卫星气象学知识点汇总

10 级大气基地班

一、名词解释

《卫星气象学》习题集 (最终版)

1.轨道面:根据理论力学，卫星在地球引力（有心力）作用下的运动为平面运动。 该平面称为轨道面，轨道面过地心。

2.轨道周期:指卫星绕地球运行一周的时间。

3.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。

4.倾角:指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角。

5.截距:连续两次升交点之间的经度差。 L=T*15 度/小时。

6.星下点:卫星与地球中心连线在地球表面的交点称为星下点。

7.升交点:轨道的升段与赤道的交点称升交点。(极轨卫星才会有升降交点)

8.降交点:轨道的降段与赤道的交点称降交点。

9.轨道摄动:由地球扁率、大气阻力和太阳月亮的引力等的影响，卫星轨道会偏离 轨道平面,轨道参数会随时间缓慢变化，与卫星运动三定律得出的轨道总有偏 离，

这种偏离叫做卫星轨道的摄动。 10.卫星蚀:若太阳、地球和卫星在一条直线上时，人造卫星进入地球的阴影区，

就出现卫星蚀。

11.电磁波谱:不同波长的电磁波有不同的物理特性，因此可以用波长来区分辐射，

并给以不同的名称，称之为电磁波谱。

12.立 体 角 : 锥 体 所 拦 截 的 球 面 积 σ 与 半 径 r 的 平 方 之 比 ， 单 位 为 球 面 度 (sr:

Steradians)， ? = σ 。

r 2

13.辐射通量:辐射功率 φ (或 Radiant Flux 辐射通量 W )是单位时间内通过任意表

面的辐射能量，单位 J / S 。

14.辐射强度 I :点辐射源在某方向上单位立体角内传送的辐射通量。 I =

λφ 单位 ?ω 为W ? sr ?1 ，如果点源是各向同性则 I = φ

。

4π 15.辐照度:指投射到一表面上的辐射通量密度。

16.辐亮度 L(辐射率 ):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

这

单位面 积、单位立体角 的辐射能，即 L (n r ) =

?3Q ?A ?t ?ω ?2φ = ?A ?ω = ?F ，单位 为 ?ω

W ? m -2 ? sr -1 .

17.亮度温度(Tb):在给定波长处，如果物体的辐射亮度 L λ (T) 与温度为 T b 的黑体辐 射亮度相等，即 L λ (T) = B λ (T b ) 则称 T b 为该物体的亮度温度。亮度温度又称等 效黑体温度或辐射温度。

18.局地辐射平衡:如果辐射热交换的过程相当缓慢，物体中内能的分布来得及变 化均匀，这时物体的温度虽然在变化，但每一给定瞬间，物体的状态可以看 作是平衡的，仍可用一定的温度来描述。地球大气中的辐射过程，一般认为 地面至 60 公里以下的大气处于局地辐射平衡状态。

19.行星反照率:地球-大气系统的反照率称为行星反照率，它表示射入地球的太阳 辐射被大气、云及地面反射回宇宙空间的总百分数。

20.漫射因子:若要把漫射辐射当作平行辐射处理，应当将其光学厚度加大 1.66 倍。其原理是清楚的，因为( δ0 - δ )是这一层大气的垂直光学厚度，垂直方向 辐射的光学路径最短，而其它方向的路径都要加长，其吸收当然也增加了。 作为对各个方向的积分，其最终效果是加大 1.66 倍，因此也有人把β 称为漫 射因子

21.阳伞效应:由于云和气溶胶（特别是火山灰）对太阳辐射的强散射作用，导致 到达地面的太阳辐射能减少，称为阳伞效应或反射效应。

22.权重函数: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，而且还依赖于该点附近介质的透过率变化率 ?Γ（ν z ，Ζ） ， ?z

一因子常被称为辐射亮温度权重函数。

23.卫星编队:所谓“卫星编队”是指将多颗极轨卫星像列车一样排成一列，使它们 在地球上空的同一轨道上飞行。

24.增强红外云图:对灰度或辐射值进行变换处理，将人眼不能发现的细节结构清 楚地显示出来，如积雨云在云图上表现为一片白色，通过增强处理后可将云 顶结构显示出来，能准确地确定积雨云的强度，强对流中心位置。红外云图 的增强处理是将图象上的灰度值，按需要进行合并或分解为若干灰度间隔（等

级），每一间隔赋予一个灰度值。

25.斜压叶状云系:与高空西风急流中的锋生相联系的一种植物叶片状云系，称作

“斜压叶状云系”。该云系在垂直方向深厚，地面伴有锋生现象，并且还可能有地面气旋形成。在可见光和红外图像上都很容易看见它。

26.太阳耀斑区:在可见光云图上，水面一般呈黑色。但是当太阳光从水面单向反射

至卫星仪器内，则其在卫星云图上表现一片色调较浅的明亮区域，这区域

称做太阳耀斑区。

27.云带:带状云系宽度大于一个纬距称做云带。

28.云团:云团是由多个大小不等的积雨云或积状云与层状云混合组成云簇团。

29.云线:云线由长30 至几百公里的对流云素组成，宽度小于一个纬距，可出现在

冷锋前后，它指示着低空风向。

30.云的辐射效应:是一个用于衡量云与辐射相互作用程度的云参数。它定义为云相

对于晴空而言，对大气，地表以及大气层顶处辐射的影响。

31.纹理:纹理是指云顶表面或其它物像表面光滑程度的判据。

32.涡旋云系:涡旋云系是一条或多条不同云量和云类的螺旋云带朝着一个公共中心

辐合形成的，与大尺度涡旋相联系。

二、简答题

1. 简述气象卫星的发展简史。

(1)在1959 年10 月13 日发射的Explorer VII 卫星上成功进行了第一次气象实验

(2)Explorer VII 卫星用早期版本的辐射计测量了地球的热平衡。

(3)卫星气象学之父Verner E. Suomi 设计了热辐射实验。

(4)1960 年4 月1 日发射了第一个可视红外观测气象观测卫星TIROS-I ，绕Psuedo-Polar 轨道共运行了78 天。

(5)1966/1967—第一个地球静止气象卫星ATS-I

(6)2003 - 现在，运行的卫星有极地轨道卫星与地球同步轨道卫星

2. 气象卫星遥感探测的特点是什么？

(1)空间固定轨道上运行(2)自上而

下进行观测

(3)全球和大范围的观测 (4)使用遥感探测技

术 (5)提供丰富的观测资料，受益面广

3. 气象观测为什么需要卫星？

(1)观测范围广 (2)观测次数多、

时效快 (3)不受自然条件和国

界的限制 (4)卫星观测与地面

观测站互补 (5)卫星观测与海

洋观测站互补 4. 简述开普勒

三大定律。

(1)开普勒第一定律，也称椭圆定律、轨道定律，每一个行星都沿各自的椭圆轨 道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。

(2) 开普勒第二定律，也称等面积定律，在相等时间内，太阳和运动着的行星 的连线所扫过的面积都是相等的。 (3)开普勒第三定律，也称周期定律，各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的 椭圆轨道的半长轴的立方成正比。

5. 卫星的入轨速度与轨道形状之间的关系是什么？

卫星的轨道形状只取决于火箭把卫星送入轨道的瞬间速度——入轨速度。 一、卫星实现圆轨道运动的条件

卫星在地心引力下作圆周运动：

GM m = mv 2 r 2

r v = GM r =

μ 环绕速度

(R + H ) 取 r=R=6370km,有 V = V 1 =7.912 km/s ,第一宇宙速度这是卫星在地面入轨时所

需的最小速度。此时卫星可在贴地面附近绕地球作圆轨道运动。

若 v < V1 ，则向心力>离心力而落向地面。

若 v > V1，则离心力>向心力而脱离半径为 6370km 的圆轨道。 二、卫星实现

椭圆轨道运动的条件 当卫星飞行速度进一步增加，

离心力加大到使卫星脱离地球引力场，即 a → ∞ ， 卫星就演变为太阳行星，而轨道成为抛物线形。由活力公式得：

V 2 = 2V 1 = 2 * 7.912 = 11.2 km s

这是卫星要从地表面脱离地球引力场所需要的速度，称第二宇宙速度（逃逸速 度）。它是地面发射一颗行星所需要的最小速度。因此，实现椭圆轨道的条件 为： V 1 ?V 椭

?V 2

若卫星飞行速度进一步加大，卫星的离心力进一步增大到大于太阳引力，则卫 星脱离太阳的引力场进入银河系。

6. 什么是卫星的倾角？什么是星下点？ FY-2 的星下点在何处？

轨道倾角:指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角。 星下点:卫星与地球中心连线在地球表面的交点称为星下点。

FY-2 的星下点在赤道,1050 E

7. 什么是近极地太阳同步卫星？太阳同步卫星轨道如何实现？ (1)近极地太阳同步卫星：卫星轨道面与太阳的相对取向保持不变，即每天过升 交点的局地时间相同。

(2)近极地太阳同步卫星轨道的实现： 1)卫星

轨道平面随地球绕太阳公转时的平动

一年内卫星轨道平面相对于太阳发生顺时针 3600 的转动！平均每天变化为：

3600

365天

= + 0.985 天 （+号表示转动方向从西向东） 2)卫星轨道平面因地球椭形而进动 圆形轨

道进动率:

? = 10cos i (R /( R + H ))3.5 i ?900 , ??0, ; i ?900 , ??0, 西 东;

3)近极地太阳同步卫星轨道的实现

选择 i ?900 ,实现 ? = -0.9850 /天 来抵消轨道面的相对运动，

即可实现近极地太阳 同步卫星轨道。

8. 什么是地球同步卫星？其高度和运行周期为多少？

地球同步卫星：卫星相对于地球而言是静止的(没有任何方向上的运动). 卫星运行周期 T=23 小时 56 分 04 秒。

卫星运行高度 H= 35860(km)

9. 为什么地球同步卫星的星下点在以赤道为中心的两侧产生“8”字形的摆动？

实际卫星轨道会有点椭圆形，倾角也很难正好等于0o，常有0~1 度的倾角。

这种误差会使卫星的星下点在以赤道为中心的两侧产生“8”字形的摆动。

10. 什么是"地表发射率（地表比辐射率）"？它与哪些因素有关？

地表发射率ε(地表比辐射率):指同一温度下地表的出射度M ′与黑体的出射度M 的比值，它表征了地表的辐射能力。ε= M ′/ M , ε∈[0，1]

它与地表结构,成份,表面特征,温度,以及电磁波发射方向,波长等因素有关。11. 为什么地球大气中的辐射过程可以认为是辐射平衡的？辐射平衡状态就是吸

收和发射辐射能量相等，物质热状况保持不变，可用一确定温度表示；各向同性。

如果地球大气辐射热交换的过程相当缓慢，地球大气中内能的分布来得及变化均匀，这时地球大气的温度虽然在变化，但每一给定瞬间，地球大气的状态可以看作是平衡的，仍可用一定的温度来描述。地球大气中的辐射过程，一般认为地面至60 公里以下的大气处于局地辐射平衡状态。

12. 造成地球大气辐射衰减的主要原因是什么？地球大气辐射在大气中传输时，

造成地球大气辐射衰减的原因有大气的吸收

和散射。但由于地球大气辐射能量主要集中在3-120 μm 范围内，且当波长λ?3μm 时，瑞利散射很小，可以忽略不计，所以造成地球大气辐射衰减的主要原因是大气气体的吸收。虽然O 和N 占整个大气的99%，但由于分子结构的缘故，其对红外辐射并不吸收，而对大气红外辐射吸收的却是含量很少的

CO, HO,O等微量气体，这些气体的吸收表现为谱带的形式。(1)水汽主要集中在对流层下半部，其吸收在对流层下半部起重要作用，主要吸收带有 1.4,1.9,2.7和

6.3 μm 吸收带; (2)二氧化碳:由于二氧化碳的含量较少其吸收相对水汽更

少。主要吸收带波长有14.7,4.3 和2.7 μm ;(3)臭氧:臭氧主要集中在平流层10-40公里内，强吸收位于9.6 μm ，弱吸收带位于4.7 和14.1 μm .

13. 简述基尔霍夫定律的物理意义。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。

14. 请简述辐射方法和光谱方法测量物体温度的理论基础。

辐射方法:斯蒂芬-波尔兹曼定律F = πB

= σT 4

T

由绝对黑体的积分辐射通量密度反求其温度，这就是用辐射方法测量物体温度的基础。

T = 2897.8(μm K )

光谱方法:维恩位移定律λ

max

由辐射最强的波长也可以确定绝对黑体的温度—光谱方法测定物体温度的基础。

15. 什么是大气窗？

大气窗或大气光谱窗：8~12 μm 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以像光通过窗户那样透过大气）。

16. 假如大气中有水平均匀的高、低两层薄云，忽略各云层和地表对辐射的反射，请简述到达大气顶的辐射组成?

(1)高云下面的地表、低云和大气发出并透射高云向上的辐射。(2)高云云层向

上发出的辐射。

(3)高云以上大气发出的辐射。

17. 如何实现对同一区域进行反复而精确的观测？为了实现对某一区域进行高分

辨率的反复观测，科学家们研究出了一种比较完美的方案，即“卫星编队”。

将多颗极轨卫星像列车一样排成一列，使它们在地球上空的同一轨道上飞行。

实现了对某一个区域进行高时间、空间分辨率的反复观测，为我们了解某一区域连续性气象要素的变化提供了宝贵的资料。

18. Cloudsat 和CALIPSO 卫星相结合的云层产品具体有什么优势？

1)CloudSat 卫星的距离更接近于CALIPSO 卫星，它们相距93.8km，两者的

探测时间大约相差12.5 秒，由于云的寿命一般不大于15 分钟，因此这两颗卫星可在几乎相同的时间对同一云层进行观测。该特性对于我们结合CloudSat 和CALIPSO 研究同一区域的云非常重要。

2)CALIPSO 卫星仅能获得云的水平结构，CloudSat 可以"切开"云层，提供云

的垂直结构，将两者结合可以更清晰的了解云的三维结构，得到更多的产品。19. 请简述我国极轨气象卫星的发展历程。

中国：1988～2008：第一代，仅成像仪器2008～2020:第二代，具备大气探测能力。特色:比美国多了微波成像仪器，空间分辨率259m 可获得地球大气自然景观图像。

卫星总体上处于准美国第5 代水平，大气探测相当于美国第4 代水平，但美国处于代际交替阶段（5/6)，中国处于美国第 5 代初级阶段.

20. 分析卫星云图，通常要分析哪几方面的内容？不同通道云图、云和地表

（雪）、云类型、地表、云分布及天气系统、估算气象要素、结合其他资料综合分析。

21. 卫星观测仪器应满足的条件是什么？(1)选用大气窗区避开气体吸收和散射

的波段(2)仪器通道波长间隔要有一定宽度，通道尽量选在太阳辐射较大的地方以获得更多的能量

(3)仪器通道选在最能区分所要探测目标物的谱段。

22. 请问目前国际上卫星搭载的雷达包括哪几个？他们分别位于什么卫星上，属

于哪个波段？最基本的功能是什么？

(1)正交偏振云-气溶胶偏振雷达，位于CALIPSO 卫星上，有两个波段:532nm

和1046nm，属于激光雷达，可提供气溶胶的垂直分布和云的特征信息(2)云剖面雷达，位于Cloudsat 卫星上，属于激光雷达，它可"切"开云层。改进对云层结构和成分的研究

(3)测雨雷达(PR)，位于TRMM 热带降雨测量卫星，属于厘米波雷达，它最基

本的功能是精确地测量降水。

23. A-Train 卫星集群中的英文代表什么含义？联合该卫星集群中部分卫星的观

测研究云或者气溶胶有什么优势？

(1)下午卫星编队(Afternoon-Train),含义是均在当地时间每天下午l:30 左右通

过赤道

(2).1)A-Train 卫星编队可以更好地了解大气气溶胶对气候的作用，以及局部

污染源影响空气质量的方式，并能以全新的视角获知全球云的分布和演变，从而改进气象预报和气候预测。

2)A-Train 中各卫星数据的结合研究，将提高人们对云与大气气溶胶之间的相

互作用、云对地球能量平衡的作用等方面的认知水平。

24. Aqua 卫星和T erra 卫星有什么不同？Aqua 卫星上具体携带了哪些探测器？

其中的MODIS 数据产品可具体分为几类？它的波段主要是那两类？而CERES 仪器具体能提供什么信息？

(1)Aqua 在数据采集时间上与Terra 形成互补。

Aqua 是下午星过境时间是下午1:30;Terra 是上午星过境时间是上午10:30。重量不同，总供电功率不同，寿命不同。搭载的传感器也不

同:

Aqua 传感器有6 个，分别为AIRS,AMSU-A,CERES,MODIS,HSB,AMSR-E Terra 上星载的传感器有5 个，分别为MODIS,MISR,CERES,MOPITT,ASTER

(2)AQUA 卫星携带的仪器有：

云与地球辐射能量系统测量仪CERES

中分辨率成像光谱仪MODIS大气红

外探测器AIRS先进微波探测器

AMSU巴西湿度探测器HSB先进微

波扫描辐射计AMSR-E

(3)大气产品,陆地产品,冰雪产品,海洋产品

(4)从0.41~14.4 μm 可分为可见光和红外谱段

(5).1)用于气候变化分析，提供大气层顶部连续的、包括辐射通量在内的地球辐

射收支实验数据；2)提供更高精度的大气层顶部和地球表层辐射通量的数据；

3)提供大气圈内计算辐射通量的长期数据；

4)提供将大气顶层辐射通量考虑在内的关于云的严格计算数据。

25. CALIPSO 卫星上的偏振激光雷达能用来提供大气目标物的哪些主要特征，请

举例说明。其中，退偏比这个参量能用于表征粒子的什么特性？为什么CloudSat 卫星上的云雷达CPR 不能提供粒子的退偏比呢？

(1)CALIPSO 能提供气溶胶的垂直分布和云的特征信息。比色值和532nm 体

积退偏比的垂直廓线

(2)退偏比反映的是被测颗粒的不规则程度。

(3)因为CPR 就一个波段一个通道，而我们所说的退偏比必须是需要一个波

段的两个通道进行求取。

26. TRMM 卫星的中文意思是什么？它的主要发射目的是研究大气的什么内

容？

(1)T RMM 热带降雨测量卫星

(2)目的：观测和研究热带降雨过程, 更多地了解热带降雨对全球气候系统的

影响。

27. 卫星数据一般都有：Level 0，Level 1 等等不同级别的产品，那么卫星数据

为什么要进行分级呢？数据分级很简单，最早期的数据，只是原始数据，因此数据参数少，而且都是小尺度的数据采样，因此基本用于新一级别的数据融合。随着与其它卫星数据相匹配融合，数据级别升高，空间分辨率减少，但是卫星得到的参数变多了，因此可用于大、中尺度的气候模拟。

28. NOAA 系列卫星一般都涵盖了哪些电磁波段？G OES 系列卫星属于极轨卫

星还是静止卫星？(1)可见光红色波段,近红外波段,中红外波段和两个热红外波段,微波。(2)GOES 系列卫星属于静止卫星。

29. 目前，卫星携带的仪器基本涵盖是哪些波段？其中热红外波段相比可见光来

说有一个更明显的优势是什么？

(1)紫外,可见,红外,微波(2)热红外波段可进行全天候观测，而可见光只能进行白天观测

30. 卫星探测器的空间分辨率和时间分辨率是什么？如果现在需要融合两个不

同卫星的观测资料去研究云或气溶胶的瞬时的物理特性，这两个卫星应该满足的最基本条件是什么？(1)空间分辨率是指卫星在某一时刻观测地球

的最小面积。时间分辨率是指卫星对同一地区观测的时间间隔。(2)

同时同地观测。

31. 目前为止，哪种遥感手段最能准确的描述云在大气中的垂直分布呢？

CALIPSO 的CALIOP 雷达，CloudSat 的CPR 以及TRMM 的PR

32. 何谓可见光云图？云图上的亮度取决于什么因素？(1)可见光云图是卫星扫

描辐射仪在可见光谱段，测量来自地面和云面反射的太阳辐射，将这种地面目标物反射的太阳辐射转换为图像，卫星接收的辐射越大，用越白的色调表示；接收到的辐射越小，用越暗的色调表示，就得到可见光云图。

(2)影响可见光云图亮度的主要因素:

1)反照率对可见光云图色调的影响

2)太阳高度角对可见光云图色调的影响

33. 何谓红外云图？云图上的亮度与那些因素有关？

(1)卫星在10.5 -12.5μm和3.55 - 3.93μm .测量地表和云发射的红外辐射，将这两

种辐射以图像形式表示就是红外云图。包括长波红外云图和短波红外云图两种。

(2)云图上的亮度与温度有关。温度越高，辐射越大，色调越暗。

34. 为什么短波红外云图色调的变化相比长波红外云图更为复杂？因为短波红

外云图接收到辐射包括太阳辐射和地面云面发射的辐射两项，因反射太阳辐射的加入，使其比长波红外云图更为复杂。

35. 请解释水汽图像的观测原理。

卫星通道：5.7 - 7.3μm 水汽强吸收带，吸收带中心为6.7μm 。卫星接收到的辐射包括地(云)面发射的辐射和水汽发射的辐射两项，大气中水汽含量越大，对其下发出的辐射吸收就越强，到达卫星的辐射就越小。所以，水汽图色调越白，表示水汽越多。反之，色调越黑，表示水汽越少。当大气中水汽含量大时，卫星测量的辐射来自大气上层；而大气水汽含量较少时，卫星测量的

辐射来自大气低层。

36. 卫星云图上识别云的主要依据是什么？在卫星云图上，云的识别可以根据以

下六个判据：(1)结构型式：带状、涡旋状、细胞状和波状等(2)范围大小(3)边界形状：直线、圆形、扇形和气旋性弯曲等(4)色调（亮度或灰度）(5)暗影(6)纹理

37. 卫星云图上卷状云、层状云、积状云的基本特征是什么？

(1)卷云的一般特点是:卷云的高度最高，由冰晶组成，具有透明性，反照率低，

在可见光图像上呈现淡灰色到白色不等，有时还可透过卷云看到地面目标物。

由于卷云的温度比其它云都要低，在红外图像上表现为白色，与地表,中低云间形成明显的反差，因而卷云在红外图像上表现最清楚，最容易辨认。在水汽图像上卷云是白亮的。(2)层状云:在可见光云图上，表现为一片光滑均匀的云区，尺度范围大，在可见光云图上，色调从灰色到白色，且边界光滑整齐清楚，受地表影响较大。(3)积状云表现为云带,云线和细胞状结构,纹理为多皱纹,多起伏和不均匀。边界不整齐不光滑，在可见光云图上是白色。

38. 在卫星云图上如何判断积雨云的强弱？

在红外云图上，积雨云表现为白色云团，由于其云顶表面温度差异小，人眼无法辨别云区内的精细结构、对流强度分布和强对流中心位置等。通过增强显示，能识别积雨云区内温度分布和对流强度。

39. 卫星云图上能识别出哪些天气尺度的云系？

(1)带状云系(2)涡旋云系(3)云线(4)云团(5)细胞状云系(6)逗点云系(7)斜

压叶状云系(8)变形场云系(9)波状云系

40. 各种云系与天气系统有何关系？

(1)带状云系:急流,锋面,赤道辐合带都表现为带状云系(2)涡旋云系:台风和

气旋(锋面气旋的后期变为涡旋云系) (3)逗点云系:高空槽前逗点云系,锋面气旋的初期,高空槽正涡度平流,高空急流

(4)斜压叶状云系:西风带中的锋生区和气旋生成有关(5)变形场云系:高空急流,

锋面,高空槽线,正涡度平流

(6)细胞状云系:对流活动强,急流轴

41. 冷锋云带与高空急流云带在云图中有何区别？急

流云带是北界整齐光滑，冷锋云带呈气旋性弯曲

42. 逗点云系是如何形成的？它的形成可以解释为大气闭合环流迭加于一云区，

由于闭合环流的作用，在

环流中心之南（晴空区）偏西气流侵入云区，而在环流中心以北，云随气流由云区向西平流，最后形成逗点状云系，这时低压中心与最大正涡度中心重合。

43. 我国华南静止锋、梅雨锋云带的特点是什么？

(1)华南静止锋：南岭以北，东西带状、片状，低云为主，云顶均匀，色暗，

锋面沿南岭山地，连阴雨。弱时云带不连续。(2)梅雨锋：长江流域，带状，准直线形，长数千公里，以层状云为背景，其上分布着各种大小不同强度各异的对流云团，色调差异很大，连续性降水中有暴雨，锋面在云带南界以内的云带中。

44. 热带辐合带在云图上的特征？

主要是积状云构成的大型云带，平行于赤道，有时呈波状、叉状。表现为一条由一系列活跃的对流云团组成的近于东西走向的连续云带，其宽度达五个纬距以上，东西长达千余千米。有时云带很窄，只表现为断裂的一团团尺度较小的云团，在云团内有时还迭加一个或几个涡旋云系。

45. 台风云系有何特征？

台风在卫星云图上表现为有组织的涡旋状云型，因此是最容易识别的一种天气系统。从水平云系的分析可以看出，台风中心为一眼区，围绕眼区是连续密蔽云区，在密蔽云区的外面是台风螺旋云带。

46. 如何用云图确定台风的中心位置？

主要根据云区的形状,云区中的纹线,云带或云线的弯曲曲率,云区中出现眼的特征来确定,有时为了定位的客观性,还采用对数螺旋线极和云系模式确定。47. 目前用于测量降水的手段包括哪三种，它们各自的优缺点是什么？

(1)测量降水的三种主要方式: 雨量筒，测雨雷达和卫星

(2)天气雷达和雨量筒是最主要的测量方式，能广泛的分布在大陆地区，在海

3 洋地区最多延伸至离海陆线 150km 的地方。 利用卫星遥感来测量降水的技术可填补上述测量方法在海洋上的空白，能得 到全球范围内的降水趋势，不过整体来说精度不够，其算法需要地基测量的 校准和对比。

48. 云的有效粒子半径的定义式是什么？目前用卫星的哪几个波段可以用于反

演云的粒子半径。这几个波段反演的粒子半径有什么不同？

(1)云的有效粒子半径定义为： R e = ∫ r N (r )dr

∫ r 2 N (r )dr (2)用1.6μm ,2.1μm ,3.7μm 反演云滴粒子半径

(3)随着波段 增长云滴对该波 段的能量吸收越 厉害, 1.6μm -云底粒子 半径，

2.1μm -反演云中间粒子半径，

3.7μm -云顶粒子半径

49. 什么是云迹风？ 采用无线电探空技术，以及极轨卫星等进行多层次的高空数据

采集，进而构 建出模拟的风场垂直分布情况为了与其它求得风的方法相区别，把由静止气 象卫星云图上求得的风称为云风矢或云迹风。

50. 静止卫星计算云风矢的存在哪四个问题？

(1)云迹或靶云的选择 (2)云迹风的计

算 (3)云风矢的高度确定 (4)云迹风矢

量的误差

51. 目前，国际科研组织获取全球风场数据主要来源于那三个方面？

(1)主要来自地面观测站和海洋浮标等基站的气象观测报告，以及根据一些卫 星携带的散射计的测量数据推演出的风场模型

(2)利用航空器进行风场观测和数据搜集，以及地球静止轨道卫星影像资料推 演出的云迹风

(3)采用无线电探空技术，以及极轨卫星等进行多层次的高空数据采集，进而 构建出模拟的风场垂直分布情况

52. 在不考虑大气吸收时薄云层温度的反演中，卫星测量的辐射主要包括哪几部

分？它们分别和哪些因素有关。

在不考虑大气吸收时薄云层温度的反演:

L

sat

(T Bλ) = ελc Lλ(T c ) + (1 ?ελc )Lλ(T s )

式右边第一项是卫星测量的云顶辐射，该项与云层的发射率ε

λc

和云顶温度

T c 有关。L

λ

(T c ) 是云顶温度为T c 普朗克黑体辐射。式右边第二项是测量的

透过云层的地面辐射。该项与云层的透射率(1- ε

λc

)和地表温度T s 有关。Lλ(T s ) 是地面温度为T s 普朗克黑体辐射。

53. 请问什么是温度递减率？干绝热和湿绝热递减率有何不同？

(1)温度递减率:温度递减率也可以叫做绝热率，是表征气体随高度增加其气温

的变化程度的物理量。干绝热递减率:干空气或未饱和湿空气在绝热上升或下沉过程中温度随高度的变化率湿绝热递减率:饱和状态的湿空气在绝热上升或下沉过程中温度随高度的变化率

(2)区别：在干空气时，气温大约平均每上升100 米，气温就约下降1o C 。含

有水汽的较湿空气，会受到水汽凝结时的释放潜热所致，因此平均每上升100 米，气温就会约下降0.6o C，受温度与压强影响。干绝热过程无相变潜热，而湿绝热过程存在相变潜热。

54. 目前，被动卫星云类型反演算法（譬如：ISCCP）的划分依据是什么？它与

主动算法相比局限性是什么？(1)被动遥感算法基础（ISCCP）：基于卫星反演的云的云顶气压以及云的光学厚度来划分云类型。(2)主动云反演算法基于主动雷达，因此可以更为准确的识别云类型，尤其是在多层云存在的情况下更有优势。被动算法的所有信息都是整个大气柱内的信息之和，所以很难在多层云的情况下识别云类型，最终导致不同云类型云量的错误估计。55. 云粒子半径和光学厚度反演算法的基本原理是？

目前常用的云光学厚度和有效粒子半径反演算法的基本原理是：云在非吸收的可见光波段上，反射函数主要是云光学厚度的函数，在吸收的近红外波段上，反射函数主要是云粒子大小的函数。

56. 气溶胶最基本的光学变量是什么？其中单次散射反照率表示为？相函数的

定义是什么？气溶胶最基本的光学变

量: (1)气溶胶光学厚度(2)气溶胶单次

散射反照率SSA (3)气溶胶散射相函数

Phase Function

SSA：single scattering albedo 表示散射效率（系数或者光学厚度）与消光效率（系数或者光学厚度）的比值。

相函数：综合方向上每单位立体角内的粒子散射能量与粒子所有方向平均的每单位立体角内的散射能量之比，记为p(θ)，θ为散射角。

57. 气溶胶的Angstorm 波长指数定义为？它表征了气溶胶的什么特性？

气溶胶的Angstrom 波长指数定义为：lnτ

1

?lnτ

2 ln λ

1

?ln λ

2

该指数是一种表征气溶胶粒子相对大小的参数，其值越大，粒子尺度越小，反之亦然。

58. 反演气溶胶光学厚度的两个困难是什么？

目前反演气溶胶光学厚度有两个困难：气溶胶模型及如何移除地表对反演的影响。

59. 卫星遥感臭氧有很多优势，但也存在很多问题，这些问题大概包括哪些？

臭氧主要集中在10~30km 的平流层中，对卫星遥感极为有利，但是仍然存在以下问题：(1)臭氧的混合比垂直分布气候曲线较为简单，在某个高度上有极大值，并向上向下迅速减小，这使得权重函数几乎重复其密度曲线，即权重函数相互重叠，有强的相关性，从而可测参数十分少。(2)在臭氧高度上，气温的垂直变化很小，使得权重函数的数值很小。(3)尽管在9.6um 臭氧吸收带内有大量谱线，但这些谱线太密集，其平均吸收

率很小，不能提供足够多的臭氧垂直分布信息。

60. 卫星遥感臭氧的方法有哪些？其中最有效的方法是？

卫星遥感臭氧的方法：(1)由太阳光的后向散射分

布计算臭氧的分布特征(2)临边扫描探测臭氧

(3)地面遥感臭氧目前卫星遥感有效的方法是利用太阳光紫外后向散射法进行

探测。

61. 卫星遥感大气温度应具备的条件是什么？

为探测大气垂直温度廓线，归结起来应满足以下条件：(1)在大气中选用的发射辐射的气体的混合比是常定的，对于所选定的波段内卫星接收到的辐射主要取决于大气的垂直温度分布；(2)所选取的某种吸收气体的吸收带应可能与其它气体吸收带不相互重叠；(3)必须满足局地热力平衡，否则由辐射传输方程式反演的T(p)就没有实际意义；

(4)所选用的波长范围内，散射辐射很小，可以忽略不计。三、论述

题

1. 太阳同步和地球同步轨道卫星的优缺点。

(一)太阳同步轨道的特点:

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；

(2)相临两条轨道的观测资料时间差达100 多分钟，拼图不利。

(二)地球同步卫星轨道的优缺点:

优点：

λ N N （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。

2. 气象卫星接收到的辐射包括哪些？ (1)地

面和云面发射的红外辐射 (2)地面和云面

反射的太阳辐射 (3)大气各成分发射的向

上的红外辐射 (4)地面和云面反射的大气

向下的红外辐射 (5)大气对太阳辐射的散

射辐射 (6)地表和大气的微波辐射

3. 请根据平面平行大气的辐射传输方程

μ dL λ (τ ; μ,? ) = L (τ ; μ,? ) ? J (τ ; μ,? ) ，推导对于大气层内 τ 高度处向上 ( μ > 0)

d τ λ λ 的辐射亮度，并指出每项的物理意义。

答:对于大气层内τ 高度处向上 (μ?0) 的辐射亮度，对上式乘以 e -τ μ ，则有

d {L (τ ; μ,? )

e d τ ?τ / μ } = ? 1 J (τ ; μ,? )e μ λ ?τ / μ (2)

对(2)式τ → τ N 积分，则有

L λ (τ ; μ ,? )= L λ (τ , μ ,? )e

?(τ ?τ ) μ + τ ∫τ J λ (τ ′; μ ,? )e -(τ ′-τ ) μ d τ ′

μ 物理意义:式中，右边第一项和第二项分别表示大气层底面向上发射的辐射和 大气层τ 高度到大气层底处之间内部向上发射的辐射。

4. 请解释大气层顶部的辐射亮度表达式中右端项的物理意义：

L λ (0; μ,? ) = L λ (τ ; ?μ,? )e ?τ / μ +

τ

∫0 J λ d τ ' (τ ' ; μ,? )e ?τ / μ 。

μ

λ ' d τ s s 答:式中，右边第一项和第二项分别表示大气底面和大气层内部发射的辐射。

5. 请解释大气层底部的辐射亮度表达式中右端项的物理意义：

L λ (τ1; ? μ,? ) = L λ (0; ? μ,? )e

?τ / μ τ + ∫0 J (τ ' ; ?μ,? )e ' ? (τ ?τ ) / μ μ

答:式中,右边第一项为入射大气顶后透过整层大气到达大气低层的辐射（辐射 衰减到底面），第二项为整层大气发射的向下辐射。

6. 请解释下述大气红外辐射传输方程成立的条件物理意义：

L μ = ε B T p Γ p μ + 0 B T p ′ ?Γλ ( p ′, μ) dp ′

λ ( ) s λ λ [ ( s )] λ ( s , ) ∫P λ [ ( )] ?p ′ 答:RTE 的物理意义:

(1)地面辐射项： ε B [T (p )]Γ ( p , μ ) ,表示从地面发射的辐射, ε B [T (p )] 表示 s λ λ s

λ s s λ λ s

透过大气层进入空间的辐射。

?Γλ ( p ′, μ ) (2)大气辐射项： ∫P B λ [T ( p ′)] ?p ′ dp ′ ,表示从地面到大气顶整层气体发出

并能进入空间的辐射。

7. 请综合 A-Train 卫星编队成员的观测特点，描述其优势。

答:(1)观测特点:

1)均在当地时间每天下午 l:30 左右通过赤道

2)相互时间间隔最短为 15 秒，最长为 15 分钟，最后一颗星与第一颗星(即： Aura 与 Aqua)的飞行间隔相差不到 23 分钟，并且卫星每 15 分钟进行一次位置 协调。 3)卫星编队中的每颗卫星都有特别的测量功能，且互为补充，可近期同时测量 全球不同季节大气气溶胶、云、温度、相对湿度和辐射流等，能对全球气候和 天气状况进行最全面、最深入的研究。

4)这几颗卫星的轨道高度都为 705km ，倾角是 98o 。CloudSat 沿着

Aqua 卫星轨 道行驶，约在 Aqua 卫星后 460.286km ，平均滞后 Aqua 卫星 60 秒．CloudSat 卫星的距离更接近于 CALIPSO 卫星，它们相距 93.8km ，两者的探测时间大约 相差 12.5 秒，由于云的寿命一般不大于 15 分钟，因此此这两颗卫星可在几乎 相同的时间对同一云层进行观测。

A-Train 卫星编队的优势:

1)A-Train 卫星编队围绕地球旋转，大约8 秒内5 颗卫星可以飞过同一检测地

点。

2)A-Train 卫星编队可以更好地了解大气气溶胶对气候的作用，以及局部污染

源影响空气质量的方式，并能以全新的视角获知全球云的分布和演变，从而改

进气象预报和气候预测。

3)A-Train 中各卫星数据的结合研究，将提高人们对云与大气气溶胶之间的相

互作用、云对地球能量平衡的作用等方面的认知水平。

8. 云的相态包括哪些？试述过冷水云的基本特征。

(1)云相态：光学特性原冰云,薄冰云,水云(2)过冷水云特征：温度低于水的凝

结点，但仍不凝固或不结晶的云。由于过

冷水云缺乏凝结核，使得该云中在T ?0o C 时，仍无结晶。

9. 试论述微波雷达和激光雷达的优缺点。

(1)微波雷达:

优点：(1)微波具有穿云透雾的能

力(2)微波可以全天候工作(3)微

波对地表面的穿透能力较强缺点：

微波雷达波长较长,相对于大气中的分子、气溶胶等微小粒子的尺寸要大得多,因此大气对微波的散射极其微弱,微波雷达的大气透过率很高,能实现全天时、全天候工作,但也正是由于这一点,微波雷达无法直接探测大气中的微小粒子。(2)激光雷达: 优点：激光雷达由于量子能量高、波长短的特性,弥补了微波雷达在大气气溶胶、分子等微小粒子探测方面的不足,成为探测气溶胶和大气分子的重要工具。

缺点：由于激光雷达的波长较短，对于较厚的云层等无法穿透，因此在这种情况下无法获得云底的信息。

10. 试着论述主动遥感和被动遥感的区别和优缺点。目前本课程所提到的主动遥

感主要是哪几个探测仪器。