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第一章　全球观测系统——气象卫星的发展 1

1.1　气象卫星的观测特点 1

1.2 气象卫星的轨道 2

1.2.1 不同轨道的意义 2

1.2.2　描述轨道的参数 2

1.3 气象卫星的种类 4

1.3.1 极轨卫星和静止卫星 4

1.3.2 实验卫星和业务卫星 4

1.4 气象卫星姿态的稳定性 5

1.4.1　卫星的姿态 5

1.4.2 卫星姿态不稳定对观测资料的影响 5

1.4.3 卫星姿态稳定的方式 6

1.5 气象卫星的资料产品 7

1.5.1 图像产品和数值产品 7

1.5.2 业务产品 7

1.6　气象卫星的发展历史 7

1.6.1 极轨卫星的发展历史 7

1.6.2 静止卫星的发展历史 11

1.6.3　世界气象卫星监测网 13

1.7 未来的气象卫星发展 14

1.7 .1　极轨卫星的发展 14

1.7.2　静止卫星的发展 15

1.7.3 气象卫星的发展方向 16

参考文献 16

第二章　气象卫星的辐射遥感原理 17

2.1 遥感的基本知识 17

2.1.1　遥感的定义 17

2.1.2 遥感的分类 17

2.1.3　遥感的要素 17

2.2 辐射的基本知识 17

2.2.4　辐射基本定律 19

2.2.5　辐射物理量 20

2.2.6 大气的选择吸收性 21

2.3 大气辐射传输方程——卫星探测大气的理论基础 22

2.3.1 大气辐射传输方程 22

2.4 气象卫星遥感的基本原理 25

2.4.1 气象卫星遥感的物理原理 25

2.4.2 气象卫星通道的选择及其应用 25

参考文献 31

第三章 卫星图像的基本解释 32

3.1　业务上常用的卫星图像 32

3.2 可见光图像的基本解释 33

3.2.1 可见光图像的基本原理和解释 33

3.2.2 可见光图像解释中存在的问题 35

3.3 红外图像的基本解释 35

3.3.1 红外图像的基本原理及解释 35

3.3.2　红外图像解释中存在的问题 37

3.4 水汽图像的基本解释 38

3.4.1 水汽图像的基本原理 38

3.4.2　水汽图像的解释 38

3.5 短红外图像的基本解释 39

3.5.1 短红外图像的基本原理 39

3.5.2　夜间短红外图像的解释 40

3.5.3 白天短红外图像的解释 40

参考文献 42

第四章 卫星图像在航空中的应用 43

4.1 雾和层云 43

4.1.1 识别陆地上的雾和层云 43

4.1.2　雾和层云的形成 44

4.1.3 雾和层云的消散 44

4.1.4 海雾 44

4.2　飑线 44

4.3 阵风锋 45

4.4　海风锋 46

4.5　大气气溶胶 46

4.6　飞机积冰 47

4.7　高空急流 47

4.8　湍流 49

参考文献 49

第五章 卫星观测的风 50

5.1 卫星观测的云迹风 50

5.1.1 云迹风的观测原理 50

5.1.2 云迹风产生的技术方法 50

5.1.3　精度和误差 55

5.2　卫星观测的水汽风 55

5.3　卫星观测的洋面风 56

参考文献 57

第六章 卫星对降水的估算 59

6.1　可见光和红外遥感降水的原理 59

6.2 可见光和红外估算降水的方法 59

6.2.1 历史演变法 59

6.2.2　对流参数化法 63

6.2.3 统计相关法——大范围的月雨量估算 63

6.3　微波遥感降水的原理 66

6.3　微波估算降水的方法 67

参考文献 68

第七章 卫星探测大气温湿度垂直廓线和气溶胶臭氧 69

7.1 卫星遥感大气温度垂直分布的物理依据 69

7.1.1　基本设想 69

7.1.2 实现途径 70

7.2 卫星测量温、湿廓线的有用光谱及其特性比较 71

7.2.1 卫星遥感地面和大气参数的有用光谱区 71

7.2.2　4.3μm,15μm,0.5cm谱区的特性比较 71

7.3 辐射传输方程的反演方法 72

7.3.1　Smith迭代法 72

7.3.2 统计回归法 73

7.3.3 红外遥感大气湿度廓线 73

7.3.4 大气温湿度同步物理反演法 74

7.4 微波遥感反演大气温度、湿度和成分廓线 75

7.4.1 微波遥感大气廓线的特点 75

7.4.2　微波遥感反演大气温度廓线 77

7.4.3 微波被动遥感大气湿度廓线 78

7.4.4　微波临边遥感中高层大气成分廓线 79

7.5　卫星测量大气温度和湿度的差别 80

7.6　卫星探测大气温湿度垂直廓线产品的精度及其应用 80

7.7 卫星遥感大气气溶胶 81

7.7.1 平流层气溶胶的观测原理及方法 81

7.7.2 对流层气溶胶的观测原理及方法 83

7.7.3　卫星遥感气溶胶的应用 86

7.8　卫星遥感大气臭氧 86

参考文献 88

第八章 卫星观测海表温度 90

8.1 观测SST的重要意义 90

8.1.1 海洋学的意义 90

8.1.2 气象学的意义 90

8.2 测定原理及计算方法 90

8.2.1 红外辐射测温原理 90

8.2.2 云检测 91

8.2.3 大气削弱订正 93

8.3　资料的精度与应用 94

参考文献 94

第九章 卫星监测冰雪盖 96

9.1 卫星监测海冰 96

9.1.1 海冰的气候与非气候影响 96

9.1.2 卫星监测海冰的原理和方法 98

9.2　海冰资料的应用 99

9.3 卫星监测雪盖 100

9.3.1 雪盖的气候与非气候影响 100

9.3.2 卫星监测雪盖的原理和方法 100

9.4 雪盖资料的应用 102

9.4.1 各种雪盖图的应用 102

9.4.2　雪盖与印度季风降水的关系 104

参考文献 105

第十章 卫星观测的辐射气候学 107

10.1 卫星观测地气系统辐射收支的意义及其发展历史 107

10.1.1 辐射收支的意义 107

10.1.2 观测地气系统辐射收支的理想平台 107

10.1.3　卫星观测辐射收支的发展历史 107

10.2 卫星观测的地气系统辐射收支 108

10.2.1 全球平均的地气系统辐射收支 108

10.2.2　入射太阳辐射 109

10.2.3　行星反射率 110

10.2.4　全球辐射收支的年循环 110

10.2.5 辐射收支的纬向时间变化 112

10.3　云的反馈作用 113

10.3.1 云在辐射收支中的作用 113

10.3.2 卫星观测的云的反馈 113

10.4 辐射收支年循环的气候学——区域气候学 115

10.4.1 世界区域气候 115

10.4.2 中国区域气候 116

10.4.3 青藏高原的区域气候 118

参考文献 119

第十一章 卫星观测的热带大气环流系统 121

11.1 OLR反映的海气信息 121

11.1.1 大气中的云量 121

11.1.2 热带地区的对流强度 121

11.1.3 大气的垂直运动和散度风 121

11.1.4 大气中对流凝结所释放的潜热量 121

11.1.5 热带洋面及季风大陆上的雨量 122

11.1.6 海表温度及海气相互作用的信息 122

11.2 HIRS-Tb12反映的热带大气信息 122

11.2.1 热带大气的干湿程度 122

11.2.2 热带大气的下沉运动强度 122

11.3　用卫星观测的OLR及HIRS-Tb12表征ITCZ及热带下沉区 124

11.3.1 用OLR表征ITCZ 124

11.3.2 用HIRS-Tb12表征热带下沉区 124

11.4 全球ITCZ的气候学特征 124

11.4.1 全球ITCZ的空间分布 124

11.4.2　全球ITCZ的季节变化 125

11.5 全球热带下沉区的气候学特征 127

11.5.1 全球热带下沉区的空间分布 127

11.5.2 全球热带下沉区的季节变化 127

参考文献 128

第十二章 卫星反演的热带散度风及大气低频振荡 130

12.1 OLR计算热带速度势场及散度风场的方法 130

12.2　卫星观测的全球热带200hPa速度势及散度风的气候学特征 131

12.3 OLR提取大气低频振荡信息的方法 132

12.3.1　谐波分析法 132

12.3.2 带通滤波法 133

12.3.3 距平法 133

12.4　卫星观测的热带大气低频振荡的源地 133

12.5 卫星观测的热带大气低频振荡的传播 134

12.5.1 低频振荡的纬向传播特征 134

12.5.2　低频振荡的经向传播特征 135

12.6 卫星观测的热带大气低频振荡的应用 135

12.6.1 西太平洋台风群生成的中期预报 135

12.6.2 长江中下游春季低温阴雨的预报 135

参考文献 137

第十三章　卫星观测在气候变化研究中的应用 138

13.1 卫星对ENSO的监测 138

13.1.1 洋面温度 138

13.1.2 OLR标准化距平指数 138

13.1.3 对流涛动指数 138

13.1.4 中西太平洋Tbb的月距平差 139

13.1.5 用OLR反演赤道纬向垂直环流 139

13.2 亚洲季风建立的气候学特征 140

13.2.1 OLR观测的亚洲季风建立的气候学特征 140

13.2.2 HIRS-Tb12观测的亚洲季风建立的气候学特征 142

13.2.3 OLR观测的青藏高原季风建立的气候学特征 142

13.3 亚洲季风异常的特征 144

13.3.1 南海季风异常的特征 144

13.3.2 印度季风异常的特征 145

13.4 东北夏季气温异常的特征 146

13.4.1 冰雪盖观测的特征 146

13.4.2 OLR观测的特征 147

13.4.3 HIRS-Tb12观测的特征 148

13.4.4 辐射收支观测的特征 148

13.4.5 多通道观测的东北夏季气温异常的影响链 148

13.5 中国东部夏季降水异常的特征 149

13.5.1 长江流域旱涝特征 149

13.5.2 华北旱涝特征 150

13.5.3　东北旱涝特征 150

13.5.4 华南前汛期旱涝特征 152

13.6 西太平洋台风异常的特征 152

13.6.1 影响西太平洋台风异常的特征 152

13.6.2 影响华东的西太平洋台风异常的特征 152

13.6.3 影响华南的西太平洋台风异常的特征 153

参考文献 153

第十四章　卫星对自然灾害的监测及其在农业上的应用 155

14.1 卫星对干旱的监测 155

14.1.1 干旱的气象学标准 155

14.1.2 干旱的卫星监测 155

14.1.3 卫星对干旱监测的应用 157

14.2 卫星对洪涝的监测 157

14.2.1 卫星对洪涝监测的原理 157

14.2.2 卫星对洪涝监测的方法 158

14.2.3 卫星对洪涝监测的应用 161

14.3 卫星对沙尘暴的监测 162

14.3.1 卫星对沙尘暴的监测原理 162

14.3.2 卫星对沙尘暴的监测方法 163

14.3.3 卫星对沙尘暴监测的应用 165

14.4 卫星对森林火灾及火山爆发的监测 165

14.4.1 卫星对森林火灾及火山爆发监测的原理 165

14.4.2 卫星对森林火灾及火山爆发监测的技术方法 167

14.4.3 卫星对森林火灾及火山爆发监测的应用 168

14.5 卫星对强地震的监测 169

14.5.1 卫星对强地震监测的理论探索 169

14.5.2 卫星对强地震监测的方法 171

14.5.3 卫星对强地震监测的应用 171

14.6 卫星对海洋污染的监测 172

14.6.1 卫星对海洋污染的监测原理 172

14.6.2 卫星对海洋污染监测的方法 173

14.6.3 卫星对海洋污染监测的应用 173

14.7 卫星遥感在农业上的应用 174

14.7.1 卫星遥感在农业上应用的概述及理论基础 174

14.7.2 卫星农作物的遥感估产 175

14.7.3 卫星遥感在农业上的应用 175

参考文献 176