AIRS的光譜特征,AIRS紅外光譜覆蓋示意圖,AIRS在整個(gè)波段包含了 CO2強(qiáng)吸收帶(15.5m和4.3m),主要用來(lái)探測(cè)大氣溫度;水汽吸收帶(6.3m)用于探測(cè)大氣濕度和云的特性;O3吸收帶(9.6m)、CH4吸收帶(7.7m), N2O吸收帶(7.8m和4.5m)、 CO吸收帶(4.67m), O3、CH4、N2O等吸收帶可以探測(cè)相應(yīng)的臭氧和其他微量氣體;另外,還包含一些窗區(qū)波段。,AIRS的通道特征,AIRS的數(shù)據(jù)產(chǎn)品:,AIRS的數(shù)據(jù)介紹,1A和lB級(jí)數(shù)據(jù)集為經(jīng)輻射定標(biāo)和地理定標(biāo)后的輻射率數(shù)據(jù)集。 2級(jí)數(shù)據(jù)集為溫濕度廓線、云和地面參數(shù)數(shù)據(jù)集。 3級(jí)數(shù)據(jù)集為以升軌和降軌區(qū)分的在2級(jí)數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上進(jìn)行日平均、8天平均和月平均的全球格點(diǎn)數(shù)據(jù)集。,AIRS的數(shù)據(jù)介紹:,AIRS的主要科學(xué)目標(biāo):,AIRS所提供的高光譜高精度大氣溫濕度資料及云、地表、臭氧等參數(shù)資料被廣泛應(yīng)用于全球氣候研究和天氣預(yù)報(bào)。它極大地提高了對(duì)流層溫度廓線及大氣濕度測(cè)量準(zhǔn)確度,使1公里對(duì)流層溫度準(zhǔn)確度達(dá)到1K,在晴空或部分云覆蓋條件下大氣濕度廓線準(zhǔn)確度達(dá)到10%,同時(shí)使地表溫度反演的平均準(zhǔn)確度達(dá)到0.5K.,AIRS的觀測(cè)舉例(1):,AIRS提供的2009年5月白天大氣溫度(700百帕),單位:華氏,AIRS的觀測(cè)舉例(2):,AIRS提供的2008年7月二氧化碳的含量,AMSU 先進(jìn)微波探測(cè)器 (Advanced Microwave Sounding Unit),先進(jìn)的微波探測(cè)元AMSU-A是一個(gè)具有15個(gè)通道(15-90GHz)的微波探測(cè)器,該儀器的設(shè)計(jì)目的是探測(cè)大氣中有云和無(wú)云區(qū)域不同高度的溫度和水分蒸發(fā)狀態(tài)。第一個(gè)AMSU儀器裝載于1998年發(fā)射的NOAA 15衛(wèi)星上。其掃描范圍達(dá)到1650千米,近天底的水平分辨率為40千米。,AMSU-A的技術(shù)指標(biāo),AIRS的數(shù)據(jù)產(chǎn)品:,AMSU的數(shù)據(jù)介紹,AMSU的觀測(cè)舉例(1):,AMSU提供的海冰的覆蓋面積,AMSU的觀測(cè)舉例(2):,AMSU提供的大氣中總的可降水量(毫米),HSB 巴西濕度探測(cè)器 (Humidity Sounder for Brazil),由巴西提供的濕度探測(cè)器HSB是一個(gè)4 通道(一個(gè)通道在150GHz,三個(gè)通道在183GHz)的被動(dòng)微波遙感儀器,目的是用于獲得整個(gè)大氣的濕度廓線。HSB也是AIRS/AMSU-A/HSB三角觀測(cè)系統(tǒng)中的一員,該儀器在多云及霧霾的情況下也能提供濕度的探測(cè)數(shù)據(jù),掃描寬度1650千米,近天底分辨率13.5千米。,HSB的技術(shù)指標(biāo),AIRS的數(shù)據(jù)產(chǎn)品:,HSB的數(shù)據(jù)介紹,AIRS/AMSU/HSB,AIRS/AMSU/HSB 是目前最先進(jìn)的一套從紅外到微波波段探測(cè)大氣垂直廓線的觀測(cè)儀,用于測(cè)量大氣溫度,提供大氣的水汽分布信息,云、海/陸地表面溫度及大氣濕度數(shù)據(jù),是作為氣候研究的EOS系統(tǒng)中的重要組成部分,以獲取大氣、陸地、海洋目標(biāo)的多光譜、高光譜數(shù)據(jù)。,通過(guò)AIRS/AMSU/HSB我們可以得到: 海表面溫度和大氣溫度廓線; 陸面溫度及紅外地表比輻射率; 水汽廓線及總體可沉降水汽量; 云覆蓋率,云的紅外輻射率,云頂氣壓,云頂溫度; 臭氧廓線及總體臭氧柱密度; 微量氣體的密度(像CH4及CO等),以及微量氣體可能出現(xiàn)的高度,AMSR-E 地球觀測(cè)系統(tǒng)先進(jìn)微波掃描輻射計(jì) (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS),AMSR-E是一個(gè)具有6個(gè)頻率12個(gè)通道的雙偏振、并呈圓錐式掃描的被動(dòng)微波遙感儀器。該儀器主要測(cè)量6.925、 10.65、 18.7、 23.8、 36.5和89.0GHz的水平和垂直極化亮溫。不同的頻率具有不同的空間分辨率。譬如:6*4 km(89GHz),14*8 km (36.5GHz),32*18 km(23.8GHz),27*16 km(18.7GHz),51*29 km(10.65GHz),75*43 km(6.925GHz),AMSR-E的技術(shù)指標(biāo),AMSR-E的數(shù)據(jù)產(chǎn)品:,AMSR-E的數(shù)據(jù)介紹:, AMSR-E主要用于提供以下參數(shù)瞬時(shí)的觀測(cè)及數(shù)據(jù)信息: (1)海面降水,空間分辨率為5.4千米 (2)陸面降水,空間分辨率為5.4千米 (3)海表溫度,數(shù)據(jù)精度為0.5度 (4)海洋上總的水汽含量,數(shù)據(jù)精度為0.2g/cm2,空間分辨率為24千米。 (5)海洋上總的云水含量,精度為3mg/cm2,空間分辨率為12千米。 (6)海表風(fēng)速,數(shù)據(jù)精度為1.5m/s,空間分辨率有38千米及24千米兩種。 (7)地表土壤濕度,精度為0.06mg/cm3,空間分辨率為25千米。 (8)海冰密度,空間分辨率有12.5千米及25千米兩種。 (9)海冰上的雪厚,分辨率為12.5千米 (10)海冰溫度及陸地雪水當(dāng)量,AMSR-E數(shù)據(jù)主要用于土壤濕度、表面溫度、植被等方面的研究。在數(shù)字天氣預(yù)報(bào)模型四維數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)里面,大尺度的土壤水分含量參數(shù)是非常重要的。 AMSR-E數(shù)據(jù)也被用來(lái)反演地表溫度,主要的算法是線性回歸法和迭代方法。但目前的精度在23o之間,相對(duì)用熱紅外地表反演的地表溫度精度要低。其主要原因是目前對(duì)被動(dòng)微波的機(jī)理研究還不夠深入。,AMSR-E的主要科學(xué)目標(biāo):,AMSR-E的觀測(cè)舉例(1):,海表溫度表明了颶風(fēng)katrina引起的冷尾跡(藍(lán)色部分),它是海洋對(duì)颶風(fēng)的響應(yīng)之一。,AMSR-E的觀測(cè)舉例(2):,北極海冰含量的觀測(cè),AMSR-E的觀測(cè)舉例(3):,大氣水汽含量的反演,CERES 云與地球輻射能量系統(tǒng)測(cè)量?jī)x (Clouds and the Earths Radiant Energy System),CERES是一個(gè)測(cè)量三個(gè)寬波段輻

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