卫星气象学  070602M05003H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:刘毅,蔡兆男,谷松岩
授课时间: 星期三,第2、3、4 节
授课地点: 教二楼327
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
课程编号: 070602M05003H 课时: 30 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:刘毅,蔡兆男,谷松岩 助教:杨东旭
英文名称: Satellite Meteorology 召集人:

教学目的、要求

本课程为大气物理与大气环境学专业研究生专业普及课。卫星气象学课程系统介绍气象卫星探测的基本理论,卫星资料获取和资料处理方法,定量提取地球物理参数的原理和方法,以及卫星资料在天气分析和预报中的应用,特别是卫星资料在灾害性天气分析和大气环境监测中应用。气象卫星经过半个世纪的发展,已经成为大气科学研究的重要技术,对探索天气系统发生发展和演化的过程、揭示台风和对流天气系统规律、监测地球大气系统痕量气体分布和演化等具有重要意义。本课程将分两个密切相关的部分,第一部分以介绍概念、机理为主,通过介绍卫星基本的轨道特性,讲解气象卫星轨道的基本分类和主要应用特征;通过介绍卫星遥感辐射基础,阐述星载遥感仪器正演反演基本原理。第二部分以介绍应用研究为主,示范如何通过卫星云图观云测天、反演大气参数、探测大气痕量气体、监测台风暴雨等强对流天气系统等,并对介绍卫星气象学最新应用进展。通过本课程的讲授,希望研究生们对气象卫星和卫星气象有一个整体认识,并能初步掌握气象卫星资料应用的基本技术流程与方法。要求学习本课程的研究生已经具备大学毕业水平的大气物理与大气环境学科知识。

预修课程

气象学、大气物理学、天气分析原理、大气动力学

教 材

主要内容

第一章 序论(3学时)
教学重点:介绍卫星气象观测的内容、特点、概况及卫星数据大气科学中的应用。介绍气象卫星轨道分类,轨道参数等概念。
第1至3学时:
1.1、介绍卫星气象观测的内容、特点、概况及卫星数据大气科学中的应用
1.2、介绍气象卫星轨道分类的不同方法。教学重点与难点在于理解极地轨道和静止轨道的不同观测特点,作为拓展知识,介绍低倾角低轨卫星和中轨道卫星概念。
1.3、介绍卫星轨道的基本特征、卫星轨道的摄动、卫星轨道的控制和卫星轨道的确定;介绍卫星姿态的概念、姿态的确定和姿态控制基本原理。教学重点与难点在于讲解轨道摄动和姿态动力学原理。


第二章 气象卫星遥感原理(3学时)
教学重点:遥感电磁辐射原理。辐射传输和遥感探测原理。大气成分,地表云和气溶胶辐射特性。
第1至3学时:
2.1、介绍气象卫星遥感的基本原理。
2.2、大气辐射传输过程(教学重点)。
2.3、大气成分,地表、云和气溶胶的辐射特征。

第三章 气象卫星资料获取、接收和处理(3学时)
教学重点:气象卫星遥感观测仪器基本特征。气象卫星资料接收和处理基本原理。把仪器特征和处理原理联系起来,这既是本课程的教学特色,也是本课程教学难点。
3.1、按照成像、探测以及光学和微波来分类,介绍气象卫星遥感观测仪器基本特征。(谷)3.2、按照极轨和静止两类气象卫星,分别介绍气象卫星资料接收和处理基本原理。
3.3、介绍气象卫星遥感数据定标定位基本原理。

第四章 基本气象参数的卫星遥感(3学时)
教学重点: 基本气象参数的辐射特征及遥感反演方法。
第1至3学时:
4.1 基本气象参数的卫星遥感1(教学重点)
4.2 基本气象参数的卫星遥感2(教学重点)
4.3 基本气象参数的卫星遥感3(教学重点)

第五章 降水及大气参数遥感反演(3学时)
教学重点:通过讲解静止卫星降水估计技术原理,概述算法发展历程;讲授极轨被动卫星微波降水反演技术,介绍算法发展历程;介绍星载降水测量雷达及降水产品;介绍多元降水融合算法及产品。通过大气辐射传输基本特性分析,将解温湿度廓线参数反演算法原理;介绍星载大气探测载荷发展,按极轨和静止的分类,分别介绍大气参数反演技术;介绍星载大气探测资料在数值预报模式中的同化应用。
第1至3学时:
5.1、静止气象卫星按照降水估计技术原理,极轨主、被动卫星微波降水反演,多元降水融合算法及产品。
5.2、红外大气参数反演技术原理,微波大气参数技术原理
5.3、星载大气探测资料在NWP中的同化应用。

第六章 大气中痕量气体的定量反演(3学时)
教学重点: 概述大气痕量气体遥感的发展历程,介绍反演方法基本原理,介绍反演产品误差分析方法,介绍大气痕量气体反演的关键问题和发展趋势。 
第1至3学时:
6.1、大气臭氧的反演。
6.2、大气二氧化硫反演。
6.3、大气痕量气体反演的关键问题和发展趋势。

第七章 大气中温室气体的定量反演
教学重点: 介绍大气温室气体(主要是二氧化碳)国内外研究现状, 介绍我国的温室气体卫星观测计划,介绍温室气体产品的应用需求,介绍高精度反演算法的发展与现状。                      
第1至3学时:
7.1、温室气体产品的应用需求。
7.2、温室气体卫星观测方法。
7.3、高精度反演算法。

第八章 卫星云图应用(3学时)
教学重点:介绍利用卫星云图识别云的种类和分布的基本原理,教学重点和难点在于讲解云的光谱学特征,以及通道组合原理;分析云在可见近红外、红外、微波等不同谱段的表现特征。讲授中纬度地区大尺度云系分析原理和个例;水汽云图的边界特征;利用卫星云图分析高空天气系统。重点分析峰面云系、温带气旋云系和高空激流云系的卫星云图特征。
第1至3学时:
8.1、利用卫星云图识别云的种类和分布。
8.2、中纬度天气系统的卫星云图分析
8.3、卫星云图在热带天气分析中的应用。

第九章 风云气象卫星(3学时)
教学重点:介绍风云气象卫星的发展历程,风云气象卫星的地面系统,未来风云气象卫星计划,国际气象卫星发展展望。
第1至3学时:
9.1、风云卫星发展历程。
9.2、风云气象卫星地面系统工程介绍及未来发展计划。
9.3、国际气象卫星发展展望。

第十章 卫星气象课程复习总结(3学时)
10.1、课程总结1。
10.2、课程总结2。
10.3、卫星气象观测的前景展望。

参考文献

陈渭民, 2003. 卫星气象学. 北京:气象出版社.
杨军, 2012. 气象卫星及其应用. 北京:气象出版社.
蒋尚城,2006. 应用卫星气象学. 北京:北京大学出版社.