不可或缺的气象卫星，少了它们天气预报要倒退20年？

作者：海月明工作室

在浩瀚无垠的宇宙中，有这样一群默默守望的使者，它们穿越云层，跨越昼夜，以非凡的视角，捕捉地球上每一丝风云变幻。它们就是气象卫星——人类生活的守护者。我们在天气预报中看到的卫星云图就是气象卫星拍摄的，为气象预报工作提供了便利。

气象卫星是一个高悬在太空的自动化高级气象站，是空间、遥感、计算机、通信和控制等高技术相结合的产物。它主要负责这几方面的工作：拍摄卫星云图、研究云内部的参数、探测陆地和海洋表面状况、探测大气中含水和降水数据、探测大气中臭氧的含量及其分布、探测太阳辐射对地球的影响和地球对宇宙的红外辐射、探测空间环境。气象卫星上的有效载荷种类很多，但大致上可以分成成像遥感器和大气探测器两种。成像遥感器有三种主要形式：扫描辐射计、中分辨率成像光谱仪和微波成像仪。大气探测器主要包括红外分光仪、微波温度计、微波湿度计。我们经常在天气预报上看到的卫星云图，主要就是扫描辐射计拍摄的。

气象卫星从太空不同的位置对地球表面进行拍摄，大量的观测数据通过卫星传回地面工作站，再合成精美的云图照片。人们既可以接收可见光云图，也可通过使用合适的感光仪器接收到其它波段的卫星照片，如红外云图。目前，电视节目中通常使用的云图就是红外云图，通过计算机处理、编辑而成的假彩色动态云图画面。

卫星云图的分类也有很多种。按气象卫星飞行的轨道，可分为极地轨道气象卫星云图和对地静止轨道气象卫星云图两种。前者连续的图片是不同地点上的云况；后者连续的图片代表卫星下方同一范围云的连续情况。

根据卫星上仪器装置的不同，可以分成两类:一类是由卫星上电视照相机所拍摄的云图,即电视云图；另一类是由辐射仪对地球大气进行扫描探测得到的云图。在电视云图上，图像的黑白程度表示地表面和各类云对太阳辐射的反射率强弱，白色表示反射率最强，黑色表示反射率最弱。扫描辐射仪探测到的卫星云图又分两种：①用辐射仪测量云和不同性质地表面对太阳辐射可见光的某一波段（如0.52～0.73微米）的反射辐射强度时，由于不同种类的云和不同的地表的反射能力不同，可以得到一张与电视云图相似的云图。这种云图和电视云图一起，统称作可见光云图。②用辐射仪测量在大气窗区波段（8.5 ～11微米）来自云顶或地表面放射的红外辐射。这种观测值可以转换成云顶或地表面的辐射温度，用黑白层次表示温度的高低，由此得到一张由云和不同性质地表面的分布图像，这种图像称作红外云图。

红外线卫星云图利用卫星上的红外线仪器，来测量云层的温度，反映了地面和云面的红外辐射或温度的分布。浅色调表示红外辐射小，温度低；暗色调表示红外辐射大，温度高。所以云顶高度越高，其温度越低，云的色调越白。红外云图的优点是可区分不同层次的云，缺点是因为温度相近的关系，不能区分地面和低云。

可见光云图中亮度与星下底物表面的反照率相关很好图像较黑的色调代表低的亮度(低的反射辐射强度)，较亮的色调代表高亮度。高反照率的云，云厚度大，云中水含量高，云滴的平均尺度小；低反照率的云，云厚度小，云中水含量低，云滴的平均尺度大。可见光云图的优点是分辨率高，可区分地面和低云，云的纹理清晰。缺点很明显，因为仅靠目标物反射，所以夜间资料不可用。

卫星云图对我们生活的方方面面也有很重要的作用。看云识天气，这是我们的初心，也是卫星云图最基本的功能。看云，得看得准，分得清高、中、低云，区分开地表积雪冰盖与云系，能在云图上识别出雾霾；得识别出云的层状、积状、单层、多层，判断出哪些云盖下有对流哪些只是卷云飘；看云识天气，应熟记各类天气系统云型特征，伴随天气洞察水汽源汇。对雾霾等天气的识别监测、台风的定位，卫星云图都发挥了很大的作用。甚至可以提前一周就知道台风的活动，让人们提前预防。

根据卫星云图对海平面温度及洋流监测。地球上万物皆按其黑体温度向外辐射红外波，气象卫星红外通道照单全收，云区云顶、晴空区地表、陆地、海洋的表面温度由此计算。海温洋流资料多用于海洋学科、气候学，在台风季节，做短期天气预报的也会用上。

在地表地貌及灾情监测方面，卫星的“眼睛”也越来越厉害。除看云外，一直以来，在监测地表植被、洪涝、雪原、冰盖、气溶胶、沙尘暴、森林火情等方面都立下汗马功劳。

卫星云图还用于数值天气预报的资料同化。受疫情影响，航班量大幅缩减，导致航空器下传的气象数据（AMDAR）减少，影响到全球数值天气预报的精度，就AMDAR数据的密度，跟气象卫星数据比那可是小巫见大巫了，假设气象卫星全部停工，各大世界预报中心的数值预报质量可能要倒退20年。综上所述，卫星云图在气象学和天气预报中具有不可替代的作用。它不仅是气象专家进行天气预测和预警的重要工具，也是社会经济活动中不可或缺的信息来源。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：海月明工作室

审核：戴云伟 中国气象局 高级工程师

出品：中国科协科普部

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