遥感教程第14-1页¶
The earliest applied uses of space satellites were in communications and meteorology. The first U.S. meteorological satellite was TIROS-1 launched in April of 1960. Since then NASA, NOAA and other agencies (e.g., DOD) have sent scores of satellites in Earth orbit or into geostationary positions, using increasingly sophisticated sensors to observe various properties of the terrestrial atmosphere, and its climate changes. Other nations have followed suit, so that today TV Weather reports always contain supporting imagery showing regional meteorology ranging from local areas to entire continents. Meteorology itself is a major component of the Hydrologic Cycle which also embraces Oceanography and land Hydrology. This first page considers the general background to "metsat" observations and cites references on the Net and in books that provide the interested user of this Tutorial with sources that expand knowledge of the principles of Meteorology/Oceanography and other aspects of the "water world". Some quality links to other weather-oriented sites are given.
水行星：气象学、海洋学和空间水文学¶
水文循环；气象卫星（通用）¶
（Christopherson，R.W.，地理系统：自然地理学导论，第2版）1994。经新泽西州上萨德尔河普伦蒂斯·霍尔许可复制）
` <>`__14-1 ： 图中什么是水迁移量最少的原因？图中未引用哪类临时蓄水？ **ANSWER**
与这张图表相关的数字清楚地表明，海洋不仅拥有地球上大部分的水，而且是不断循环利用水的大部分降水的来源。水在运输过程中以循环（风驱动）可见云和不可见水蒸气的形式出现，或以水在河流系统中流动的形式出现。除了占地球表面或附近水量98%的海洋体积外，大部分剩余部分是冰，主要分布在南极和格陵兰岛、雪（大部分是季节性短暂的）和淡水湖。
大多数遥感观测往往是二维的，也就是说，传感器观察表面或非常接近表面。地球物理遥感在某种程度上是三维的，因为所使用的仪器可以提供有关地壳上岩石（例如沉积岩剖面）和结晶基底地壳的信息，一些技术提供有关地幔甚至地核的信息。气象遥感的主要目的是观测大气剖面——地面上的空气柱，其温度、压力和成分各不相同。如图所示，对该大气地幔进行了划分，也显示了温度随海拔（高于地面的高度）的一般变化：
来自卢根斯和塔巴克的《大气》
人造卫星的出现（1957年）为直接观察大陆和岛屿的大气特性、天气系统、海洋学条件和水径流开辟了广阔的视野。我们可以很容易地将在短时间内获得的一系列相邻场景以马赛克的形式组合起来，以便在每天的基础上提供全球覆盖。随着时间的推移，放置在地球同步轨道上的卫星几乎可以瞬间覆盖地球的半球，从而可以迅速更新世界几乎任何地方的云台和环流模式。具有讽刺意味的是，对陆地和公海（即云）的观测造成损害的正是气象卫星（metsats）的主要目标。随着更多的通用传感器的发展，它们定量地监测各种其他大气或海洋学性质，如平流层、对流层温度、地球辐射收支、空气化学（如臭氧、一氧化碳、二氧化碳等）。2 硫化合物和气溶胶）、风和海流运动、海冰和海洋生物营养素。
` <>`__14-2 ： 在气象卫星中，传感器系统的什么空间属性是最理想的？ **ANSWER**
常识告诉我们，卫星或宇宙飞船在地球上几百到几千公里的地方向下看，一次可以看到大面积的区域。云和其他天气现象扫描过广阔的前景将给气象学家一个更好的处理移动的天气系统。这在人造卫星发射后成为可能；对早期利用空间进行气象研究的一些努力作了简要介绍 page 14-4 . 我们展示了一幅图像，它肯定在气象工作者中引起了兴奋——这表明全景方法的价值——甚至在轨道卫星上线之前。这是一幅由一架在1974年从位于新墨西哥州白沙试验场的发射场发射的高空飞行的蜜蜂火箭拍摄的照片拼图（作者 [NMS] 1947年，他第一次在那里发射V-2火箭，当时，作为德克萨斯州《布利斯堡报》的记者，他被派去采访著名的沃纳·冯·布劳恩。北半球的一个重要部分，有着各种各样的云系统，在这幅合成图中被观察到。
美国有史以来第一颗在地球轨道上专门设计用来对地表和地表上的情况进行成像和监测的卫星是1960年4月1日美国国家航空航天局成立后不久发射的名为Tiros-1的气象卫星。看起来像这样。
它由外部9260块太阳能电池板收集的太阳能供电。由于它的直径很小（42英寸或106厘米），它携带了两个电视摄像机，一个低，另一个高分辨率。这是“亚当”号气象卫星拍摄的第一张照片。
从1959年到1994年，许多国家发射了卫星（大约270颗——少数失败了），如美国、前苏联/俄罗斯、日本、中国、印度、意大利、法国和欧洲航天局，主要是为天气系统监测和预测并开展科学研究，以更好地了解大气、海洋、地球力场（电离层和磁层）、太阳辐射和环境的相关方面。相比之下，到目前为止，他们用较少的卫星进行陆地观测。宇航员在水星、双子座、阿波罗、航天飞机和和平号飞行中进行了气象实验。
显然，迄今为止，从空间平台操作的远程传感器最广泛的应用是将水——无论是在海洋、湖泊、溪流中还是在空气中——作为水蒸气——作为地球系统的主要功能。但是，随着传感器的改进，测量大气中温度和间接压力（高低）、风速和空气质量运动速率的能力以定量的方式成为可能。但是，气象卫星（也被称为 气象卫星 ）从一开始就可以观察到云。大多数云的形成（积云、层云、Nimbus及其组合）在类型上都是直接和明显的，但云所表现出的一些不寻常的大气效应值得特别注意。
最引人注目和最常见的云模式之一是与主要低谷相关的螺旋状漩涡，该低谷会带来雨水，甚至更强烈的风暴，如飓风。广域视野可以涵盖由低空云组成的整个云系。这张即将到来的风暴低（漩涡逆时针移动）接近加利福尼亚海岸的照片是由奥比威-2号卫星上的Seafis仪器拍摄的。低空被压缩成椭圆，因为这张图实际上是面向地平线的，导致风暴云由于地球的弯曲而扭曲。
陆地卫星图像的比例，一个侧面覆盖180公里，特别适合在一些细节上显示云，但在一个区域，它们的背景被很好地显示出来。
这张陆地卫星图像显示了在太平洋上空大约7-10英里（10-15公里）的层积云单元的模式。当温暖的空气在海洋的对流单元中上升并冷却，使云凝结，冷空气随后在单元的两侧下沉。云细胞之间的暗空间不是海洋本身，而是与下沉的空气有关的一薄层低反射水汽。
在科拉半岛附近的巴伦支海拍摄的这张陆地卫星图像中，层积云经常会以波浪的形式排列，很像沙丘上的波纹痕迹：
图中肯尼亚上空出现的线性积云，现在已破碎，但仍排列整齐：
下一幅由地面上的MISR传感器拍摄的图像被称为“云街”。一系列漩涡，被称为von karman漩涡，是由比尔斯堡火山（约2.2公里高）背风侧的层积云形成的，该火山位于冰岛以东600公里的扬马延岛（挪威）。流经这一局部障碍物的风会引起旋转扰动，这些扰动在顺风方向表现为漩涡。
正如您将在随后的页面上看到的，大多数主要目的是收集气象观测和大气特性数据的卫星产生的图像覆盖的范围比上述例子更广。一颗非气象卫星HCMM（热容测绘任务）有一个FOV，产生716公里（447英里）的幅宽。它产生了许多云量丰富的图像，其中每个云组的细节都很明显。考虑一下这张图，它显示了在巴哈加利福尼亚西部太平洋的冯卡曼云旋涡。它们开始在海岸附近形成，因为由当地海岸对流引起的下沉空气形成了漩涡运动，产生了这些云层，云层的底部大约在海面以上300米（1000英尺）处。
|HCMM Day-VIS image of stratocumulus clouds off the Baja California coast. |
现在考虑下一对1978年12月5日当天拍摄的HCMM图像，它揭示了空气质量的一些特征。顶部图像位于可见的近红外（0.5-1.1微米）图像中；底部是热红外（10.5-12.5微米）图像。
乍一看，上面的图像看起来像一排云，延伸到一个毫无特色的寒冷物体上，这个物体可能是某个地方的海洋。但底部图像显示，暗区为陆地，云层为均匀冷区。与德克萨斯州北部和俄克拉荷马州南部边界附近较温暖的陆地相比，现在的云层区域是均匀的黑暗，因此非常寒冷。在上面的图像中，陆地表面是均匀的冷，因此没有特征。在底部的图像中，可见陆地和冷云之间的边界显示了北方较冷的空气团和南方较热的空气团之间的锋。
作为他们的最终成就，气象卫星可以提供近乎实时的 全球的 覆盖我们星球活跃但短暂的天气系统。正如我们即将看到的，极地和地球静止轨道卫星都提供了有助于这一点的观测。这张1983年的云图和海冰图很好地说明了这一世界观：
对大多数公众，包括许多技术领域的公众来说，地球观测卫星进入日常生活的一次入侵发生在电视新闻的天气部分。我们熟悉我们家乡上空云层的天气图，以及我们所居住的大陆的全景图。这些气象图通常来自安装在地球静止卫星上的传感器上的可见和热红外波段。更常见的是由地面多普勒雷达系统生成的扫圆图像。无线电信号从微粒（如雨滴或冰）上反弹（被微粒散射），然后返回天线，估计降水量和风速（使用多普勒原理 [see page 8-2] ，频率增加 [减少] 当反射粒子向 [远离] 雷达站）。
目前，在美国，国家海洋和大气管理局（NOAA）的国家气象局（NationalOceanographicandAtmospherAdministration）运行着大多数气象雷达。他们的下一代雷达（nexrad）网络由遍布全国164个站点的S波段雷达组成。该系统尤其能探测和警告暴风雨、龙卷风和洪水产生的暴雨。这里有两个例子：顶部的云模式和底部的降水，对于48个州，从AccuWeather网站下载。 (http://www.accuweather.com) ②在这段文字写出来的那天。
通过将频繁的观测安排成一个延时序列（通常在过去6到24小时的间隔内），该系统创建并显示了一部从本地到大陆尺度推进天气系统的“电影”。.
` <>`__14-3 ： What particular types of weather maps or images do you remember seeing on the Weather segments of the local news shows you watch on TV?` <Sect14_answers.html#14-3>`__ **ANSWER**
（作为附加说明，由于本节中没有其他地方与以下信息相关：1）地球上记录到的最热温度是在利比亚的阿齐齐亚-57.8°C或136°F。 [加利福尼亚州死亡谷曾一度达到134华氏度] ；2）最冷的地方是-89°或-121°F；3）最潮湿的地区是哥伦比亚的拉罗周围，一年内降雨量为323.6英寸。）
第14节回顾了使用卫星监测地球天气系统、海洋、河流和冰雪的日常变化以及对控制地球气象状态的大气和水圈相互作用进行长期研究的历史和成就。这个主题是巨大的值得自己的网站和许多网站现在存在，正如你可以确定做一个互联网搜索。我们只介绍了观察类型的摘要，主要是通过在这个简短、简单和广义的处理中呈现图像和一些图表。我们强调了气象应用，简要概述了选定的海洋学（地表温度、海况、水流和浮游植物分布）和水文（洪水、蓄水和排水系统）的用途。许多通过本教程学习的人可能缺乏气象学方面的知识，甚至更缺乏海洋学和水文学方面的知识。对于那些寻求更广泛的概述或希望深入研究更大的技术和科学细节的人，我们建议仔细阅读良好的入门气象学或海洋学文本，或者更好的是，阅读自然地理文本中的相关章节，例如：
卫星气象学：导论，S.Q.Kidder和T.H.Vonder Haar，1995年，学术出版社，p466。
天气预报中的图像：解释卫星和雷达图像的实用指南，1994年，剑桥大学出版社。
《今日气象学：天气、气候和环境导论》，1995年，C.D.Ahrens，西方出版公司。
《大气》，F.K.Lugens和E.J.Tarbuck，1993年，普伦蒂斯霍尔。
介绍性海洋学，H.V.Thurman，1988年，麦克米伦出版社。有限公司。
介绍自然地理，A.Strahler和A.Strahler，1994，J.Wiley&Sons
地理系统：自然地理导论，R.W.克里斯托弗森，1992，麦克米伦出版社。有限公司。
此外，欧洲气象组织还准备了一个关于卫星气象学的网站课程。若要访问此网站，必须首先通过此网站获取用户名和密码 address . 在那里，点击卫星气象学。然而，作者在网上冲浪了一周后，却没有找到一个真正全面的教程来探索气象学的基础。（如果您知道一个，请联系NMS。）这里是一个由NOAA运营的通用网站，可以快速浏览：http://www.ncdc.noaa.gov/。点击搜索NCDC。您可以在搜索框中输入任何适当的词或关键字。一个好的开放选择是“气象卫星”。另外两个国家海洋和大气局感兴趣的地点在 NESDIS 和 NWS (National Weather Service) . 也可以访问usatoday维护的网站http://www.usatoday.com/weather/wfront.htm。该站点中有三个要点击的地方：基础知识、主题索引和预测。伊利诺伊大学的网站上也提供了一些指导，网址为 Current Weather User Guide . 有关美国气象卫星的全面但一般的审查，请访问佛罗里达州立大学维护的网站：http://www.met.fsu.edu/exploves/guide。通过探索这些地点，以及他们所指的其他地点，你应该熟悉那里的天气和气候。另一个有点教程方法的站点是 Project Atmosphere Canada 一系列教学页。
不幸的是，网上可获得的海洋学或水文学指导资料较少。因为互联网每天都在增长，所以你可以尝试在你的互联网搜索框中输入那些关键术语。现在，让我们考虑一些支持卫星气象学的基本原则和概念。