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卫星气象学是利用人造地球卫星来探测气象要素的科学，也是利用人造地球卫星来探测天气现象的科学，还是利用人造地球卫星来探测下垫面特征信息并研究大气的科学。

卫星气象包含卫星气象学和卫星气象工程。卫星气象学主要研究利用卫星遥感来获取气象参数的原理与方法，同时也研究对遥感信息进行处理和应用。它是在 20 世纪 60 年代初开始出现的一门新兴学科，与多门学科相互交叉，在大气科学中发展最为迅速，是一门极富活力的学科。

内容播报

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近极地太阳同步轨道卫星轨道在 600 左右，先后运用 30 多种传感器，能够提供数值天气预报初始场，且图像数据精度较高；地球同步轨道气象卫星处于相对于地球的静止状态，可连续对同一地区的气象状况进行监测，从更高的轨道每 30 分钟发送一张云图，以此展示云团动态，呈现大气的热力和动力过程。一种卫星装有接收和转发气象信息的功能，这些气象信息来自气球、浮标、船舶和自动记录气象站；另一种卫星也装有同样的功能。所有这些来自不同来源的气象信息综合在一起，已经成为天气分析和预报的重要依据。尤其是在实测非常艰难的海洋、高山、冻土和沙漠地区，卫星气象探测已经成为不可或缺的工具。

卫星气象学主要包括三方面的内容：

气象卫星遥感理论主要研究的内容包括：地球大气和表面对电磁辐射的各种特性，如吸收、发射、散射、反射和极化特性等；还有辐射在大气中的传输规律。

（2）卫星遥感信息处理方法，主要包括：

对卫星遥感的原始测量值进行质量检验，接着进行定标，然后进行定位以及各种校正，最后将其转换成辐射值。

把卫星观测到的辐射值转化为地球大气的各种气象参数，以及把卫星观测到的辐射值转化为地球表面的各种气象参数，同时把卫星观测到的辐射值转化为地球大气的各种地球物理参数，以及把卫星观测到的辐射值转化为地球表面的各种地球物理参数。

3）对处理结果进行质量、真实性检验；

4）各种遥感信息、气象信息、地理信息等的融合、显示。

（3）气象卫星资料的应用研究，主要包括：

卫星云图可应用于天气分析和预报。例如对大尺度天气系统进行监测和分析，对热带气旋进行监测和分析，对中尺度强对流云团进行监测和分析等。在天气预报里，卫星云图如今已是不可或缺且十分重要的工具。

在数值天气预报中应用定量资料。开展多维变分同化系统的研究与开发工作。将卫星遥感的信息输入到数值预报模式中。目前，在美国和欧洲的业务数值预报系统里，输入的观测资料有 85%以上是来自卫星资料。

在对气候变化进行监测和预测方面的应用。有许多气候变化的信号都能够通过卫星观测来获取。当下，国际上那些涉及全球变化与可持续发展的重大研究计划中，气象卫星资料的应用占据着极为重要的地位。

在生态环境和自然灾害监测方面的应用。对针对生态环境特征参数进行数据处理后，能够得出植被、水体、积雪、高温热源、沙尘暴和气溶胶等多种参数的空间分布以及时间变化情况。其应用的领域、所带来的效益以及前景都非常广阔。

研究简史

卫星气象学

1960 年至 1980 年期间，欧洲空间组织各国发射了 130 颗气象卫星，获得大量全球范围的大气探测资料。

1960 年，美国正式发射了首颗气象卫星。到 1984 年，各国陆续发射了 10 多颗气象卫星。我国在 1990 年也发射了第一颗气象卫星。地球上空有若干颗低轨气象卫星，其离地约，绕地球一周约 100 分钟；还有高轨气象卫星，位于赤道上空处且与地球自转同步运动。利用卫星上装备的多种仪器，如电视照相机、扫描辐射仪、红外探测器与微波探测器等。这样就能昼夜不停地获得全球大气层内温度、湿度、密度、气压、风、云、辐射等主要气象要求的时空分布资料。

这些资料包含四类，分别是卫星云图资料、卫星探空资料、卫星测风资料和卫星辐射资料。卫星云图资料包含可见光云图、红外云图，还有云顶高度及其温度，以及地球上冰和雪的覆盖范围、无云区地球表面（陆地和洋面）的辐射温度等；卫星探空资料涵盖温度、湿度、臭氧的垂直分布情况，以及云中含水量和降水强度等；卫星测风资料主要是通过云的运动来估算风向和风速；卫星辐射探测资料包括地-气系统将太阳辐射反射和散射回太空的短波辐射资料，以及地-气系统向太空发射的长波辐射资料。分析和研究这些要素的分布场以及它们的变化规律，能够为气象预报提供依据，也能够为大气宏观物理过程的演变提供依据，并且能使这些依据更全面、更正确。

研究内容

卫星气象学

卫星气象学的研究内容主要有两方面：

研究利用人造地球卫星这一观测平台来探测地球大气各种气象要素的原理，同时研究利用人造地球卫星这一观测平台来探测地球大气各种气象要素的方法，（见大气遥感）。

②研究卫星探测资料如何应用于大气科学研究的各个领域。利用卫星的辐射探测资料来研究地 - 气系统的辐射平衡；凭借温度铅直分布廓线和测风资料为数值天气分析和预报提供大量非常规观测资料；依据洋面海水温度资料、陆地上积雪的覆盖范围以及高纬度地区洋面积冰范围的资料，对海 - 气热量交换作用和气候变化进行研究；通过卫星云图资料识别各种不同的天气系统（像锋面、高空急流、台风、温带气旋、反气旋、雷暴），判别天气系统的发展阶段及其未来的演变趋势，估算台风中的最大风速，以及预估对流云的降水强度等。极轨气象卫星资料并非同一时刻的观测资料。如何将这些不同时刻的观测资料运用到天气图分析和数值预报中，这是一个仍在研究的问题（可参考数值天气预报资料的处理和分析）。在辽阔的洋面以及记录稀少的沙漠和高原地区，卫星云图分析成为天气分析和预报的主要依据。许多国家气象部门发布的天气图，在海洋地区方面，先是依据常规资料进行分析，接着再利用卫星云图进行订正。

研究进程

卫星气象学教材

二十世纪 60 年代初出现了一门新兴学科叫卫星气象学。1960 年 4 月 1 日发射了第一颗专用气象卫星，之后经历了两个重要的发展阶段。

70 年代之前，气象卫星获取的主要资料为云图，其被定性地应用于天气分析、天气预报以及气象研究。70 年代初期，卫星红外辐射仪开始投入业务应用，同时地面资料处理能力有了很大提升，这使得定量或半定量的卫星探测资料开始在大气科学的各个分支中得到应用。

气象卫星探测能力不断提高，对探测资料的处理能力也不断提高。在这种情况下，气象卫星将提供更广泛的卫星气象学资料，包括短时间间隔的多通道普通云图和数值图象资料。这使得卫星云图的分析工作从纯定性分析向半定量和定量分析发展，从以分析大尺度天气系统为主，向同时分析和监视中小尺度天气系统发展，从以气象分析应用为主，向气象、水文、海洋等多学科分析应用发展。

气象卫星对温度、风力和湿度等气象要素的探测精度在提高。同时，要把这些资料更有效地应用于大气模式，以此来改进数值天气预报的结果，这是未来卫星气象学研究的另一个重要方面。

气象卫星测得臭氧和气溶胶的含量，还测得大气上界的射入辐射和射出辐射。这些观测有助于弄清楚控制大气运动的辐射过程。利用卫星对大气和海洋进行观测，能获得相关资料，这些资料有助于研究大气和海洋之间极为复杂的能量交换过程。所有这些气象卫星观测资料，都对气候变化和气候数值模拟的研究有帮助。

卫星气象观测播报

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用遥感器从人造地球卫星上探测地球大气的气象要素以及天气现象，这是一种技术。它是航天技术与遥感技术相结合并应用于气象探测所产生的结果。利用人造卫星探测得到的气象资料，既可以用于研究大气运动，又可以为天气预报提供服务，从而形成了气象学的一个新分支，即卫星气象学。卫星气象观测系统由两部分组成，一部分是空间部分，也就是气象卫星；另一部分是地面系统。地面系统主要包含数据接收与测控站，它是地面系统的一部分；还有数据处理中心，同样属于地面系统；以及数据收集系统，也是地面系统的组成部分；另外还有数据利用站，同样是地面系统的组成部分（详见气象卫星地面系统）。

卫星气象观测具有地面气象观测无法相比的一些特点：

一颗极轨道气象卫星每 12 小时左右就能将全球大气观测一遍。它的一条轨道在地面的扫描条带宽达 2800 公里左右。一颗静止气象卫星能获取地球上近一亿平方公里的气象资料，还能观测到台风系统的全貌以及全过程。

观测次数较为频繁且时效较快：静止气象卫星一般在每 20 分钟左右的时间内就能获得一次观测资料，并且还能够以更短的时间间隔（5 至 15 分钟）获取较小范围的观测资料，这对监视灾害性天气系统是特别有利的。极轨道气象卫星在经过地面台站上空的 10 多分钟时间内，可以获得 1000 多万平方公里的资料。

卫星气象观测不受自然条件的限制，能覆盖海洋、沙漠、高原等人烟稀少地区，也不受国界的限制，从而可以填补这些地区的气象观测资料的空白。

卫星气象观测按卫星所载遥感器接收的电磁波信号来源划分，有被动式和主动式这两类。被动式接收的是大气自身辐射或者对太阳辐射进行反射的电磁波。主动式接收的是遥感器自身向地球大气发射且经地球大气反射回来的电磁波。同时，卫星气象观测按电磁波谱段来分的话，有微波、红外、可见光以及紫外气象遥感。大气辐射、吸收以及窗区大多集中在微波和红外波段，而这些波段是现代气象遥感运用最为频繁的。卫星气象观测依据卫星的轨道被划分成极轨道观测与地球静止轨道观测。气象卫星已然成为世界天气监视网的重要组成部分，卫星气象观测正朝着一颗卫星具备多种用途的方向发展，除了气象方面的功能外，还兼具海洋和环境监测的作用。某些专用气象卫星正在研制之中，例如地球辐射收支卫星和强风暴观测卫星等。在卫星上会进行观测数据的预处理，会增加微波遥感的比重，会使用大天线，会使用多信道微波辐射计和微波雷达与激光雷达等，这些都是卫星气象观测的主要发展趋势。

气象卫星地面系统播报

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数据接收与测控站

数据接收和测控站的组成部分主要有接收系统、测控系统以及通信设备。极轨道卫星系统具备多个数据接收和测控站，然而静止气象卫星系统通常仅拥有一个数据接收和测控站。它的主要作用有：接收气象卫星遥感器感测的信息；接收经由卫星转发的数据收集平台的数据；接收空间环境监测器的信息；接收卫星本身的遥测数据；然后经通信设备把这些信息送往数据处理中心。同时，它还会把卫星控制中心送来的遥控指令发送给气象卫星。静止气象卫星的数据接收与测控站需把数据处理中心发出的高低分辨率云图转发给气象卫星，需把天气传真图转发给气象卫星，需把对数据收集平台的询问信号转发给气象卫星。同时，该站要根据卫星控制中心的指令对卫星进行跟踪测量，并且将测得的数据送到数据处理中心。

数据处理中心

数据处理中心由计算机、外围设备以及相应软件构成。它会对数据接收与测控站送来的信息予以记录和处理，从中提取出各种有用的信息，制作出各种天气图，把各种观测数据转变为定量的气象数据，然后分发给天气预报部门以及其他用户。此外，这个中心还会对整个气象卫星系统进行监视，并且进行指挥调度。数据处理中心配备了高速大容量的计算机。现代常常会采用人机对话系统来处理气象卫星数据。这种系统由数据库管理、应用处理机、显示设备和磁盘等部分组成。它使用起来十分灵活，适应的范围也很广，能够根据用户的实际要求提取和判释更多的有用信息。

数据收集系统

数据收集系统包含大量自动环境数据收集站，这些收集站分别设在陆地、海洋和航空器上，它们也就是数据收集平台。通过配置不同的传感器，能够收集不同的环境数据。收集到的环境数据经采样、量化、编码、调制和放大等处理后，通过天线发送给气象卫星。这些数据涵盖气象、海洋、水文、地震等多个方面。每个气象卫星的数据收集系统能够收集数千个乃至上万个平台的数据。数据收集平台通常被设置在高山等地，像高山、沙漠、海洋、船舶、气球、飞机这些地方，还有人烟稀少的边远地区以及其他需要进行监视的地区。这些平台收集到的数据，会先经由气象卫星进行转发，然后由数据接收站进行接收，最后将数据送给数据处理中心，经过加工处理之后，再分送给有关用户。

数据利用站

数据利用站是一个这样的系统。- 中型数据站，用于接收静止气象卫星发送的高分辨率数字化云图或模拟传真云图。

影响播报

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气象卫星是大气科学中发展迅速且成就显著的一项大气探测技术，卫星气象是大气科学中新兴的分支学科。目前，气象卫星已成为地球大气探测系统的主要成员，卫星气象学正在覆盖地球系统科学的主要方面。

气象卫星投入业务运行后，为短期气候预测提供了有用信息。在天气预报领域，为台风、暴雨、冰雹、暴雪、沙尘暴、龙卷风等灾害性天气的预报提供了更强有力的方式；在短期气候预测领域，提供了更多有价值的参数，像海表水温、雪盖、植被指数等；在环境监测领域，在洪涝、森林草原火情、沙尘暴、雪灾以及海冰等监测方面发挥了重要作用。

其他信息播报

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其它大气科学分支学科

气候学方面的内容；物候学相关的；古气候学的；年轮气候学的；大气化学方面的；动力气象学的；大气物理学的；大气边界层物理方面的；云和降水物理学的；云和降水微物理学的；云动力学的；雷达气象学的；无线电气象学的；大气辐射学的；大气光学的；大气电学的；平流层大气物理学的；大气声学的；天气学的；热带气象学的；极地气象学的；卫星气象学的；生物气象学的；农业气象学的；森林气象学的；医疗气象学的；水文气象学的；建筑气象学的；航海气象学的；航空气象学的；军事气象学的；空气污染气象学的