氣象遙感

在衞星上攜帶有各種氣象觀測儀器，測量注入大氣温度、濕度、風、雲等。氣象要素以及各種天氣現象，這種專門用於氣象目的的衞星稱作氣象衞星（meteorological satellite）。

衞星所載各種氣象遙感器，接收和測量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射，並將其轉換成電信號傳送給地面站。地面站將衞星傳來的電信號復原，繪製成各種雲層、地表和海面圖片，再經進一步處理和計算，得出各種氣象資料。氣象衞星觀測範圍廣，觀測次數多，觀測時效快，觀測數據質量高，不受自然條件和地域條件限制，它所提供的氣象信息已廣泛應用於日常氣象業務、環境監測、防災減災、大氣科學、海洋學和水文學的研究。氣象衞星也是世界上應用最廣的衞星之一，美國、前蘇聯/俄羅斯、法國和中國等眾多國家都發射了氣象衞星。

1960年4月1日，美國發射了世界上第一顆試驗性氣象衞星“泰羅斯”1號。這顆試驗氣象衞星呈18面柱體，高48釐米，直徑107釐米。星上裝有電視攝像機、遙控磁帶記錄器及照片資料傳輸裝置。它在700千米高的近圓軌道上繞地球運轉1135圈，共拍攝雲圖和地勢照片22952張，有用率達60%。具有當時最優秀的技術性能。1966年2月3日，美國研製併發射了第一顆實用氣象衞星“艾薩”1號，它是美國第二代太陽同步軌道氣象衞星，軌道高度約1400千米，雲圖的星下點分辨率為4000米。從1966年至1969年間，共發射了9顆，獲得了大量氣象資料。它的發射成功開闢了世界氣象衞星研製的新領域，大大減少了由於氣象原因造成的各種損失。

中國1988年9月7日發射了第一顆氣象衞星—“風雲一號”太陽同步軌道氣象衞星。衞星雲圖的清晰度可與美國“諾阿”衞星雲圖媲美，但由於星上元器件發生故障，它只工作了39天。後成功發射了四顆極軌氣象衞星（風雲號）和三顆靜止氣象衞星（風雲二號），經歷了從極軌衞星到靜止衞星，從試驗衞星到業務衞星的發展過程。同時還建立了以接收風雲衞星為主、兼收國外環境衞星的衞星地面接收和應用系統，在氣象減災防災、國民經濟和國防建設中發揮了顯著作用。我國是世界上少數幾個同時擁有極軌和靜止氣象衞星的國家之一，是世界氣象組織對地觀測衞星業務監測網的重要成員。

衞星可見光雲圖可以監測熱帶氣旋以及雲團的移動趨勢，一般白色表示太陽光反射強，灰黑的地方表示反射較弱。一般陸地表現為灰色，海洋表現為黑色，而冰雪和深厚雲系覆蓋的地區一般呈白色。用紅外探測器可以計算各地晴空大氣温度和濕度的鉛直分佈。微波輻射儀，可以探測雲上和雲下的大氣温度和濕度的分佈，以及雲中含水總量和雨強的分佈 ^[1]  .

遙感對大霧監測也非常有效，通過衞星遙感，實時監測各地霧情的變化，便於發出天氣預警和作出決策。利用衞星遙感監測大霧具有及時、宏觀的明顯優勢。圖像紋理信息反映了圖像的灰度性質及其空間關係。通過對霧的成因、輻射特性、霧遙感基本原理的闡述，結合中國FY-1D美/國NOAA系列極軌衞星資料通道特點，分析霧的圖像紋理信息，並依據霧在可見光波段和中紅外波段與雲類不同的光譜特性，選用不同的光譜通道進行大霧監測。

利用遙感技術可以對氣候變化因子進行有效監測，可以對大範圍區域進行氣候的異常監測，熱紅外遙感可以利用熱紅外探測器收集、記錄地物輻射的熱紅外輻射信息，並利用這種熱紅外信息來識別地物和反演地表參數（如温度、發射率、濕度、熱慣量等），包括季節到年際氣候預測--提高瞬時短期氣候異常變化的時間和空間預報準確性；長期氣候變化--決定長期氣候變化及其趨勢的機理和因素以及人類活動的影響研究

衞星遙感氣溶膠的研究始於20世紀60年代，隨着新型衞星傳感器的不斷研製和發射成功，越來越多的衞星傳感器開始適用於大氣氣溶膠的探測，也出現了多種實用氣溶膠遙感反演算法。

我國的渤海和黃海北部每年冬季都會發生結冰，結冰程度直接影響海上油氣資源的開發、交通運輸、港口海岸工程作業等。利用可見光和紅外通道資料，結合海冰的光譜特徵，可以進行冰水識別和海冰信息提取，獲取海冰分佈範圍、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，極低海冰監測隊極低海域的航道設計和海上航行安全保證非常重要。利用衞星的微波輻射計和散射計以及SAR數據，可以獲取極地區域海冰分佈和變化情況。

衞星遙感監測凌汛主要依據不同地物的光譜響應特徵不同。在近紅外波段，潔淨水體的反射率遠比土壤和植被的反射率低，所以在衞星圖像上可以很容易地區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，在衞星圖像上就能夠將發生凌汛的地點及其區域判讀出來，進而可以根據像元數估算淹沒範圍和麪積。

通過遙感手段可以獲取地表蒸發量、作物表面温度、土壤熱容量、土壤水分含量、植物水分脅迫及葉片含水量等 , 對作物生長的土壤含水狀況、作物缺水或供水狀況、植被指數等指標所反映的作物生長狀況的分析 ,間接或直接地對作物旱情進行研究。

比較成熟的遙感旱情監測模型有：植被指數模型、熱慣量模型、作物缺水指數模型、植被指數與地表温度特徵空間模型、微波模型、水文模型和氣象模型等。

研究表明,我國區域的沙塵暴與某些低雲亮温接近，但反射率不同。西北某些裸露地表與沙塵暴反射率接近，但其亮温卻不同。所以，沙塵暴的監測就是利用其與雲系、地表反射率及輻射率的差異進行的。利用可見光和紅外多光譜衞星通道信息判別沙塵暴仍是較好的方法之一，而夜間還難以進行沙塵暴的觀測。

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，温度升高時，輻射峯值波長移向短波方向。從氣象衞星監測到的火災發生前後來看，當地表處於常温時，輻射峯值在傳感器的、通道的波長範圍，而當地面出現火點等高温目標時 ,其峯值就移向通道，使通道的輻射率增大數百倍，利用這一原理，通過連續不斷地觀測，就可以及時發現火點。當火災發生後，可以通過衞星接收到的彩色圖象獲取火災現場情況和過火面積，以便客觀、準確評估火災損失，組織救災 ^[2]  。

加強颱風的監測和預報，是減輕颱風災害的重要的措施。對台風的探測主要是利用氣象衞星。在衞星雲圖上，能清晰地看見颱風的存在和大小。利用氣象衞星資料，可以確定颱風中心的位置，估計颱風強度，監測颱風移動方向和速度，以及狂風暴雨出現的地區等，對防止和減輕颱風災害起着關鍵作用。

當颱風到達近海時，還可用雷達監測颱風動向。建立城市的預警系統，提高應急能力，建立應急響應機制。氣象台的預報員根據所得到的各種資料，分析颱風的動向，登陸的地點和時間，及時發佈颱風預報，颱風緊報或緊急警報。