气象卫星遥感技术应用与物质的光谱特性概述

张国平

摘 要 利用物质的光谱特性及波长的分布范围，使用不同波段区间的气象卫星遥感器通道接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息，经过对信息的传输、加工处理及分析与解译便生成了不同用途的产品。气象卫星除了应用于天气分析、气象预报、气候学研究外，还广泛应用于资源与环境科学的各个领域，如水文学、海洋学、植物学、资源与环境监测、区域土壤水分分析、灾害监测等领域。

关键词 气象卫星遥感技术;电磁波;光谱特性;遥感通道;遥感產品及应用

自然界的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。通过辐射传播的能量称为辐射能。辐射能是通过电磁波的方式传输的，电磁波的波长范围很广，从波长10×10-10 μm的宇宙射线，到波长长达数千米的无线电波（见图1）[1]。

图1 电磁波谱的波长范围

任何物体都具有光谱特性，具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。遥感技术就是根据这些原理，对物体进行感知和测量。

遥感的定义是：在远离被测物体或现象的位置上，使用一定的仪器设备，接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息（图2，图3），经过对信息的传输、加工处理及分析与解译，对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。

图2 波长范围与传感器                                     图3 光谱辐射计的基本构成

气象卫星按其轨道特点可分为极轨气象卫星（太阳同步）和静止气象卫星（地球同步）两个系列;按空间分辨率可分为高分辨率、中分辨率和低分辨率卫星遥感;按常用电磁谱段的不同可分为可见光遥感、红外遥感、紫外遥感和微波遥感等。

卫星主要是被动遥感来自地球和大气（包括目标物和非目标物）所发射或反射和散射的电磁波辐射，但由于不同电磁波段辐射亮度的差异、电磁波通过大气层时的能量衰减以及目标物光谱反射性质的不同，卫星通常需要选择特定的波段区间，以获取尽可能多的地物信息，这样的特定波段区间即卫星遥感器的通道。由于卫星传感器接收到的辐射是目标物的辐射，并受到非目标物（背景）的影响和传输路径介质的影响，所以选择通道的目的就是突出所要观测目标物的信息，并将其他影响降到最小[2]。故卫星通道选择的原则有三点：

（1）选择最大辐射的波段，使目标物的辐射信号最强， 易于接收和减小误差;

（2）选择窗区和吸收带，使传输介质（大气）对目标物的辐射影响最小;

（3）选择易于区分目标物的特定谱区（可从遥感对象的光谱特性去找）。

常见的卫星通道选择及用途见表1、表2。

表1 无线电波与光的比较

表2 卫星通道波段、用途举例

基于上述卫星通道，气象卫星可提供多种多样的遥感资料。包括：可见光与红外云图;一系列气象与环境数据，如云量、云分布、大气垂直温度、大气水气含量、云顶温度、海面温度、地面温度、地表植被;以及由上述资料派生的气象要素，如根据云的运移计算的高低空风场，根据云分布、云量及大气水气含量计算的降雨分布和强度，由海面温度分布推算的洋流速度、海冰覆盖范围的变化，由地面温度推算的土壤湿度、积雪覆盖范围等参数。因而气象卫星除了应用于天气分析、气象预报、气候学研究外，还广泛应用于资源与环境科学的各个领域，如水文学、海洋学、植物学、资源与环境监测、区域土壤水分分析、灾害监测等领域。

气象卫星针对不同的观测对象、不同的观测任务，进行了针对性的观测，进行相应处理后便生成了不同用途的产品。目前已经业务化使用的产品有如下18种：①气象卫星射出长波辐射产品;②气象卫星海面温度监测产品;③气象卫星大气探测产品;④静止气象卫星导风产品：也称云迹风产品;⑤气象卫星台风指导产品;⑥气象卫星积雪覆盖监测产品;⑦气象卫星海冰监测产品;⑧气象卫星火情监测产品;⑨气象卫星水情监测产品;⑩气象卫星植被监测产品;?气象卫星干旱监测产品;?气象卫星雾监测产品;?气象卫星沙尘暴监测产品;?气象卫星河口泥沙监测产品;?气象卫星城市热岛效应监测产品;?气象卫星辐射亮度温度监测产品;?气象卫星云图产品;?气象卫星环境监测数据集产品。

参考文献

[1] 杨军，咸迪，唐世浩.风云系列气象卫星最新进展及应用[J].卫星应用，2018（11）：8-14.

[2] 咸迪，方翔，徐喆.新一代气象卫星遥感应用服务平台设计研究[C].第34届中国气象学会年会.第34届中国气象学会年会S21新一代静止气象卫星应用论文集.郑州：国家卫星气象中心，2017：111.