第二篇-卫星图象的分析基础(4)

图2.22 短波红外（SIR 3.7）+ 长波红外分裂窗（IR 4 + IR 5）合成图

五、MODIS 1(0.659?m)、3(0.470?m)、4(0.555?m) 三个通道可见光合成图，卫星在MODIS 3(0.470?m)接收的辐射与水色密切相关，入射太阳辐射的蓝色部分可以透射清洁水（一类水）较深深度，其反射率低，由这一通道可以区别海洋水的类别；对于MODIS谱段4(0.555?m)，大气中的霾的反射率大于地表，可以很好地区分霾；对于MODIS谱段1(0.659?m)，可以区分水陆边界，将这三谱段的特性合成可以区分水体、陆水边界，大气中的霾。如图2.23中，A呈暗灰色，是笼罩华北地区的霾； N呈浅白色，是渤海湾沿岸的海冰；S呈白色，是山东半岛的积雪；C呈白色，是淮河域地区的雾；F呈深蓝色，是远离陆地的一类海水；E呈黄色，是苏北沿岸的混浊水。

图2.23 MODIS 1(0.659?m)、3(0.470?m)、4(0.555?m) 三个通道可见光合成图（2009.11.5）

六、MODIS 1(0.659?m)、2(0.865?m)、7(2.100?m)三通道路合成图，其中MODIS谱段2(0.865?m)是近红外谱段，主要特点是水陆边界很清楚，利用MODIS谱段7(2.100?m)可将冰云和水云区别开，将这三个通道合成一张图，就可以区别冰云和水滴组成的云，陆地与海洋的边界，如图2.24中，B呈天蓝色，是雷暴顶部的卷云砧，A呈白色，是水滴构成的低云；F呈暗蓝色，是渤海湾海水，E是陆地，海陆界线十分清楚。

图2.24 MODIS 1(0.659?m)、2(0.865?m)、7(2.100?m)三通道路合成图

七、MODIS 3(0.470?m)、6(1.640?m)、7(2.100?m) 三通道路合成图，其中利用谱段MODIS 6(1.640?m)1.6微米通道容易区分云和积雪。如图2.25中，在近红外波段，雪的反射率随波长显著减小，而云的反射率只有很少减小，在1.6微米波长处两者的反射率有明显差异，因此将可见光云图与近红外1.6微米结合分析，容易区分雪和云。

图2.25 MODIS3(0.470?m)、6(1.640?m)、7(2.100?m) 三通道路合成图

第二章 卫星云图上云的识别

第一节 识别云的判据

在卫星云图上，可以根据以下六个判据识别云的类型：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理，下面分别叙述。

一、结构形式

在云图上，所谓结构型式是指目标物对光的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不同明暗程度物象点的分布式样，这些物象点的分布可以是有组织的，也可以是散乱的，即表现为一定的结

构型式。卫星云图上云的结构型式有带状、涡旋状、团状（块）、细胞状和波状等。

由云的结构型式有助于识别云的种类和云的形成过程，如：冬季洋面的开口细胞状云系，是由积云或浓积云组成，它是冷空气到达洋面受暖海面加热变性而形成的；大尺度的带状云系主要是由高层云和高积云组成的；团状云块一般是积雨云等。

由云的分布型式有助于识别天气系统，如锋面、急流呈带状云系，台风、气旋（低压、冷涡）具有涡旋结构等。

在一张云图上，常包含有许多复杂型式，并且有些型式是相互重叠的，这种重叠型式常是由于陆地地貌、水、冰雪和云同时存在引起的，或者是由于高、中、低云同时造成的，这种复杂型式的分析要很仔细，可借助不同时相和多通道云图相互比较，以及对物象的认识，判别结构型式和形成原因。

二、范围大小

在卫星云图上，云的类型不同，其范围也不同。如与气旋、锋面相连的高层高积云和卷云的分布范围很广，可达上千公里；而与中小尺度天气系统相联的积云、浓积云和积雨云的范围很小。因此从云的范围可以识别云的类型、天气系统的尺度和大气物理过程。如在山脉背风坡一侧出现的排列相互平行的细云线，就能知道这是山脉背风坡一侧重力波形成的。 三、边界形状

在卫星云图上，各类物象都有自已的边界形状，所以根据不同的边界可以判别各类物象。各种云的边界形状有直线的、圆形的、扇形的，有呈气旋性弯曲的、也有呈反气旋性弯曲的，有的云（如层云和雾）的边界十分整齐光滑，有的云（积云和浓积云）的边界则很不整齐。

云的边界还是判断天气系统的重要依据，如急流云系的左界整齐光滑，冷锋云带呈气旋性弯曲等。

四、色调

色调有时也称亮度或灰度，它是指卫星云图上物象的明暗程度。不同通道图象上的色调代表的意义也不同。如可见光云图上的色调与物象的反照率、太阳高度角有关。对云而言，其色调与它的厚度、成份（水滴或冰粒子性质）和表面的光滑程度有关。云的厚度越厚，反照率越大，色调越白，大而厚的积雨云的色调最白，因此由云的色调可以推算云的厚度。在相同的照明和云厚条件下，水滴云要比冰云白。对水面的色调取决于水面的光滑程度、含盐量、混浊度和水层的深浅，一般地说，光滑的水面（风很小）表现为黑色；水层越浅，水越混浊，则其色调越浅。

在红外云图上， 物象的色调决定于其本身的温度，温度越高色调越黑。由于云顶温度随大气高度增加而降低，云顶越高，其温度越低，色调就越白；因此根据物象的温度能判别云属于那一种类型和地表。积雨云和卷云的色调最白，夏季白天沙漠地区，温度高，色调很黑。

在短波红外云图上，白天物象一方面反射太阳辐射的同时，其以自身的温度发出短波红外辐射，所以图象上的色调不仅取决于反照率，还决定于温度，造成图象十分复杂，根据色调识别物象很困难。

在水汽图上，根据色调可以识别水汽分布，但是由水汽图也能判别积雨云和卷云。

五、暗影

暗影是在一定太阳高度之下，高的目标物在低的目标物上的投影。所以暗影都出现于目标物的背光一侧边界处。暗影只能出现于可见光云图上，它反映了云的垂直分布状况。由暗影可以识别云的类别。在分析暗影时要注意以下几点：

1）暗影的宽度与云顶高度有关，云顶越高，暗影越宽。

2）暗影的宽度与太阳高度角有关，太阳高度角越低，迎太阳一侧云的色调越明亮，背太阳光一侧出现暗影。所以冬季中高纬度地区或早晨的卫星云图上，一些较高云的暗影较明显。而太阳高度角较高时，如低纬度地区或中午前后期间，即使是卷云或积雨云也难以从云图上见到卷云。 3）在上午的卫星云图上，暗影出现于云的西边界一侧；如若是下午的云图上，则暗影出现于云区的东边界一侧。

4）暗影只能出现于色调较浅的下表面上，如低云、积雪或太阳耀斑区内容易见到暗影。 在分析暗影时要将裂缝与暗影区分开。

图 2.26a 是卫星在上午观测到的可见光云图，考虑阳光的来向，图中A、B、C箭头所指示的就是暗影出现云的西北侧的左边界处，表现为东北西南走向的暗影，云的迎太阳一侧显得较明亮。图 2.26b是下午可见光云图，暗影出现在云的东边一侧，A处的云要比B的云亮，而B处的太阳高度角比A处的低，其暗影比A处的更加明显。

图 2.26a 上午云图暗影 2007.10.31MODIS 图2.26b 下午云图上的暗影2009.11.12.16:00FY-2

六、纹理

纹理是指云顶表面或其它物象表面光滑程度的判据。云的类型不同、或云的厚度不一，使云顶表面很光滑或者呈现多起伏、多斑点和皱纹，或者是纤维状。由云的纹理能识别不同种类的云。如果云顶表面很光滑和均匀，表示云顶高度和厚度相差很小，层云和雾具有这种特征；如果云的纹理多皱纹和斑点，就明云顶表面多起伏，云顶高度不一，积状云具有这种特征；如果云的纹理是纤维状，则这种云一定是卷状云。

有时候在大片云区中出现有一条条很亮的或暗的条纹，其可以是直线或弯曲的，这些条]纹称“纹路”或“纹线”。这种纹线与云的走向有关，指示1000—500百帕间等厚度线的走向。

第二节 卫星云图上卷状云的识别

由以上识别云的六个判据，能识别三大类：卷状云、对流性云和层状云，其中包括九种云：卷状云、积雨云、中云（高层高积云）、积云浓积云、层积云、层云或雾等。在卫星云图上显示的云是地面观测到的云的集合体，如果地面观测到的云小于卫星探测的分辨率，则这种云在卫星云图上难以判别。

一、卷状云的基本特征 1、卷云的色调

卷云的高度高，温度低，它由冰晶组成，反照率低，对可见光具有透明性。所以其色调： （1）在红外云图上，通常表现成白色，与地表、中低云间有强的对比度，很容易将它们区分开。只有十分稀薄的卷云，色调较暗。

（2）在可见光云图上，卷云的色调变化范围很大，由深灰到浅白色，这决定于卷云的厚度，有时能透过卷云看到其下面的地面目标物。 （3） 在水汽图上，卷云的色调呈白色。

2、卷状云的识别

在卫星云图上，卷云分为：卷层云、纤维（羽毛）状卷云、卷云砧和密卷云。它们的特点有： 1）卷层云

（1）结构型式：卷层云与高空槽、急流、锋面和气旋等天气尺度系统相联，可以表现为盾状、带状和涡旋状；（2）范围大小：卷层云常表现为范围很大云区或云带，可达千余公里； （3）边界和暗影：与急流相联的卷云，左界整齐光滑，在可见光云图上时常有暗影出现； （4）纹理：卷层云云区均匀而光滑，只有在其边界处出现一些短的纤维状卷云。

2）纤维状卷云

纤维状卷云在我国西部青藏高原地区很多见，原因是高原上中低云系比东部地区少，而东部地区的纤维状卷云多出现于卷层云的边界处，纤维状卷云的特点有：（1）结构型式：纤维状卷云可以呈带状；此外在涡旋状云区中也可见到纤维卷云。（2）纹理：这种卷云的主要特征是纹理为纤维状。（3）范围大小：有的宽度可达50—100公里、长达千余公里，也有的仅表现为很短的卷云羽。 3）卷云砧

卷云砧是积雨云顶部的伪卷云，它的特点有：（1）结构型式：在卫星云图上呈砧状。（2）边界形状和纹理：上风方向一侧边界整齐光滑，下风一侧边界出现纤维状或羽状纹理，且越往下风方向去色调越变暗；在积雨云顶母体处，纹理均匀光滑。（3）暗影：在可见光云图上常可见到卷云砧的暗影。

4）密卷云

密卷云是指冰晶很稠密，反照率很强的卷云，它的特点是：（1）结构型式：密卷云常成一团团稠密的球状或长条状；（2）每一个密卷云都有暗影出现；（3）无论在红外或是可见光图上都有表现， 最后要注意的是：凡是呈纤维状或羽状的云一定是卷云。 二、卷状云的实例分析

1、可见光图上透过卷云看下面目标物 在图2.2 7中A-B表现为薄毛玻璃的卷状云，呈现灰的色调，透过卷云可以见到其下面的云系，在卷云的两侧是多起伏的积云和浓积云。

图 2.27 可见光云图上薄卷云MODIS-2007.2.1VIS

2、可见光、红外和水汽图上卷云特征的比较 卷云在不同通道的图象上也明显不同，如 图 2.28显示了可见光、红外和水汽图上卷云的特征，A在红外和水汽图上显示白的色调，可见光图上显示灰色，是与急流相联系的卷云， B处在三种云图上都显示很白的色调，是顶部具有卷云砧的成熟积雨云团，D在可见光云图上很白，红外图上呈灰色，水汽图上较暗的色调，是一片低云区；S在可见光图上呈多起伏不均匀的纹理。

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