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利用卫星遥感监测沙尘天气

  "遥感",顾名思义,就是遥远地感知。传说中的"千里眼"、"顺风耳"就具有这样的能力。人们通过大量的实践,发现自然界的每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量,其中有一种人们已经认识到的形式-电磁波,并且发现不同物体的电磁波辐射特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和吸收以及发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。
  由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有显而易见的优势,它一直处于飞速发展中。更理想的平台、更先进的传感器和影像处理技术正在不断地发展,以促进遥感在更广泛的领域里发挥更大的作用。
  卫星遥感在灾害监测中发挥着重要作用。气象卫星是监测沙尘天气的一种很有效的工具。我们知道,由于沙尘天气的时空分布和强度变化很不均匀,而沙尘天气的源头区如我国的西北和北部气象台站稀少,监测设备比较落后,雷达、探空、自动气象站更少,气象观测资料严重不足,气象卫星遥感在监测沙尘天气方面却可以大显神通。气象卫星观测范围广、次数稳定,从气象卫星资料中能提取沙尘天气的许多信息,有助于对沙尘天气的发生、发展和移动过程的理解。极轨气象卫星离地面近900公里,分辨率比较高,在同一地方每天能够得到多张图像。它探测地面对太阳光的反射和辐射特性,以推算出反射率和接收来自地面的热辐射。由于沙尘的顶端与某些高度的低云温度很接近,在判别时容易混淆,就要从反射率的不同上来判识。沙尘与裸露的地表在反射率上很接近,在判别时容易混淆,就从二者在亮度温度上的明显差别来判识。静止气象卫星由于距离地球近3.6万公里,空间分辨率比极轨卫星低,但是它的观测次数多,每小时1次,成像范围大,能监测地球三分之一的面积,成为监测沙尘天气的最有力的工具。从静止卫星图像上可以清楚地观测到沙尘天气的动向。静止气象卫星利用红外分裂窗通道,能够区别沙尘与云、雾、雨、雪、霜、雨凇、雾凇等组成的水成云以及一些气溶胶的吸收和发射存在的差异,在一定程度上推断出大气的组成成分。静止气象卫星观测到的红外辐射由两部分组成,一部分由地表发射,经大气消光后到达卫星的红外辐射,另一部分是大气本身发射的红外辐射。当气溶胶光学厚度不很大时,它的发射作用相对较弱,卫星感应到的主要是地表发射的辐射。由于气溶胶在两个分裂窗通道上的透过率存在差异,卫星探测到的亮度温度就产生了差异。分裂窗亮度温度差对沙尘性气溶胶很敏感,通过亮度温度差异就可以反推出气溶胶的存在,这就是分裂窗监测沙尘天气的基本原理。气象台预报员通过分析静止气象卫星云图,结合天气预报,就可以对沙尘天气进行预报。


作 者:刘伟东 北京气象学会
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