與傳統(tǒng)溫、壓、濕、風(fēng)等常規(guī)觀測(cè)手段不同，遙感不僅是一項(xiàng)涉及觀測(cè)的技術(shù)，更是一門涉及綜合性探測(cè)的科學(xué)。遙感借助輻射測(cè)量技術(shù)，通過科學(xué)算法反演出能夠準(zhǔn)確反映大氣、陸地和海洋狀態(tài)的各種物理和生態(tài)參量，遙感技術(shù)在天氣氣候、大氣監(jiān)測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮了重大作用，并已經(jīng)在重大氣象有關(guān)防災(zāi)減災(zāi)工作中得到驗(yàn)證。
如下圖是遙感在氣象中的應(yīng)用分類。
圖1：遙感在氣象中的應(yīng)用分類
1. 天氣氣候
l 氣溫、降水
衛(wèi)星可見光云圖可以監(jiān)測(cè)熱帶氣旋以及云團(tuán)的移動(dòng)趨勢(shì)，一般白色表示太陽光反射強(qiáng)，灰黑的地方表示反射較弱。一般陸地表現(xiàn)為灰色，海洋表現(xiàn)為黑色，而冰雪和深厚云系覆蓋的地區(qū)一般呈白色。用紅外探測(cè)器可以計(jì)算各地晴空大氣溫度和濕度的鉛直分布。微波輻射儀，可以探測(cè)云上和云下的大氣溫度和濕度的分布，以及云中含水總量和雨強(qiáng)的分布。
l 霧
遙感對(duì)大霧監(jiān)測(cè)也非常有效，通過衛(wèi)星遙感，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各地霧情的變化，便于發(fā)出天氣預(yù)警和作出決策。利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)大霧具有及時(shí)、宏觀的明顯優(yōu)勢(shì)。圖像紋理信息反映了圖像的灰度性質(zhì)及其空間關(guān)系。通過對(duì)霧的成因、輻射特性、霧遙感基本原理的闡述，結(jié)合中國FY-1D美/國NOAA系列極軌衛(wèi)星資料通道特點(diǎn)，分析霧的圖像紋理信息，并依據(jù)霧在可見光波段和中紅外波段與云類不同的光譜特性，選用不同的光譜通道進(jìn)行大霧監(jiān)測(cè)。
圖2 NOAA17氣象衛(wèi)星大霧遙感監(jiān)測(cè)圖（江蘇?。?/span>
l 氣候變化
利用遙感技術(shù)可以對(duì)氣候變化因子進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，可以對(duì)大范圍區(qū)域進(jìn)行氣候的異常監(jiān)測(cè)，熱紅外遙感可以利用熱紅外探測(cè)器收集、記錄地物輻射的熱紅外輻射信息，并利用這種熱紅外信息來識(shí)別地物和反演地表參數(shù)（如溫度、發(fā)射率、濕度、熱慣量等），包括季節(jié)到年際氣候預(yù)測(cè)--提高瞬時(shí)短期氣候異常變化的時(shí)間和空間預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性；長期氣候變化--決定長期氣候變化及其趨勢(shì)的機(jī)理和因素以及人類活動(dòng)的影響研究
2. 大氣監(jiān)測(cè)
l 氣溶膠
氣溶膠是液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系。遙感可以對(duì)氣溶膠監(jiān)測(cè)從而對(duì)氣候做分析，監(jiān)測(cè)氣溶膠的厚度、濃度、成分、屬性等信息。氣溶膠粒子能夠從兩方面影響天氣和氣候。一方面可以將太陽光反射到太空中，從而冷卻大氣，并會(huì)使大氣的能見度變壞另一方面卻能通過微粒散射、漫射和吸收一部分太陽輻射，減少地面長波輻射的外逸，使大氣升溫。
衛(wèi)星遙感氣溶膠的研究始于20世紀(jì)60年代，隨著新型衛(wèi)星傳感器的不斷研制和發(fā)射成功，越來越多的衛(wèi)星傳感器開始適用于大氣氣溶膠的探測(cè)，也出現(xiàn)了多種實(shí)用氣溶膠遙感反演算法。
圖3 全球氣溶膠分布圖
3. 災(zāi)害監(jiān)測(cè)
l 海冰
我國的渤海和黃海北部每年冬季都會(huì)發(fā)生結(jié)冰，結(jié)冰程度直接影響海上油氣資源的開發(fā)、交通運(yùn)輸、港口海岸工程作業(yè)等。利用可見光和紅外通道資料，結(jié)合海冰的光譜特征，可以進(jìn)行冰水識(shí)別和海冰信息提取，獲取海冰分布范圍、面積、冰型、密集度、外緣線等信息。地球兩極有將近3000萬平方公里的面積被海冰覆蓋，極低海冰監(jiān)測(cè)隊(duì)極低海域的航道設(shè)計(jì)和海上航行安全保證非常重要。利用衛(wèi)星的微波輻射計(jì)和散射計(jì)以及SAR數(shù)據(jù)，可以獲取極地區(qū)域海冰分布和變化情況。
l 凌汛
衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)凌汛主要依據(jù)不同地物的光譜響應(yīng)特征不同。在近紅外波段，潔凈水體的反射率遠(yuǎn)比土壤和植被的反射率低，所以在衛(wèi)星圖像上可以很容易地區(qū)分水體和非水體的界限。像黃河這樣泥沙含量較高的水體，其反射率的最大值移向可見光波段，但仍比土壤和植被為低。這樣，在衛(wèi)星圖像上就能夠?qū)l(fā)生凌汛的地點(diǎn)及其區(qū)域判讀出來，進(jìn)而可以根據(jù)像元數(shù)估算淹沒范圍和面積。
圖4 2011年3月1日黃河凌汛遙感監(jiān)測(cè)圖 （內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心）
l 干旱
通過遙感手段可以獲取地表蒸發(fā)量、作物表面溫度、土壤熱容量、土壤水分含量、植物水分脅迫及葉片含水量等 , 對(duì)作物生長的土壤含水狀況、作物缺水或供水狀況、植被指數(shù)等指標(biāo)所反映的作物生長狀況的分析 ,間接或直接地對(duì)作物旱情進(jìn)行研究。
目前比較成熟的遙感旱情監(jiān)測(cè)模型有：植被指數(shù)模型、熱慣量模型、作物缺水指數(shù)模型、植被指數(shù)與地表溫度特征空間模型、微波模型、水文模型和氣象模型等。
圖5 氣象衛(wèi)星全國旬干旱監(jiān)測(cè)圖
l 沙塵暴
研究表明,我國區(qū)域的沙塵暴與某些低云亮溫接近，但反射率不同。西北某些裸露地表與沙塵暴反射率接近，但其亮溫卻不同。所以，沙塵暴的監(jiān)測(cè)就是利用其與云系、地表反射率及輻射率的差異進(jìn)行的。目前，利用可見光和紅外多光譜衛(wèi)星通道信息判別沙塵暴仍是較好的方法之一，而夜間還難以進(jìn)行沙塵暴的觀測(cè)。
l 火災(zāi)
地面物體都通過電磁波向外放射輻射能，不同波長的輻射率是不同的，通常，溫度升高時(shí)，輻射峰值波長移向短波方向。從氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的火災(zāi)發(fā)生前后來看，當(dāng)?shù)乇硖幱诔貢r(shí)，輻射峰值在傳感器的、通道的波長范圍，而當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)火點(diǎn)等高溫目標(biāo)時(shí) ,其峰值就移向通道，使通道的輻射率增大數(shù)百倍，利用這一原理，通過連續(xù)不斷地觀測(cè)，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，可以通過衛(wèi)星接收到的彩色圖象獲取火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況和過火面積，以便客觀、準(zhǔn)確評(píng)估火災(zāi)損失，組織救災(zāi)。
l 臺(tái)風(fēng)
加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，是減輕臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的重要的措施。對(duì)臺(tái)風(fēng)的探測(cè)主要是利用氣象衛(wèi)星。在衛(wèi)星云圖上，能清晰地看見臺(tái)風(fēng)的存在和大小。利用氣象衛(wèi)星資料，可以確定臺(tái)風(fēng)中心的位置，估計(jì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向和速度，以及狂風(fēng)暴雨出現(xiàn)的地區(qū)等，對(duì)防止和減輕臺(tái)風(fēng)災(zāi)害起著關(guān)鍵作用。
當(dāng)臺(tái)風(fēng)到達(dá)近海時(shí)，還可用雷達(dá)監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)動(dòng)向。建立城市的預(yù)警系統(tǒng)，提高應(yīng)急能力，建立應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。氣象臺(tái)的預(yù)報(bào)員根據(jù)所得到的各種資料，分析臺(tái)風(fēng)的動(dòng)向，登陸的地點(diǎn)和時(shí)間，及時(shí)發(fā)布臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)，臺(tái)風(fēng)緊報(bào)或緊急警報(bào)。
圖6 2011年9月19日 超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)燦都”衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖 （海南省氣象科學(xué)研究所）
聯(lián)系客服
