气象卫星图像里，藏着预测灾害的黑科技！

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不久前，台风“杜苏里”、“卡努”连续袭击，造成大量人员伤亡和财产损失。面对台风这样的灾难，想象一下以下两种情况

您可以通过手机、电视等随时了解台风在哪里，下一步可能去哪里，以便及早准备物资，做好防灾工作。B我只知道这个季节有台风，所以我可以根据经验来判断。

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相信大家都会选择A吧？是的，与应急救灾同样重要的是对天气的持续监测和跟踪，做出准确判断，及时发布预警。那么，我们的天气数据从哪里来呢？气象数据很大一部分来自天上的气象卫星。一起来了解一下气象卫星及其基本工作原理吧！

物理基础遥感

气象卫星的工作原理是遥感。顾名思义，它的意思是“远距离感知”。——只能通过非接触方式检测物体的各种属性。

虽然听起来很高科技，但遥感其实是我们每个人的基本功能。比如，我们走在路上，突然听到身后有重重的脚步声。回头一看，是小李！这是耳朵和眼睛激活遥感技能的地方。

然而，如果题的难度增加，我们天生的遥感技能就不够用了。比如小李今天穿的白衬衫是纯棉的、丝绸的还是化纤的？你必须用手扭动它才能知道这一点，但伸出手变成了接触检测，而不是遥感。

该怎么办？我们可以请仪器帮助我们观察小李衣服的反射光谱。

这个单词什么意思？当光照射到物体上时，某些波长的光会被吸收，而另一些则会被反射。当我们用不同的波长照射它时，我们会看到不同的亮度。绘制亮度随波长变化的曲线称为反射。光谱。

例如，叶子吸收红光和蓝光并反射绿光。我们看到的绿色就是树叶的近似反射光谱。在仪器的帮助下，该光谱可以更加细化，直至波长。如果你在红外波段观察小李的白衬衫，不同的原料会呈现出不同的红外光谱，所以我们不必扭曲它。

此外，所有物体都会辐射电磁波。冷物体的波长较长，而热物体的波长较短。它们还将根据物质的成分显示出独特的光谱分布。因此，通过观察物体的辐射光谱，可以确定其成分和温度。例如，在你面前的手机上，每个“白色”图像点实际上只有三种颜色红色、绿色和蓝色，而真正的阳光则具有从红色到紫色的所有颜色。

液晶显示屏的显微照片。每个图像点由红、绿、蓝三色组成。

现在我们了解了遥感的基本原理，我们来看看气象卫星是如何做到的。

气象卫星看什么？

让我们设计一颗气象卫星。我们会告诉它看什么？你怎么认为？

既然是气象卫星，那么至少要能够拍摄常见的可见光卫星云图。这就是最直观的天气表现。我们可以看到云的分布和厚度。如果我们继续观察，我们还可以看到云的流动。这些都是普罗大众能够理解甚至可以做一些分析的数据，所以是必须实现的功能，也是比较容易实现的功能。

然而，仅靠可见光是不够的。夜晚，地的一侧陷入黑暗，肉眼看不清云。因此，为了24小时不间断地监测天气，我们还需要添加夜视功能。正如我们之前所说，所有物体都会发出辐射。如果在红外甚至微波波段观察，晚上就可以清楚地看到云。

风云4A拍摄的云图，左为夜景，右为日景

看起来很简单！那么让我们更深入地研究一下，我们能相信从卫星上看到的东西吗？为什么它看到的云不是地上的雪？如何区分它和火山喷出的火山灰？为什么你晚上看到的明亮的云不能是城市的灯光呢？

因此，这里采用了前面提到的遥感原理。通过科学仪器的“眼睛”进行光谱分析，我们不仅可以看到物体的颜色，还可以知道其真实的温度和成分。

当然，事实上，无论是可见光还是红外，卫星观测到的都是复杂的叠加信号。例如，白天看到的云是由云反射的阳光、云本身发出的辐射以及地和大气的背景辐射组成的。这就需要专业人员设计特殊的算法，将这三个信号一一分离，以获得准确的信息。卫星观测到的云层和大气不仅有图像轮廓，还有温湿度、高度分布、成分、闪电和雷暴等详细信息。

气象卫星观测到的各种数据传回地面后，超级计算机接管并利用数值模型进行预测。台风卡努的奇怪舞蹈是被三个高压反气旋挤压的结果。最终，卡努的路径与预测一致，这是气象卫星精确观测与超算数值模型配合的结果。

气象卫星只是用来预报天气吗？

气象卫星的基本原理决定了我们也可以开阔眼界、看得更远，利用气象卫星来研究很多有趣的事情。

例如，我们可以通过气象卫星监测农业。光谱中可以反映土壤的温度和含水量，植被的光反射光谱可以反映不同波长下的叶绿素、细胞结构和含水量。不同的作物有自己的反射光谱。通过卫星遥感，我们可以确定土壤状况、作物类型、作物生长情况以及是否有病虫害。我们的“风云”气象卫星具有农业监测功能。除了看云和天气外，它们还是农业的守护星。

我们还可以使用气象卫星来监测大气碳水平。在穿过大气层到达卫星的途中，一些波长的地面辐射被二氧化碳吸收。通过分析吸收光谱，可以掌握全大气碳含量，为节能减排、科学合理设定碳排放目标提供科学依据。中国2022年发射的碳卫星“巨蟒”就是专门从事这一业务的。

更进一步，光谱分析不仅可以用于气象卫星。我们还可以利用光谱分析来研究宇宙，观察和研究其他行星的天气。具有这种功能的航天器在某种程度上可以被视为“宇宙卫星”。例如，这张海王星的照片是由韦伯太空望远镜拍摄的。左上角的海卫一似乎压倒了海王星，几乎可以被认为是一颗恒星。这是因为韦伯太空望远镜在红外波段进行观测海王星表面有丰富的水冰，对阳光的反照率很高，但海王星大气层中的甲烷成分可以吸收红外线，所以整体变得黑暗。海王星表面的亮条和光斑高度由甲烷和水组成的冰的反射区域，它们的分布勾勒出了海王星上的风暴。

海卫一和海王星。画廊版权图片，

综上所述，气象卫星主要依靠遥感技术来获取各种气象数据，而气象卫星的遥感能力也让其不仅能够帮助预报天气，还能提供更多的帮助。最后再次提醒大家，当看到各种天气预警时，一定要及时做好防灾减灾准备！

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