NOAA系列卫星及影像介绍 - 海洋气象卫星

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NOAA卫星是美国国家海洋大气局的第三代实用气象观测卫星，第一代称为“泰罗斯”（TIROS)系列（1960-1965年），第二代称为“艾托斯”（ITOS)/NOAA系列（1970-1976年），其后运行的第三代称为TIROS--N/NOAA系列。

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卫星参数

NOAA的轨道是接近正圆的太阳同步轨道，轨道高度为870千米和833千米，轨道倾角为98.9°和98.7°，周期为101.4分钟。NOAA的应用目的是日常的气象业务，平时有两颗卫星运行。由于一颗卫星可以每天至少可以对地面同一地区进行两次观测，所以两颗卫星就可以进行四次以上的观测。

传感器

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NOAA卫星上携带的探测仪器主要有AVHRR/2和TOVS。AVHRR/2是以观测云的分布、地表(主要是海域)的温度分布等为目的的遥感器，TOVS是测量大气中气温及温度的垂直分布的多通道分光计，由高分辨率红外垂直探测仪(HIRS/2)、平流层垂直探测仪(SSU)和微波垂直探测仪(MSU)组成。AVHRR/2数据还可以用于非气象的遥感，其主要特点是宏观快速、廉价，在农业、海洋、地质、环境、灾害等方面都有独特的应用价值。

参数

AVHRR是NOAA系列卫星的主要探测仪器，它是一种五光谱通道的扫描辐射仪，包括5个波段，可见光红色波段、近红外波段、中红外波段和两个热红外波段。

用途

AVHRR/3探测器扫描角为±55.4°，相当于探测地面2800km宽的带状区域，两条轨道可以覆盖我国大部分国土，三条轨道可完全覆盖我国全部国土。AVHRR的星下点分辨率为1.1km。由于扫描角大，图像边缘部分变形较大，实际上最有用的部分在±15°范围内（15°处地面分辨率为1.5km），这个范围的成象周期为6天。

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为了用于洲级及全球范围的研究，AVHRR数据经常被重采样形成空间分辨率更低的数据。目前有两种全球尺度的AVHRR数据：NOAA全球覆盖（GlobalAreaCoverage，GAC）数据和NOAA全球植被指数（GlobalVegetationIndex，GVI）数据（Kidwell1990）。GAC是通过对原始AVHRR数据进行重采样而生成，空间分辨率为4km，由5个AVHRR的原始波段组成，没有经过投影变换；GVI是对GAC数据的进一步采样而得到，空间分辨率为15km或更粗，经过投影变换。此外，为了减少云的影响，GVI是由连续7天图像中NDVI值最大的像元所组成。美国国家海洋与大气管理局（NOAA）从1982年起就生产GVI数据。

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系列卫星

美国NOAA从1970年12月第一颗发射以来，近40年连续发射了20颗。NOAA卫星共经历了5代，目前使用较多的为第五代NOAA卫星，包括NOAA-15—NOAA-20；作为备用的第四代星，包括NOAA-9—NOAA-14。

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自检和修复

NOAA气象卫星由于其运行周期短、覆盖面广等特点，在海洋温度反演和渔场预报方面具有重要的应用价值。但由于天气气候变化复杂，真正的晴空无云、无雾天气很少，故大大限制了NOAA卫星资料使用的效率。为了提高NOAA卫星资料的使用效率，达到业务应用的目的，必须对有云、雾污染的NOAA卫星图像进行云、雾检测和剔除修复处理。目前一般使用的云、雾检测方法主要有模式识别统计分类法和阂值法。

检测原理：根据NOAA卫星光谱原理，植被在可见光波段内(0.58-0.68um)具有吸收峰；水在可见光波段内具有较强的反射峰，其反射率随着杂质的增加而增大；土壤的光谱在可见光波段内随着波长的延伸，反射率亦呈上升趋势。因此，根据光谱特征分析，在可见光波段内，植被反射率最低，水反射率次之，反射率最高的是土壤。而云雾在可见光波段内的反射率却明显高于下垫面介质，其反射率随着云、雾区高度、厚度的变化而不同。因此，不同的云、雾相对于植被、土壤、水域等不同下垫面在NOAA卫星可见光波段具有较高的反射率以及在热红外波段具有较低的亮温等特性，给我们判别云雾带来了有利的条件。

特征分析

通过对2000—2002年以来多次沙尘天气过程NOAA气象卫星AVHRR资料的研究，选取强沙尘区、沙尘区、浮尘区、云、积雪、沙漠、戈壁、植被区和裸地等不同下垫面为目标区，提取出各目标区各通道的探测值，对其光谱特性进行分析，研究定量区分沙尘的方法，构造了定量识别沙尘的两种沙尘判识指数。用本方法对2000年以来的多次NOAA卫星沙尘暴资料个例进行定量判识，结果表明：利用两种沙尘判识指数可以有效地区分云、沙尘和晴空地表，并能对沙尘强度进行监测。

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