卫星云图

气象卫星自上而下观测到的地球上的云层覆盖和地表面特征的图像。各种不同尺度天气系统的云区和各种不同的地表特征,在这种图像上都有其特定的色调、范围大小和分布形式。利用卫星云图可以识别不同的天气系统,确定它们的位置,估计其强度和发展趋势,为天气分析和天气预报提供依据。在海洋、沙漠、高原等大片缺少气象观测台站的地区,卫星云图所提供的资料,弥补了常规探测资料的不足,这对提高预报准确率起了重要作用。

种类

根据卫星上仪器装置的不同,卫星云图可以分成两类:一类是由卫星上电视照相机所拍摄的云图,即电视云图;另一类是由辐射仪对地球大气进行扫描探测得到的云图。在电视云图上,图像的黑白程度表示地表面和各类云对太阳辐射反射率强弱,白色表示反射率最强,黑色表示反射率最弱。扫描辐射仪探测到的卫星云图又分两种:

(1)用辐射仪测量云和不同性质地表面对太阳辐射可见光的某一波段(如0.52~0.73微米)的反射辐射强度时,由于不同种类的云和不同的地表的反射能力不同,可以得到一张与电视云图相似的云图。这种云图和电视云图一起,统称作可见光云图。

(2)用辐射仪测量在大气窗区波段(8.5 ~11微米)来自云顶或地表面放射的红外辐射。这种观测值可以转换成云顶或地表面的辐射温度,用黑白层次表示温度的高低,由此得到一张由云和不同性质地表面的分布图像。这种图像称作红外云图。

分辨率

图像资料的分辨率高低是衡量卫星云图质量高低的一个重要指标。按照卫星上电视照相机的精度和扫描辐射仪观测的瞬时视场大小,分成低分辨率和高分辨率云图两种。分辨率高,云中细小结构能表示出来。目前第三代业务卫星的可见光和红外扫描辐射仪的分辨率都是 1.1公里。在1972年以前极轨气象卫星分辨率低,可见光和红外通道的分辨率分别是4公里和8公里。

图像处理

有时在卫星红外云图分析时需要知道云顶的温度,例如,在估计对流云的降水量分布时,需要知道低温的云区范围。卫星云图的增强显示装置,可以将红外云图显示成7~9个不同黑白色调的图像,其中每一色调表示一个确定的温度范围,由此可以看出云顶温度(或云顶高度)的分布。有时为了某种特殊需要,也可使用此装置将某一个或某几个温度范围的区域显著地突出出来(图1)。如果将这种装置的黑白显示器改为彩色显示器,就可以得到不同颜色表示不同温度范围的彩色云图,叫做伪彩色云图(见彩图)。

图1 经外增强显示卫星云图 1980年8月27日06时位于台湾东面的螺旋云系(8012号台风)。图上共分四个高度等级,黑灰色云区中的最白区表示那里的辐射温度最低,云顶最高 欧洲中期天气预报中心用彩色图像显示发布的500百帕等压面的五天预报图 图2 甚高分辨率卫星云图 1976年6月22日08时 诺阿4号拍摄图上为梅雨锋云系,白亮云团对应暴雨区 图像分析

在卫星云图上,不同的天气系统表现为不同特征的云型。锋面的云型呈气旋性弯曲的分布,这类云型称作锋面云带(图2)。高空急流的云型呈带状,它是由卷云组成的,极地一侧光滑清晰,并呈反气旋性弯曲的云带,称作急流云带。急流轴位于云系的极地一侧光滑的边界处。涡旋云系是另一类在卫星云图上常见的云型。其中台风的涡旋云系(图1) 由一条条从台风外向台风中心旋入的螺旋云带组成。对强度较大的台风,其台风眼在卫星云图上表现为一黑色小圆点。高空切断低压的云型表现为一条上百公里宽,几千公里长,气旋式旋向中心的涡旋云型。在中高纬度洋面上高空槽的云系表现成标点符号逗点“,”的形状,这种云型称作逗点云系。当强寒潮南下到洋面时,在锋面云带的后面会出现由积云组成的环状、半环状和白球状的大片云系,这种云型分别叫做开口细胞状云系和闭口细胞状云系。在细胞状云系后面是许多短的细积云线,它们都排列成西北—东南走向或南北走向,这种云型称作云街。云街的走向和低空(地面至5公里)风的铅直切变方向一致。在卫星云图上雷暴高压的外围表现成一条弧状的云线,这种云型称作弧状云线。一条弧状云线与另一条云线或云带相交的交点处有更强烈的对流发展。

气象人员可根据这些云型特征,以及它们同某些气象要素、天气系统的位置和强度的关系来识别天气系统,确定其位置,估计它们的强度,并判断它们未来的移动、演变趋势。