卫星探测
概述
卫星探测(satellit sounding)指以卫星为观测平台,在其上放置主动的或被动的辐射计,用以探测大气气象要素的过程。根据气体的光谱特性,组成大气的不同气体在各自特定的光谱区间(通道)放射辐射,在一些特殊条件下,利用卫星上的辐射计探测得到的某些光谱区间的辐射强度,可以解大气辐射传输方程,反演出一些气象要素的垂直分布、水平分布或在整个气柱中的总含量。
原理
目前在泰勒斯-N/诺阿气象卫星上使用的高分辨红外分光计,主要利用CO2这一气体成分在15μm波段具有很强的吸收和它本身在构成大气的气体成分中具有均匀混合这一特性,根据卫星在这一吸收带内若干个波段的观测值,反应出大气温度的垂直分布。但是,云对红外辐射有很强的吸收,当天空有云时,用这种方法仅能反应出云上的温度。为了解决有云情况下的卫星测温问题,就要利用微波可以穿透薄云这一特性,选用氧分子在微波波段的吸收带进行探测。
泰勒斯-N/诺阿卫星的微波探测器( MSU)就是用来解决有云情况下反应大气温度的,但它的空间分辨率不高,通道少,仍不能较好地解决这一问题。目前正在研制的改进型微波辐射计( AMSU)采用增加微波通道数和提高空间分辨率的办法来进一步解决这一问题。
卫星测温的另一问题是精度不够高,统计资料表明,在对流层下部均方根误差约3K,上部约2K,满足不了气象业务和科研工作的需要。当前的趋势是发展物理反演方法(已经投入业务应用的是统计方法)和使用更精确的透过率资料来反应大气温度。水汽是大气中高度不均匀混合的气体,它随纬度、季节、高度和天气系统而异,给反应大气湿度分布廓线带来极大的困难。
目前利用的微米波段探测资料,能反应出大气在对流层上都的水汽总含量和水汽分布廓线,但精度不高。利用臭氧在9.6μm的吸收带可以探测大气中的臭氧总含量。正在试验的紫外后向散射仪采用低天底角观测方法,增加被测物质的光学厚度,从而达到探测主要位于平流层内的臭氧的廓线分布这一目的。