氣象衛(wèi)星遙感技術(shù)應用與物質(zhì)的光譜特性概述

張國平

摘 要 利用物質(zhì)的光譜特性及波長的分布范圍，使用不同波段區(qū)間的氣象衛(wèi)星遙感器通道接收、記錄物體或現(xiàn)象反射或發(fā)射的電磁波信息，經(jīng)過對信息的傳輸、加工處理及分析與解譯便生成了不同用途的產(chǎn)品。氣象衛(wèi)星除了應用于天氣分析、氣象預報、氣候?qū)W研究外，還廣泛應用于資源與環(huán)境科學的各個領(lǐng)域，如水文學、海洋學、植物學、資源與環(huán)境監(jiān)測、區(qū)域土壤水分分析、災害監(jiān)測等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 氣象衛(wèi)星遙感技術(shù);電磁波;光譜特性;遙感通道;遙感產(chǎn)品及應用

自然界的一切物體都以電磁波的方式向四周放射能量，這種傳播能量的方式稱為輻射。通過輻射傳播的能量稱為輻射能。輻射能是通過電磁波的方式傳輸?shù)?，電磁波的波長范圍很廣，從波長10×10-10 μm的宇宙射線，到波長長達數(shù)千米的無線電波（見圖1）[1]。

圖1 電磁波譜的波長范圍

任何物體都具有光譜特性，具有不同的吸收、反射、輻射光譜的性能。在同一光譜區(qū)各種物體反映的情況不同，同一物體對不同光譜的反映也有明顯差別。遙感技術(shù)就是根據(jù)這些原理，對物體進行感知和測量。

遙感的定義是：在遠離被測物體或現(xiàn)象的位置上，使用一定的儀器設備，接收、記錄物體或現(xiàn)象反射或發(fā)射的電磁波信息（圖2，圖3），經(jīng)過對信息的傳輸、加工處理及分析與解譯，對物體及現(xiàn)象的性質(zhì)及其變化進行探測和識別的理論與技術(shù)。

圖2 波長范圍與傳感器? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3 光譜輻射計的基本構(gòu)成

氣象衛(wèi)星按其軌道特點可分為極軌氣象衛(wèi)星（太陽同步）和靜止氣象衛(wèi)星（地球同步）兩個系列;按空間分辨率可分為高分辨率、中分辨率和低分辨率衛(wèi)星遙感;按常用電磁譜段的不同可分為可見光遙感、紅外遙感、紫外遙感和微波遙感等。

衛(wèi)星主要是被動遙感來自地球和大氣（包括目標物和非目標物）所發(fā)射或反射和散射的電磁波輻射，但由于不同電磁波段輻射亮度的差異、電磁波通過大氣層時的能量衰減以及目標物光譜反射性質(zhì)的不同，衛(wèi)星通常需要選擇特定的波段區(qū)間，以獲取盡可能多的地物信息，這樣的特定波段區(qū)間即衛(wèi)星遙感器的通道。由于衛(wèi)星傳感器接收到的輻射是目標物的輻射，并受到非目標物（背景）的影響和傳輸路徑介質(zhì)的影響，所以選擇通道的目的就是突出所要觀測目標物的信息，并將其他影響降到最小[2]。故衛(wèi)星通道選擇的原則有三點：

（1）選擇最大輻射的波段，使目標物的輻射信號最強， 易于接收和減小誤差;

（2）選擇窗區(qū)和吸收帶，使傳輸介質(zhì)（大氣）對目標物的輻射影響最小;

（3）選擇易于區(qū)分目標物的特定譜區(qū)（可從遙感對象的光譜特性去找）。

常見的衛(wèi)星通道選擇及用途見表1、表2。

表1 無線電波與光的比較

表2 衛(wèi)星通道波段、用途舉例

基于上述衛(wèi)星通道，氣象衛(wèi)星可提供多種多樣的遙感資料。包括：可見光與紅外云圖;一系列氣象與環(huán)境數(shù)據(jù)，如云量、云分布、大氣垂直溫度、大氣水氣含量、云頂溫度、海面溫度、地面溫度、地表植被;以及由上述資料派生的氣象要素，如根據(jù)云的運移計算的高低空風場，根據(jù)云分布、云量及大氣水氣含量計算的降雨分布和強度，由海面溫度分布推算的洋流速度、海冰覆蓋范圍的變化，由地面溫度推算的土壤濕度、積雪覆蓋范圍等參數(shù)。因而氣象衛(wèi)星除了應用于天氣分析、氣象預報、氣候?qū)W研究外，還廣泛應用于資源與環(huán)境科學的各個領(lǐng)域，如水文學、海洋學、植物學、資源與環(huán)境監(jiān)測、區(qū)域土壤水分分析、災害監(jiān)測等領(lǐng)域。

氣象衛(wèi)星針對不同的觀測對象、不同的觀測任務，進行了針對性的觀測，進行相應處理后便生成了不同用途的產(chǎn)品。目前已經(jīng)業(yè)務化使用的產(chǎn)品有如下18種：①氣象衛(wèi)星射出長波輻射產(chǎn)品;②氣象衛(wèi)星海面溫度監(jiān)測產(chǎn)品;③氣象衛(wèi)星大氣探測產(chǎn)品;④靜止氣象衛(wèi)星導風產(chǎn)品：也稱云跡風產(chǎn)品;⑤氣象衛(wèi)星臺風指導產(chǎn)品;⑥氣象衛(wèi)星積雪覆蓋監(jiān)測產(chǎn)品;⑦氣象衛(wèi)星海冰監(jiān)測產(chǎn)品;⑧氣象衛(wèi)星火情監(jiān)測產(chǎn)品;⑨氣象衛(wèi)星水情監(jiān)測產(chǎn)品;⑩氣象衛(wèi)星植被監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星干旱監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星霧監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星沙塵暴監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星河口泥沙監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星城市熱島效應監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星輻射亮度溫度監(jiān)測產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星云圖產(chǎn)品;?氣象衛(wèi)星環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集產(chǎn)品。

參考文獻

[1] 楊軍，咸迪，唐世浩.風云系列氣象衛(wèi)星最新進展及應用[J].衛(wèi)星應用，2018（11）：8-14.

[2] 咸迪，方翔，徐喆.新一代氣象衛(wèi)星遙感應用服務平臺設計研究[C].第34屆中國氣象學會年會.第34屆中國氣象學會年會S21新一代靜止氣象衛(wèi)星應用論文集.鄭州：國家衛(wèi)星氣象中心，2017：111.