CH11.气象卫星：人造星体，在宇宙空间、确定的轨道上飞行，携带着各种气象探测仪器，以对地球及其大气和海洋进行气象观测为目的，测量诸如温度、湿度、风、云、辐射等气象要素和降雨、冰雹、台风、雷电等天气现象。

气象卫星观测的特点:在空间固定轨道上运行；自上而下进行观测；全球和大范围的观测；使用新的探测技术（遥感探测）；提供丰富的观测资料，受益面广（气象+其他领域）2.遥感：1）概念：遥感是气象卫星的基础：在一定距离之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发射或反射的电磁辐射信息，并对其处理、分类和识别的一种技术。

2）设备：传感器，运载工具，接收系统。

3）卫星遥感探测研究主要内容：遥感信息获取手段的研究；各类物体的辐射波谱特性及传输规律的研究；遥感信息的处理与分析判读技术的研究。

3）分类：按工作方式：主动遥感、被动遥感；按电磁波谱段：紫外~、可见光~、红外~、微波~；按探测对象：大气~、海洋~、农业~、地理~；按探测信息形式：图像~、非图像~气象卫星遥感：利用气象卫星对大气进行遥感探测。

3.卫星气象种类：(1)极地轨道卫星：中国风云1号 (2)静止轨道卫星：中国风云2号 p9/21CH21.卫星轨道参数1）升交点赤径（Ω）卫星由南半球飞往北半球那一段轨道称为轨道的升段；卫星由北半球飞往南半球那一段轨道称为轨道的降段;把轨道的升段与赤道的交点称升交点。

轨道的降段与赤道的交点称降交点，升交点用赤径Ω表示，表示了轨道平面的位置和其相对于太阳的取向2）倾角(i)指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角3）偏心率（e）指轨道的焦距与半长轴之比4）轨道半长轴（a）在轨道的长轴方向由轨道中心到轨道上的距离，确定了卫星的形状5）近地点角（ω）卫星在轨道平面内升交点与近地点之间的夹角，确定了轨道半长轴的方向6）平均近点角（M）；7）真近点角（θ）；8）偏近点角（E）2.地理坐标系中的轨道参数1）星下点：指卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点2）升交点降交点（如上）（极轨卫星才有）3）截距：连续两次升交点之间的经度数L=T*15度/小时4）轨道数：指卫星从一升交点开始到以后任何一个升交点为止环绕地球运行一圈的轨道数目3.气象卫星运动规律：设想地球是理想球体，均质，质心在地心；卫星质量<<地球质量,卫星对地作用可忽略；星地距离>>卫星本身尺度，质点；忽略其它因素对卫星的作用力根据理论力学，卫星在地球引力作用下的运动为平面运动。

该平面成为轨道面，轨道面过地心。

卫星的运动方程为：4.卫星运动三定律（开普勒运动定律):1）椭圆（轨道）定律：卫星运行的轨道是一圆锥截线（圆、椭圆、抛物线、双曲线），地球位于其中的一个焦点上；2）面积定律：卫星的矢径在相等时间内扫过的面积相等（即面积速度为常数）；3）周期定律：卫星轨道周期的平方与轨道的半长轴的立方成正比5.卫星活力公式：v2 = μ（ 2/r – 1/a ）6.近极地太阳同步轨道气象卫星1）概念：近极地太阳同步轨道卫星是指卫星轨道平面与太阳始终保持固定的取向（每天过升交点的局地时间相同）。

由于这一种卫星轨道的倾角接近90°，卫星近乎通过极地。

2）实现：这种卫星是利用卫星随地球绕太阳公转时产生的转动抵消由于地球的扁率引起卫星轨道的摄动来实现的。

3）优点：①轨道为圆形，轨道预告、接收和资料定位方便；②可实现包含极地的全球观测；③在观测时有合适的太阳照明，有利于资料处理和使用；④仪器可以得到充分的太阳能供给。

缺点：①对中低纬度同一地点观测的时间间隔太长（相对于GEO)，不利对中小尺度天气系统的监测；相临两条轨道的观测资料不是同一时刻的，需要进行同化7.地球同步静止卫星轨道：1）概念：卫星的倾角等于0，赤道平面与轨道平面重合，卫星在赤道上空运行；卫星周期正好等于地球自转周期（23小时56分04秒）卫星公转方向与地球自转方向相同，相对于地球而言是静止的(没有任何方向上的运动) 2）优点：①高度高，视野广；②对同一地区连续观测；③监视中小尺度天气系统；④圆轨道，定位、处理、接收方便。

缺点：①不能观测两极；②高度高，精度难提高。

8.飞行速度和轨道半径等的计算9.卫星食：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，出现··10.太阳干扰：阳、卫星、地面卫星接收天线成一线时，地面卫星接收天线对着太阳，进入天线波束期间，受太阳射电噪声影响，接收电波受严重干扰，甚至收不到信号，这样的干扰为··CH31.电磁波段划分：按波长从短到长分为：宇宙射线、γ射线、X 射线、紫外线、可见光（紫蓝青绿黄橙红）、红外线（近红外、中红外、远红外）、微波（亚毫米波、毫米波、厘米波、分米波）、无线电波（超短波、短波、中波、长波）可见光波段波长范围：0.40 —0.76 μm ；红外波段波长范围：0.76 —1000 μm2.辐射基本量：1）辐射能（Q):指电磁波携带的能量或物体发射辐射的全部能量。

单位:焦耳（J ）2）辐射通量(Φ)：指在单位时间内通过某一表面的辐射能。

tQ =Φ单位:焦耳/秒（J/t ） 3）辐射通量密度(F)：指通过单位面积的辐射通量。

AF Φ= 4）辐射强度（I ）：指对于点辐射源在某一方向上单位立体角内的辐射通量。

π4Φ=I \5）辐射亮度（辐射率）L （是指一个辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向 n r 上单位面 积、单位立体角 的辐射能6）辐射能流密度 u （7）分谱辐射量3.斯蒂芬-波尔兹曼定律（辐射方法测量物体温度）4)(T T B M σπ==由绝对黑体的积分辐射通量密度反求其温度。

光谱方法测屋里温度:维恩位移定律 λmax T =2897.8(µm K )由辐射最强的波长也可以确定绝对黑体的温度4.基尔霍夫定律意义： ε λ ,T = A λ ,T 1)一物体在一定温度下发射某一波长的辐射，则该物体在同一温度下吸收这种波长的辐射。

2)一个良好的吸收体，在同一温度下、相同波长处，也一定是一个良好的发射 体；反之亦然。

5.卫星接收的辐射1）种类：地表、云表发出的红外辐射；大气中吸收气体发射的向上的红外辐射；地面、云面反射的大气向下的红外辐射；地面、云面反射的太阳辐射；大气分子、气溶胶等对太阳辐射的散射辐射；地表和大气的微波辐射2）红外辐射在大气中的传输方程即意义：左边第一项是到达卫星的辐射，它由两部分组成：右边第一项称之为地面辐射项，为从地面发射后透过大气到达卫星的辐射；右边第二项称之为大气辐射项，表示整层大气发出并到达卫星的辐射6.1）发射率：如果将辐射体的辐射通量密度M '与具有同一温度的黑体的辐射通量密度M 做比值，即MM '=ε。

2）吸收率：Q Q aa = 透过率：Q Q t=t 反射率：Q Q r=r3）黑体：是指某一物体在任何温度下，对任意方向和任意波长的吸收率或发射率都等于1，即1)(≡λa 。

色温度c T 、亮度温度b T4）灰体：如果物体的吸收率与波长无关，且为小于1的常数，即()1<=常数λa5）亮度温度：若物体发射的辐射与黑体T b 时发射辐射相同，即L λ（T ）=B λ（T b ）则T b 为亮度温度。

亮度温度又称黑体温度或辐射温度。

与温度的关系：由于B λ(T)> L λ(T) =B λ(T b )，所以T b < T 。

6）色温度：如果某一温度的绝对黑体与实际物体在某两个波长的光谱辐出度之比相等，则黑体的温度称为该物体的色温度7）吸收带：吸收很强的一些波段称为吸收带8）大气窗：大气窗或大气光谱窗：8~12 µ m 大气的吸收很弱。

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收。

吸收随波长变化很大，在一些波 段吸收很强，在另一些波段吸收很弱或没有吸收。

吸收很弱或没有吸收的波段称为大气窗（因为这些波段的辐射可7.地球-大气系统：1）到达地球并被其吸收的太阳辐射为 ，根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，T=256K 所以通常把该系统看作平均温度~255K 的黑体 2）辐射主要特征：95%集中在4-120μm （红外）波段；最大辐射波长约在10μm 附近 3）辐射吸收：（主要辐射为λ>3μm ）散射很小可忽略，造成··辐射衰减的主要是大气气体的吸收。

CH4CH41.分辨率：1）概念：卫星仪器探测的分辨率：指卫星上能区别两个相邻物体的能力，或者是能分清两个物体的最短距离。

如果两个物体间距离小于卫星探测的分辨率，则这两个物体不能分辨。

包括三个参数：①空间分辨率：卫星在某一时刻观测地球的最小面积 ②时间分辨率：卫星对同一地区观测的时间间隔 ③灰度分辨率或温度分辨率：能分辨红外或可见光云图上两个邻接瞬时视场的最小温度差或反照率差值 2）几种的关系：卫星探测的空间分辨率、温度分辨率和时间分辨率是相互制约的。

低的空间分辨率，即较大的瞬时视场可以换取较好的温度分辨率和时间分辨率。

当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率与仪器扫描速度有关。

仪器的扫描速度慢时，对目标物停留的时间较长，就能接收到更多的辐射能，从而具有更高的温度分辨率。

反之若要提高卫星的观测速度，必然会牺牲温度分辨率。

2.权重函数：1）概念：在辐射传输路径上各点的有效温度辐射测量值的贡献不仅取决于该点的有效温度值，还依赖于该点介质附近的透过率变化率，一因子常被称为辐射亮温度权重函数表示高度z 处大气发射的辐射到达卫星的权重 2）形状：横钟形曲线3）意义：一条曲线与卫星观测仪器的一个通道对应。

通道中心频率为f 。

卫星在频率为f 的通道接受的能量来自于其权重函数不为零的大气薄层内。

权重函数最大处对应的高度为薄层的代表高度。

4）能量大小：卫星在频率为f 的通道接受到的能量的大小，由该薄层内的温度和某种气体分子浓度决定。

分子种类与频率f 对应，即，这种分子吸收频率为f 的电磁辐射、也发射频率为f 的电磁辐射。

5）权重函数半宽度：权重最大值的一半所定义的宽度，用于衡量权重函数宽度（“胖瘦”）的指标。

权重函数中的通道个数越多越好，但是由于权重函数的重叠产生的通道相关不可忽略；权重函数越瘦越好，在保证权重函数相互独立的情况下，可以得到某高度处的大气参数值，而不是某一薄层的平均值；权重函数的胖瘦由半宽度来决定3.卫星对地的扫描方式大致有四种：单个探测器线扫描;多探测器扫描;线性阵列探测器前推式扫描;圆锥扫描4.瞬时视场IFOV：从卫星到观测地表面积之间构成的空间立体角。

决定空间分辨率；卫星接收到相应地表小块面积(像素)内反射和发射辐射总和。

5.方位-仰角-大圆盘的制作:地面站接收过境极轨卫星资料时天线的方位角和仰角。