2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——?dú)庀笮l(wèi)星數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋1.電磁波輻射2.氣象衛(wèi)星輻射定標(biāo)3.亮溫與攝氏溫度4.大氣窗口5.衛(wèi)星云頂亮溫（TB）二、填空題1.靜止氣象衛(wèi)星通常位于地球赤道上空約______公里處，其觀測(cè)范圍覆蓋地球表面上約______度的經(jīng)度區(qū)域。2.氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理的主要步驟包括輻射定標(biāo)、大氣校正、______和地理定位。3.接收到的衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度受到大氣中水汽、云層等介質(zhì)對(duì)電磁波的______和吸收的影響。4.GOES系列衛(wèi)星主要用于______天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)，其觀測(cè)周期約為______分鐘。5.衛(wèi)星遙感反演地表溫度時(shí)，通常需要使用______模型來修正大氣對(duì)地表輻射的影響。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述氣象衛(wèi)星圖像上云的亮溫特征，并說明如何根據(jù)亮溫特征大致判斷云的厚度。2.解釋什么是大氣校正？進(jìn)行大氣校正的主要目的是什么？3.簡(jiǎn)述靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星在軌道、覆蓋范圍和觀測(cè)特點(diǎn)上的主要區(qū)別。4.列舉三種常用的氣象要素衛(wèi)星遙感反演方法，并簡(jiǎn)述其基本原理。四、計(jì)算題某次實(shí)驗(yàn)中，接收到的某波段衛(wèi)星信號(hào)功率P_接收=1.2μW/m2，已知該波段的地表輻射功率P_地表=5.8W/m2，大氣透過率τ=0.9。假設(shè)此輻射經(jīng)過黑體輻射體達(dá)到傳感器前的功率為P_黑體。請(qǐng)計(jì)算：（1）該波段的衛(wèi)星亮溫T_B(單位：K)。（提示：可利用斯蒂芬-玻爾茲曼定律，假設(shè)傳感器接收的是理想黑體輻射）（2）若已知此波段傳感器定標(biāo)常數(shù)為a=-60K/（W/m2），請(qǐng)計(jì)算對(duì)應(yīng)的地表等效溫度T_地表(單位：°C)。五、論述題1.論述氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品在短臨天氣預(yù)報(bào)（如強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警）中的應(yīng)用價(jià)值。2.結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述衛(wèi)星遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)（如作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、干旱監(jiān)測(cè)）中的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、名詞解釋1.電磁波輻射:電磁波是一種由振蕩的電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成的能量傳播形式，無需介質(zhì)即可在真空中傳播。氣象衛(wèi)星通過接收或發(fā)射不同波段的電磁波來探測(cè)大氣和地表的物理參數(shù)。2.氣象衛(wèi)星輻射定標(biāo):將衛(wèi)星傳感器接收到的或探測(cè)到的電信號(hào)強(qiáng)度（如電壓、功率）轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理量（如輻射亮度、輻射通量密度）的過程，是衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理的關(guān)鍵步驟。3.亮溫與攝氏溫度:亮溫是指假設(shè)衛(wèi)星傳感器接收到的輻射來自于一個(gè)理想黑體所具有的溫度，其單位為開爾文（K）。攝氏溫度是常用的溫度單位。兩者之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，但物理意義不同。4.大氣窗口:指大氣對(duì)特定波段的電磁波輻射吸收很小，允許電磁波穿透大氣層到達(dá)地表或從地表/大氣層向外輻射的區(qū)域。氣象衛(wèi)星遙感主要利用這些大氣窗口波段。5.衛(wèi)星云頂亮溫（TB）:指從衛(wèi)星傳感器視角看云頂部分所輻射或反射的電磁波亮度溫度，是表征云層物理特性（如溫度、高度）的重要參數(shù)，單位通常為開爾文（K）或攝氏度（°C）。二、填空題1.35786；402.幾何校正3.透射4.區(qū)域性；55.大氣輻射傳輸三、簡(jiǎn)答題1.解析思路:首要任務(wù)是理解亮溫的定義及其與云層特性的關(guān)系。云頂亮溫主要受云層溫度和厚度的共同影響。通常，云層越厚，包含的水汽越多，其向下和向外的輻射越強(qiáng)，或者對(duì)地面的反照率更高，導(dǎo)致傳感器接收到的能量增加，亮溫值越高。薄云（如卷云）通常溫度較高，含水量少，亮溫值較低；厚云（如層云、厚積云）溫度相對(duì)較低，但厚度大，亮溫值較高。因此，可以根據(jù)亮溫圖上云區(qū)的顏色或灰度（亮溫值）大致判斷云的厚薄分布。2.解析思路:大氣校正的核心是消除或減弱大氣組分（如水汽、臭氧、氣溶膠等）對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)信號(hào)的影響，以獲取地表真實(shí)輻射信息。大氣會(huì)吸收和散射電磁波，導(dǎo)致傳感器接收到的信號(hào)不是地表本身發(fā)出的，而是經(jīng)過大氣調(diào)制后的信號(hào)。進(jìn)行大氣校正的主要目的是準(zhǔn)確地反演地表參數(shù)（如地表溫度、地表反射率、土壤濕度等），提高遙感反演結(jié)果的精度，使衛(wèi)星數(shù)據(jù)能夠更真實(shí)地反映地表狀況。3.解析思路:從兩個(gè)維度對(duì)比：一是軌道，靜止衛(wèi)星相對(duì)地球靜止，處于赤道上空同步軌道；極軌衛(wèi)星沿近極地太陽同步軌道運(yùn)行，每次經(jīng)過同一緯度的時(shí)間基本相同。二是覆蓋范圍，靜止衛(wèi)星覆蓋范圍廣，但空間分辨率較低；極軌衛(wèi)星覆蓋范圍相對(duì)較?。看芜^境），但沿軌道方向分辨率較高，可實(shí)現(xiàn)全球掃描。觀測(cè)特點(diǎn)上，靜止衛(wèi)星提供連續(xù)的、區(qū)域性的觀測(cè)，適合短臨天氣預(yù)報(bào)；極軌衛(wèi)星提供全球性的、周期性的觀測(cè)數(shù)據(jù)，適合氣候監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)時(shí)間序列分析。4.解析思路:列舉方法時(shí)要有代表性，并簡(jiǎn)要說明原理。常用的方法包括：①反演公式法：基于物理輻射傳輸模型和測(cè)量的衛(wèi)星輻射亮度，通過經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算地表參數(shù)，如利用紅外亮溫反演氣溫或云頂溫度。②輻射傳輸模型反演法：利用詳細(xì)的輻射傳輸模型（如SRTM），結(jié)合觀測(cè)到的多通道輻射數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化算法反演地表參數(shù)，精度較高但計(jì)算復(fù)雜。③統(tǒng)計(jì)/機(jī)器學(xué)習(xí)法：利用統(tǒng)計(jì)方法或機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），建立觀測(cè)數(shù)據(jù)與地表參數(shù)之間的關(guān)系模型進(jìn)行反演，尤其適用于大范圍、多時(shí)相數(shù)據(jù)的快速處理?；驹硎抢玫貧庀到y(tǒng)輻射傳輸?shù)奈锢硪?guī)律，即地表參數(shù)（如溫度、水汽含量）會(huì)影響電磁波在大氣中的傳輸特性，通過測(cè)量電磁波特性反推地表參數(shù)。四、計(jì)算題（1）解析思路:根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，黑體輻射功率與溫度的四次方成正比(P_黑體=σT_黑體^4)。傳感器接收到的功率是地表輻射經(jīng)大氣透射后到達(dá)傳感器的功率(P_接收=P_地表×τ=σT_地表^4×τ)。由于T_B是假設(shè)傳感器接收的是黑體輻射時(shí)的等效溫度，滿足P_接收=σT_B^4。因此，有T_B^4/T_地表^4=τ，即T_B=T_地表×(τ)^(1/4)。將數(shù)值代入即可計(jì)算。計(jì)算過程:T_B=T_地表×(0.9)^(1/4)≈T_地表×0.9659。由于T_地表=P_地表/σ=5.8/5.67e-8≈1.021e8K，則T_B≈1.021e8×0.9659≈9.87e7K。(注意：此處的計(jì)算基于理想黑體模型，實(shí)際衛(wèi)星傳感器響應(yīng)可能更復(fù)雜，且此亮溫?cái)?shù)值異常高，通常亮溫在100K-300K范圍，提示可能需要檢查題目設(shè)定或模型適用性。若按常規(guī)溫度范圍計(jì)算，需重新審視模型或題目數(shù)據(jù)。此處按題目給出的物理模型計(jì)算。)答案:T_B≈9.87e7K(根據(jù)題設(shè)模型計(jì)算結(jié)果，實(shí)際應(yīng)用中此數(shù)值不合理，提示題目可能需修正)。（2）解析思路:計(jì)算地表等效溫度需要利用傳感器定標(biāo)常數(shù)。定標(biāo)關(guān)系通常為T_地表=a×(T_B-T_0)，其中a是定標(biāo)斜率（負(fù)值表示亮溫升高，等效溫度降低），T_0是定標(biāo)截距（通常代表傳感器本身的等效溫度或某個(gè)參考溫度）。題目中給出a=-60K/（W/m2），但沒有給出T_0。通常T_0可視為傳感器在無信號(hào)輸入時(shí)的輸出對(duì)應(yīng)的一個(gè)基準(zhǔn)溫度。若假設(shè)T_0=0K（即傳感器輸出為0時(shí)對(duì)應(yīng)黑體溫度為0K，雖然物理上不絕對(duì)，但為計(jì)算簡(jiǎn)化常用），則T_地表=a×T_B=-60×9.87e7K=-5.922e9K。此結(jié)果同樣不合理。更常見的定標(biāo)關(guān)系是T_地表=T_B+(定標(biāo)常數(shù))。若題目意圖是T_地表=T_B+a，則T_地表=9.87e7K+(-60)=9.87e7-60K。顯然此計(jì)算也未得到合理溫度。這再次表明題目設(shè)定的模型或參數(shù)可能不適用于常規(guī)的衛(wèi)星溫度反演。若必須給出一個(gè)基于給定參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，則按字面T_地表=T_B-60。若題目期望的是利用第一問的合理亮溫值（假設(shè)為T_B'，例如250K），則T_地表=T_B'-60=250-60=190°C。此處選擇按字面關(guān)系計(jì)算，但需明確其不合理性。答案:T_地表=T_B-60。若采用第一問計(jì)算得到的異常高亮溫值T_B≈9.87e7K，則T_地表≈-5.922e9K(不合理)。若采用一個(gè)更合理的亮溫值（如250K）進(jìn)行演示，則T_地表=250-60=190°C。五、論述題1.解析思路:論述題需結(jié)構(gòu)清晰，論點(diǎn)明確，論據(jù)充分。首先點(diǎn)明氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)（特別是云圖）在短臨預(yù)報(bào)中的核心作用。論據(jù)應(yīng)包括：①實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：衛(wèi)星可提供大范圍、高頻次的云圖，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)云系生成、發(fā)展和移動(dòng)，為預(yù)報(bào)提供關(guān)鍵信息。②特征識(shí)別：通過分析云頂亮溫、云型等特征，可識(shí)別不同類型云（如積云、層云、卷云）及其發(fā)展?jié)摿?，判斷是否可能出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣（如積雨云）。③預(yù)警信號(hào)：當(dāng)監(jiān)測(cè)到特定云特征（如急速發(fā)展的積雨云、鉤狀云頭）時(shí)，可及時(shí)發(fā)出強(qiáng)對(duì)流天氣警報(bào)，為防災(zāi)減災(zāi)爭(zhēng)取時(shí)間。④綜合分析：將衛(wèi)星云圖與地面觀測(cè)、數(shù)值預(yù)報(bào)模型輸出結(jié)合，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和提前量。最后可簡(jiǎn)要總結(jié)衛(wèi)星云圖在短臨預(yù)報(bào)中不可或缺的價(jià)值。2.解析思路:此題考察應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)，需辯證分析。前景方面：①作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)：利用多光譜、高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可通過植被指數(shù)等指標(biāo)監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)狀況、葉綠素含量、水分脅迫等，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理提供依據(jù)。②干旱監(jiān)測(cè)：利用微波衛(wèi)星（如SMOS、Sentinel-1）探測(cè)土壤濕度，結(jié)合紅外衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演地表溫度，可大范圍、高頻次監(jiān)測(cè)干旱發(fā)生發(fā)展過程，提高干旱預(yù)警能力。③災(zāi)害評(píng)估：衛(wèi)星遙感可用于評(píng)估洪澇、干旱、病蟲害等農(nóng)業(yè)災(zāi)害的損失范圍和程度，為災(zāi)后恢復(fù)提供信息支持。前景展望可結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更智能化的農(nóng)業(yè)氣象信息服務(wù)。挑戰(zhàn)方面：①數(shù)據(jù)精度與分辨率：部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度或空間