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第五节 海洋传真卫星云图

2012-4-10 07:32 · 开始远航
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第五节 海洋传真卫星云图

一、概 述

近几十年来,随着卫星遥感技术的迅速发展,气象探测中又增加了用卫星从宇宙空间探测

大气的手段。目前已经投入日常业务使用的全球气象卫星观测系统,由5 颗地球同步轨道卫星

(又称地球静止卫星)和2~3 颗近极地太阳同步轨道卫星(简称极轨卫星)组成。5 颗地球静止

卫星的观测范围是以赤道为中心南北纬各60°的带状区域,对全球中、低纬地区的观测取得较

理想的效果,但在极区图片畸变很大。极轨卫星在极区可以得到理想的观测资料,并因轨道低,

可提高图象的空间分辨率和探测资料的精度。因此两种卫星配合起来对全球大气实施日夜不

停的观测。

卫星云图(Satellite C loud P icture)是气象卫星向地面发回的大量图片,它真实、直观地反

映了大气中云的变化情况,弥补了海上观测资料稀少的不足,为海上天气预报提供了十分宝贵

212

的资料,并在监视和预报海上台风、海冰等方面显示出极大的优越性。传真卫星云图资料已经

越来越受到航海者的重视。

卫星云图在天气分析和预报上的应用,除了提供大范围天气实况资料外,主要用来分析天

气系统和间接推论大气中的一些物理过程。卫星云图分析包括四个部分:第一是云图的识别,

即从云图上如何识别各种云和地表面的物体(如冰、雪、山脉、岛屿、海洋与陆地等);第二是根

据云图上云的大范围分布特征找出天气图上对应的各种系统;第三是利用卫星云图追踪系统

的移动和发展;第四是从云图推论风和其它气象要素的分布。

二、卫星云图的识别

1.卫星云图种类的识别

卫星云图有两种,一种是可见光云图(V isible Satellite Im age,V S),又称为电视云图,另一

种是红外云图(Infrared Satellite Im age,IR )。图20-20a)和b)为日本地球静止卫星(G M S )发

回的上述两种图片。

图20-20a) 可见光云图

213

1)可见光云图

在可见光波段,卫星的观测仪器感应云或地表面对阳光的反射差异,在图片上就表现为黑

白差异,黑白程度(或称亮度)表示云或地面的反照率大小,白色表示反照率大,黑色表示反照

率小。通常云层越厚,反照率越大,颜色越白。当阳光的照明条件相同时,对于同样厚度的云,

水滴云比冰晶云亮。根据云和地表面反照率的强弱,亮度可以分为6 个层次,如表20-4 所示,

根据此表可以分辨云和地面的特征及类别。

不同亮度层次所对应的云和地表特征表20-4

黑海洋,湖泊,大的河流,大面积森林覆盖区的地面

深灰牧场,草地,耕地

灰陆地上的晴天积云,沙漠,陆上单独出现的卷云

灰白大陆上薄的中高云,中等厚度的云(中云,层积云,层云和雾,积云)

白积雪,冰冻的湖泊和海洋

浓白积雨云,厚的卷层云,其下面有中、低云和降水

2)红外云图

卫星中有红外扫描辐射仪,测量从云、陆地或水面放射的长波辐射量,然后变成电信号发

向地面接收站,接收站收下后经过显影等过程,即可得到红外云图(或经计算机处理后,换算成

云顶或地表面的温度值,绘成温度值分布图)。在红外云图上,最黑的地区代表最暖的表面,最

白的地区代表最冷的表面。一般在传真图上只能分辨7、8 档色调,根据色调的差异可以判断云

顶的高低:色调白,温度就低,表示云顶高度高;色调黑,温度就高,表示云顶高度低。

比较同一时刻的两种云图可以看出,许多云和地面在云图上表现的主要特征是十分相似

的,但也存在一些差异,这是由于两种云图的拍摄原理不同造成的。

2.卫星云图上云的识别

通常可以根据云图上图像范围大小、结构形式、边界状况、色调、暗影和纹理这6 方面基本

特征,来识别和判断云的种类、云系和其它物象,如表20-5 所示。

卫星云图上云的识别表20-5

图像特征分类云 系 特 征

云的大小

热带气旋中螺旋状云系、较强的低压、坡度小且暖空气活跃的锋面云面积大,晴天积雨云的面积小

云的边界
冷锋云系的前部边界不明显,后部表现为一条线,洋面上的细胞状积云呈多角形;急流云系为一条细云带,云带中有一条条锯齿状的横向小云线;层云和雾的边界清楚,常和地形(如海岸线、山脉)一致云的亮度照明条件相同时,云体越厚,亮度越高;厚度相同时,水滴云比冰晶云亮;在各类云中,积雨云最亮,卷层云次之,层积云为白色,陆上晴天积云为灰白色

214

续上表

图像特征分类云 系 特 征

云的水平结构气旋和台风的云系呈螺旋状,洋面上积状云系呈细胞状,锋面、急流、切变线、赤道辐合带云系呈带状,山脉背风坡云系呈波状云的阴影中云、高云和发展很高的积云、层积云有暗影;冰面上空的云有暗影;高空急流卷云带的边界也可出现暗影云的纹理雾和层状云表面光滑均匀,高积云和层积云有皱纹和斑点,卷云有纤维状纹理

图20-20b) 红外云图

三、重要天气系统的识别和跟踪

因为多数天气系统在卫星云图上一般都有其对应的特征,与天气图相比,它具有更为直观、生动的特点,所以,卫星云图越来越成为在船舶条件下识别热带气旋、冷锋、锋面气旋和副热带高压等重要天气系统的工具。

1.热带气旋

在卫星云图上,热带气旋为白色的涡旋状云系。涡旋状云系由两部分组成:一是系统中心

215

周围的浓密云区(或称密闭云区),浓密云区中可以看到眼区或涡旋中心(云图上浓密云区中心的黑色无云区或浅黑色少云区);二是由外围旋向系统中心的弯曲或呈螺旋形的云带。图20-20 比较清楚地显示出位于对马海峡附近海面的9905 号强热带风暴的云系结构。根据云带的几何形状和中心浓密云区的形状、边界清楚程度、纹理等特征,可以确定热带气旋的中心位置、发展阶段、强度变化和移动路径等。如当云图上热带气旋云系形状呈“9”时,表明热带气旋向西移动;当云系形状呈“6”时,表明热带气旋向东北方向移动。

2.冷锋

在卫星云图上,冷锋锋区往往表现为一条长几千公里、宽二三百公里的白色云带,因此大多数的冷锋很容易从图片上识别出来。冷锋常与温带气旋相联系,冷锋云带位于温带气旋螺旋云带的外围,靠近螺旋中心部分云带较宽,距螺旋中心越远冷锋云带越窄,云带呈明显的气旋性弯曲,如图20-21 所示。地面天气图上的冷锋线一般位于云带内,如果云带中层状云占优势,地面冷锋线位于接近云区的前边界处;如果积状云占优势,则冷锋线位于云区的后边界附近。

图20-21 发展完整的锋面气旋云系
图中D 点为气旋中心,C H 是急流云系在低云上投下的暗影带,G 为锢囚点。
(1978 年9 月19 日08 时G M S - 1 可见光云图V S)

3.暖锋

在卫星云图上,暖锋云区表现为长几百公里、宽300~500km 的短而宽的带状云区。通常只有在锋面气旋的初生阶段,暖锋云系在云图上才较清楚,气旋内暖锋云区呈反气旋性弯曲并向冷空气一侧突起,地面天气图上暖锋线的位置在暖锋云区中靠近后边界处,如图20-21 所示。当气旋开始锢囚时,暖锋云区便不断缩短。因此云图上暖锋较难识别。

4.锋面气旋



在锋面气旋不同发展阶段,其卫星云图具有不同的特征,如图20-22 所示。其中,a)、b)为锋面气旋处于波动阶段时的云系模式,其主要特征是没有涡旋状结构。c)为成熟阶段的云系模式,其主要特征是在靠近气旋移动方向的一侧有一条条卷云线,向外呈辐射状,这是气旋发展的标志,并且在中、高云区的后部边界表现出凹向低压中心的曲率,是即将出现干舌的前兆。d)为锢囚阶段的云系模式,其典型特征是云系中出现明显的螺旋状结构,在锋面云带后面出现干舌(即无云区),并逐渐伸向气旋中心,图20-21 就是该阶段锋面气旋云系的可见光云图实例。当干舌已经伸到气旋中心时,水汽供应切断,表示气旋不再发展。当锢囚气旋涡旋云系中心与地面低压中心以及500hP a 低压中心重合时,说明锢囚阶段的锋面气旋已成为一个深厚的冷性涡旋。进入消亡阶段的锋面气旋,其云系特征是原涡旋云带断裂,断裂处无云,见图20-22e)。图20-22 卫星云图上锋面气旋云系的演变

5.副热带高压

在卫星云图上,副高表现为一大片暗的无云或少云区,而其南北两侧均为多云区(白色多)。无云区边界一般很清楚,根据经验,它大致与500hP a 图上588 位势什米等高线一致,因此利用这种关系很容易从卫星云图上确定副高的范围。如果副高区色调很黑,即碧空无云,说明副高区内下沉运动很强,低层的对流云系不容易发展;反之,当副高减弱时,副高区颜色将变淡,表明内部云系增加。因此,副高区内积云块的出现对预报副高的减弱有一定的指示意义。除可见光云图和红外云图外,船舶必要时还可接收卫星云图分析图,这种云图分析图是卫星云图的详细解析图,可供分析对照使用。目前北京B A F 台每天播发亚洲地区的云层分析图,可供我国东部和近海地区使用。
活着,就是要创造奇迹!

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第五节 海洋传真卫星云图

一、概 述

近几十年来,随着卫星遥感技术的迅速发展,气象探测中又增加了用卫星从宇宙空间探测

大气的手段。目前已经投入日常业务使用的全球气象卫星观测系统,由5 颗地球同步轨道卫星

(又称地球静止卫星)和2~3 颗近极地太阳同步轨道卫星(简称极轨卫星)组成。5 颗地球静止

卫星的观测范围是以赤道为中心南北纬各60°的带状区域,对全球中、低纬地区的观测取得较

理想的效果,但在极区图片畸变很大。极轨卫星在极区可以得到理想的观测资料,并因轨道低,

可提高图象的空间分辨率和探测资料的精度。因此两种卫星配合起来对全球大气实施日夜不

停的观测。

卫星云图(Satellite C loud P icture)是气象卫星向地面发回的大量图片,它真实、直观地反

映了大气中云的变化情况,弥补了海上观测资料稀少的不足,为海上天气预报提供了十分宝贵

212

的资料,并在监视和预报海上台风、海冰等方面显示出极大的优越性。传真卫星云图资料已经

越来越受到航海者的重视。

卫星云图在天气分析和预报上的应用,除了提供大范围天气实况资料外,主要用来分析天

气系统和间接推论大气中的一些物理过程。卫星云图分析包括四个部分:第一是云图的识别,

即从云图上如何识别各种云和地表面的物体(如冰、雪、山脉、岛屿、海洋与陆地等);第二是根

据云图上云的大范围分布特征找出天气图上对应的各种系统;第三是利用卫星云图追踪系统

的移动和发展;第四是从云图推论风和其它气象要素的分布。

二、卫星云图的识别

1.卫星云图种类的识别

卫星云图有两种,一种是可见光云图(V isible Satellite Im age,V S),又称为电视云图,另一

种是红外云图(Infrared Satellite Im age,IR )。图20-20a)和b)为日本地球静止卫星(G M S )发

回的上述两种图片。

图20-20a) 可见光云图

213

1)可见光云图

在可见光波段,卫星的观测仪器感应云或地表面对阳光的反射差异,在图片上就表现为黑

白差异,黑白程度(或称亮度)表示云或地面的反照率大小,白色表示反照率大,黑色表示反照

率小。通常云层越厚,反照率越大,颜色越白。当阳光的照明条件相同时,对于同样厚度的云,

水滴云比冰晶云亮。根据云和地表面反照率的强弱,亮度可以分为6 个层次,如表20-4 所示,

根据此表可以分辨云和地面的特征及类别。

不同亮度层次所对应的云和地表特征表20-4

黑海洋,湖泊,大的河流,大面积森林覆盖区的地面

深灰牧场,草地,耕地

灰陆地上的晴天积云,沙漠,陆上单独出现的卷云

灰白大陆上薄的中高云,中等厚度的云(中云,层积云,层云和雾,积云)

白积雪,冰冻的湖泊和海洋

浓白积雨云,厚的卷层云,其下面有中、低云和降水

2)红外云图

卫星中有红外扫描辐射仪,测量从云、陆地或水面放射的长波辐射量,然后变成电信号发

向地面接收站,接收站收下后经过显影等过程,即可得到红外云图(或经计算机处理后,换算成

云顶或地表面的温度值,绘成温度值分布图)。在红外云图上,最黑的地区代表最暖的表面,最

白的地区代表最冷的表面。一般在传真图上只能分辨7、8 档色调,根据色调的差异可以判断云

顶的高低:色调白,温度就低,表示云顶高度高;色调黑,温度就高,表示云顶高度低。

比较同一时刻的两种云图可以看出,许多云和地面在云图上表现的主要特征是十分相似

的,但也存在一些差异,这是由于两种云图的拍摄原理不同造成的。

2.卫星云图上云的识别

通常可以根据云图上图像范围大小、结构形式、边界状况、色调、暗影和纹理这6 方面基本

特征,来识别和判断云的种类、云系和其它物象,如表20-5 所示。

卫星云图上云的识别表20-5

图像特征分类云 系 特 征

云的大小

热带气旋中螺旋状云系、较强的低压、坡度小且暖空气活跃的锋面云面积大,晴天积雨云的面积小

云的边界
冷锋云系的前部边界不明显,后部表现为一条线,洋面上的细胞状积云呈多角形;急流云系为一条细云带,云带中有一条条锯齿状的横向小云线;层云和雾的边界清楚,常和地形(如海岸线、山脉)一致云的亮度照明条件相同时,云体越厚,亮度越高;厚度相同时,水滴云比冰晶云亮;在各类云中,积雨云最亮,卷层云次之,层积云为白色,陆上晴天积云为灰白色

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续上表

图像特征分类云 系 特 征

云的水平结构气旋和台风的云系呈螺旋状,洋面上积状云系呈细胞状,锋面、急流、切变线、赤道辐合带云系呈带状,山脉背风坡云系呈波状云的阴影中云、高云和发展很高的积云、层积云有暗影;冰面上空的云有暗影;高空急流卷云带的边界也可出现暗影云的纹理雾和层状云表面光滑均匀,高积云和层积云有皱纹和斑点,卷云有纤维状纹理

图20-20b) 红外云图

三、重要天气系统的识别和跟踪

因为多数天气系统在卫星云图上一般都有其对应的特征,与天气图相比,它具有更为直观、生动的特点,所以,卫星云图越来越成为在船舶条件下识别热带气旋、冷锋、锋面气旋和副热带高压等重要天气系统的工具。

1.热带气旋

在卫星云图上,热带气旋为白色的涡旋状云系。涡旋状云系由两部分组成:一是系统中心

215

周围的浓密云区(或称密闭云区),浓密云区中可以看到眼区或涡旋中心(云图上浓密云区中心的黑色无云区或浅黑色少云区);二是由外围旋向系统中心的弯曲或呈螺旋形的云带。图20-20 比较清楚地显示出位于对马海峡附近海面的9905 号强热带风暴的云系结构。根据云带的几何形状和中心浓密云区的形状、边界清楚程度、纹理等特征,可以确定热带气旋的中心位置、发展阶段、强度变化和移动路径等。如当云图上热带气旋云系形状呈“9”时,表明热带气旋向西移动;当云系形状呈“6”时,表明热带气旋向东北方向移动。

2.冷锋

在卫星云图上,冷锋锋区往往表现为一条长几千公里、宽二三百公里的白色云带,因此大多数的冷锋很容易从图片上识别出来。冷锋常与温带气旋相联系,冷锋云带位于温带气旋螺旋云带的外围,靠近螺旋中心部分云带较宽,距螺旋中心越远冷锋云带越窄,云带呈明显的气旋性弯曲,如图20-21 所示。地面天气图上的冷锋线一般位于云带内,如果云带中层状云占优势,地面冷锋线位于接近云区的前边界处;如果积状云占优势,则冷锋线位于云区的后边界附近。

图20-21 发展完整的锋面气旋云系
图中D 点为气旋中心,C H 是急流云系在低云上投下的暗影带,G 为锢囚点。
(1978 年9 月19 日08 时G M S - 1 可见光云图V S)

3.暖锋

在卫星云图上,暖锋云区表现为长几百公里、宽300~500km 的短而宽的带状云区。通常只有在锋面气旋的初生阶段,暖锋云系在云图上才较清楚,气旋内暖锋云区呈反气旋性弯曲并向冷空气一侧突起,地面天气图上暖锋线的位置在暖锋云区中靠近后边界处,如图20-21 所示。当气旋开始锢囚时,暖锋云区便不断缩短。因此云图上暖锋较难识别。

4.锋面气旋



在锋面气旋不同发展阶段,其卫星云图具有不同的特征,如图20-22 所示。其中,a)、b)为锋面气旋处于波动阶段时的云系模式,其主要特征是没有涡旋状结构。c)为成熟阶段的云系模式,其主要特征是在靠近气旋移动方向的一侧有一条条卷云线,向外呈辐射状,这是气旋发展的标志,并且在中、高云区的后部边界表现出凹向低压中心的曲率,是即将出现干舌的前兆。d)为锢囚阶段的云系模式,其典型特征是云系中出现明显的螺旋状结构,在锋面云带后面出现干舌(即无云区),并逐渐伸向气旋中心,图20-21 就是该阶段锋面气旋云系的可见光云图实例。当干舌已经伸到气旋中心时,水汽供应切断,表示气旋不再发展。当锢囚气旋涡旋云系中心与地面低压中心以及500hP a 低压中心重合时,说明锢囚阶段的锋面气旋已成为一个深厚的冷性涡旋。进入消亡阶段的锋面气旋,其云系特征是原涡旋云带断裂,断裂处无云,见图20-22e)。图20-22 卫星云图上锋面气旋云系的演变

5.副热带高压

在卫星云图上,副高表现为一大片暗的无云或少云区,而其南北两侧均为多云区(白色多)。无云区边界一般很清楚,根据经验,它大致与500hP a 图上588 位势什米等高线一致,因此利用这种关系很容易从卫星云图上确定副高的范围。如果副高区色调很黑,即碧空无云,说明副高区内下沉运动很强,低层的对流云系不容易发展;反之,当副高减弱时,副高区颜色将变淡,表明内部云系增加。因此,副高区内积云块的出现对预报副高的减弱有一定的指示意义。除可见光云图和红外云图外,船舶必要时还可接收卫星云图分析图,这种云图分析图是卫星云图的详细解析图,可供分析对照使用。目前北京B A F 台每天播发亚洲地区的云层分析图,可供我国东部和近海地区使用。
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