遥感教程第14-4页

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简要介绍了气象卫星编队发射的历史背景。描述了第一个美国小组，Tiros系列。对Nimbus计划的更深入讨论，包括一张列出了该系列仍在飞行中使用的各种仪器的表格，阐述了它的成就。举例说明所选的仪器有：hrir、idcs、scmr、esmr、smmr、toms和sbuv；还提到了其他传感器。这里提到的NOAA卫星，如果它们支持这些传感器的话。

美国气象卫星计划的正式启动可以追溯到1959年2月先锋2号的发射，就在我们第一颗成功的卫星探索者1号12个月后。由于姿态不稳，宇宙飞船失败了。在下一次尝试中，由于探索者6的轨道不正确，导致了一些低分辨率的地球图片。美国国家航空航天局在1959年10月13日的“探险家7号”上取得了成功，它搭载了由美国卫星气象学先驱Verner Suomi及其同事设计的辐射计。该仪器利用传感器上的黑白半球进行校准，测量太阳和地球的辐射能量（确定反射和吸收成分），以估计辐射平衡。

Tiros和Nimbus

第一个实验气象学系列始于1960年4月1日发射的Tiros-1。tiros代表电视和红外观测卫星。主要的仪器是一个摄像机，它是一个经过修改的电视摄像机，可以扫描500行，每行包含500个像素。虽然主要是为了了解这种卫星对气象学的贡献，但tiros（和nimbus）都为地球资源应用的土地观测提供了有用的见解。

我们在这里展示了Tiros-1返回的近23000张图像中的一张：

TIROS-1 image.

` <>`__14-8 ： Why is there a blocky disjointedness associated with this image?` <Sect14_answers.html#14-8>`__ **ANSWER**

TIROS-2包括中分辨率红外辐射计（MRIR）。Tiros-8摄像机具有800线分辨率，是第一个使用自动图像传输（APT）技术的摄像机。Tiros系列（共10个）是在48°到58°之间的轨道倾斜之后的非极性系列。前八个tiros通过以12转/分钟的速度旋转来保持方向，这限制了相机指向地球的时间。Tiros-9遵循“车轮”旋转模式（垂直于轨道平面的旋转轴），这有助于覆盖图像，允许用户可以拼接图像条，以提供全球合成：

TIROS-9 mosaic global composite image.

下一个Metsats车队是Nimbus系列（共7个），主要致力于研究和开发实验。我们将本系列中使用的仪器命名为：

Nimbus-series instrument chart.

1964年8月28日发射的Nimbus-1是第一个进入太阳同步轨道（现在是标准轨道）的卫星。它使用了一种三轴稳定技术（基于飞轮），使其始终指向地球。它携带了一些仪器，包括先进的摄像机系统（AVCS，一个APT）和高分辨率红外辐射计（HRIR），其工作间隔为3.6-4.2微米。接下来是在西欧上空拍摄的Nimbus1-hrir图像的一个例子（请注意，相对于南部国家，德国和瑞典的扭曲扩大了，意大利人可能会因“靴”的缩小而感到愤慨！）.底部是美国东南部的可见图像解剖摄像系统（IDCS）图像，如Nimbus 3所示：

Nimbus-3 IDCS image of the southeast U.S.

为了比较在可见光（左）和热红外中获得的信息，请看Nimbus4同时获得的墨西哥湾图像对。

Nimbus-4 images (visible and thermal infrared) of the Gulf of Mexico, November 2 1978.

` <>`__14-9 ： 热成像显示了延伸的一组漩涡状白色图案。这些云或是墨西哥湾海水中的热模式？为你的结论引证一条合乎逻辑的线索。 **ANSWER**

在下一幅图中（作者第一次研究 [NMS] 在他转变成一名遥感专家后），我们可以感受到一个人在1.1公里（0.7英里）分辨率下所能看到的东西，这是由Nimbus3上的IDCS可视频道提供的。在最佳的观看条件下（没有云），怀俄明州西南部的部分地区和犹他州的一些地方出现在这里。

盆地通常具有很强的反射性，由于与常绿植被相关的暗色调，山脉往往会分开。将这张图片与作为我怀俄明州项目的一部分，作为怀俄明州大学地质系的联合调查员，为我（NMS）制作的整个怀俄明州的Landsat 1 MSS马赛克进行比较：

` <http://wtlab.iis.u-tokyo.ac.jp/wataru/lecture/rst/Sect2/nicktutor_2-8.html>` __.

14-10 ： This Nimbus image was the first remote sensing product ever worked on by the writer (NMS) when I transferred in 1970 from the planetary to the remote sensing programs at NASA Goddard Space Flight Center. Then, I took the Landsat mosaic into the field a few months after that satellite sent its first pictures in July of 1972. Just for fun, why don't you fit the Nimbus image into the Landsat mosaic - and check the answer. **ANSWER**

Nimbus3（1969年4月14日）也是第一个广泛使用大气探测器的公司，其红外干涉仪光谱仪（IRIS）工作在6微米到25微米之间，卫星红外光谱仪（SIRS）在15微米区域进行传感。Nimbus4（1970年4月8日）携带了后向散射紫外线（buv）辐射计，成为第一个测量大气臭氧的气象卫星。

Nimbus 5上的两个仪器（1972年12月11日）具有特殊意义。表面成分映射辐射计（SCMR）使用两个热波段（8.4-9.5微米和10.2-11.4微米）来生成颜色编码的温度图，例如佛罗里达和古巴以及周围水域的图像，该图像由8.8微米通道制成：

两个波段测量的辐射温度比提供了对SiO的定性估计。2 岩石和土壤含量。这个过程使用了“restrahlen”的概念，这是一个德国术语，指的是由于与硅氧键相关的共振振动而降低的发射率。随着二氧化硅含量的增加，发射率降低更多，并且随着波长变长而变化。

` <>`__14-11: How might this silica shift be used practically? **ANSWER**

Nimbus-5上的电子扫描微波辐射计（ESMR）以19.35GHz频率（1.55cm波长）工作，以感应表面和大气的亮度温度。这台仪器能够感应表面冰的温度，特别是在极地地区，如这一系列地图所示，这些地图绘制了1974年南极洲周围的月冰覆盖率。ESMR也是第一个使用微波吸收通过量化光学深度的增加来估计降水量（降雨率），这与较高的亮度温度有关。Nimbus6上的ESMR（1975年6月12日）设置为37 GHz（0.81 cm）。

Time series of maps plotting the percentage of ice cover around Antarctica on a monthly basis in 1974, taken by the ESMR on Nimbus-5.

在Nimbus 7（1978年10月24日）和Seasat上飞行的扫描多通道微波辐射计（SMMR）由一个5通道（0.81、1.36、1.66、2.80、4.54 cm）双偏振仪组成，它为许多应用提供有价值的数据：海洋环流、低空风、水蒸气、云水含量、海冰类型、外部耳鼻喉科，集中，积雪和水分，降雨率。印度洋和南亚1986年几个月的热带降雨数据就是这样一个产品：

Monthly mean rain rates over the Indian Ocean and South Asia for 1984, taken by the SMMR on Nimbus-7.

SMMR在1985年监测了南极大陆架的冰，在这里显示了四个月：

Four maps at different seasons in 1985, showing ice buildup (in reds, yellows, and browns) around the Antarctic perimeter; image data from SMMR on Nimbus 7.

Nimbus 7上第一台仍在运行的总臭氧测绘光谱仪（TOMS）测量0.312、0.317、0.331、0.340和0.380μm处的紫外线反射率。它根据0.312/0.331μm波长的返回比计算臭氧量。作为全球臭氧图的一个例子，这里是1992年5月14日获得的数据图。

Total global ozone map taken by Nimbus-7/TOMS on May 14, 1992.

（注：多布森单位是多布森分光计在4个波长下的响应，从地面到外层大气的总臭氧可以测量，然后作为相当于0.01 mm厚的压缩臭氧柱重新计算，测量范围为东部以拉布拉多为中心的固定区域。加拿大注册护士，调整到1个大气压和0°C。）

在上面的地图中，春季高纬度地区的臭氧含量较高。更接近赤道的较低值值得关注，因为高臭氧含量提供了更大的保护免受有害紫外线辐射。

自1992年以来，南极臭氧洞的范围扩大了。这是一张以南极洲为中心的汤姆斯图像，2000年9月，该图像显示了迄今为止记录的最大范围的高臭氧层；自那时以来，这个洞已经缩小了一点。

TOMS map of the distribution of Ozone in the Southern Hemisphere in September, 2000.

我们也可以用Toms来监控2 在大气中。在一些主要的火山爆发之后，它追踪到了大量的SO云。2 -世界上大部分地区每天向高层大气注入丰富的火山灰和气体，直到它们在探测水平以下消散。这是1991年6月20日菲律宾皮纳图博火山喷发产生的云的状况。

Colored Nimbus-7/TOMS image monitoring the sulfur-dioxide in the atmosphere during the Mt. Pinatubo eruption on June 20, 1991.

事实证明，TOMS在监测其他类型的大气扰动方面非常有用，例如持续时间长的大规模烟雾积聚。从1999年9月到11月，印度尼西亚和其他地方的森林火灾导致了一条巨大而漫长的气体通道，这些气体被风向西吹到非洲。此TOMS图像应该烟雾和相关云接近其最大范围：/p>

Smog and clouds that built up from widespread burning of forests and grasses in Indonesia and neighboring countries in 1997; a TOMS image.

第一个太阳后向散射紫外（SBUV）传感器安装在Nimbus7上（也就是NOAA-9、-11和-14上的SBUV/2），共用一些Toms组件。SBUV在紫外线区域有12个通道，覆盖范围在160到400纳米之间。下图为南极（Austral）春季的SBUV/2臭氧分布图（以多布森单位表示）。然后，下面是2000年和1999年9月至12月该区域覆盖区域的图形数据集，以及总结1990-99年分组数据的三条曲线：

|所示月份和年份的南极臭氧空洞的面积范围；SBUV数据。γ

tiros和nimbus项目都是由美国宇航局发起的。随后的两个系列中，NOAA作为主要参与者，最终成为运营商。

主要作者：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@nationi.net