第四章 气象卫星遥感方法1.基本情况

本世纪 60 年代初美国成功地发射了世界上第一颗气象卫星（TIROS— 1），其后，美国、苏联、日本、欧洲联盟、印度及中国等纷纷向太空发射了近 200 颗气象卫星。经过 30 多年的努力，目前气象卫星已发展到相当成熟的阶段，形成了由太阳同步极轨气象卫星（NOAA、METEOR）和地球静止气象卫星（GOES、GMS、METEOSAT 及 INSAT）六颗卫星组成的气象卫星全球观测系统

[1]。

气象卫星与陆地卫星相比，具有覆盖面积大、成像周期短、资料易获取等特点。因此，除气象服务外，在其他领域也有许多应用。其中，以 TIROS

—N/NOAA 为标志的第三代气象卫星，安装了改进型甚高分辨率辐射仪

（AVHRR），采用相应的轨道设计，所得到的资料不仅能满足气象观测及云图识别的要求，而且还能满足其他许多领域的应用要求，是目前在非气象领域中应用最广泛的气象卫星资料。许多学者都认为，气象卫星遥感信息将会继续扩大它的应用领域和深度，特别是针对全球变化的研究以及自然灾害与作物估产的应用[2]。

下面着重介绍 NOAA 气象卫星及 AVHRR 资料。

NOAA 气象卫星是近极地、与太阳同步的卫星，高度为 833km～870km，轨道倾角 98.7°，成像周期 12 小时。目前，NOAA 系列卫星采用双星运行，同一地区每天可有四次过境机会。

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，各光谱通道的波长范围及地面分辨率见表 4—1。星上探测器扫描角为

±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。表 4-1 AVHRR 各通道的波长范围及地面分辨率

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。

AVHRR 资料的应用主要有两个方面：一方面是大尺度区域（包括国家、洲乃至全球）调查，这方面的应用，气象卫星遥感具有其他遥感所无法相比的优势。目前已经开展过的工作包括美国本土的土地覆盖调查（Loveland et al.1991）、非洲的土地覆盖调查（Tucker et al.1985）、南美土地覆盖调查（Townshend etal.1987）以及全球的土地覆盖调查（Defries 1994）等， 应用的方法一般是采用多时相分类的方法对 1km 空间分辨率的

AVHRR 数据或更低空间分辨率的 GAC 或 GVI 数据进行分类；另一方面是中小尺度区域的调查，这方面的应用主要是由于目前高空间分辨率遥感数据的获取比较困难，遥感调查的实时性较差，利用 AVHRR 数据来获得宏观的、实时的、能达到一定精度的地面信息。应用的方法通常是针对 AVHRR 数据空间分辨率低的缺陷，采用混合像元分解技术对 AVHRR 数据进行分类。

从研究的现状来看，AVHRR 数据在大尺度区域调查中所采用的方法基本一致，但由于调查区域范围大，精度分析比较困难，在图像的预处理方面也还存在一些没有解决的问题（Town－shend et al.1994）；目前 AVHRR 数据在中小尺度区域土地覆盖调查中的应用还不是很多，但发展潜力很大，这方面的工作还有许多问题需要深入研究。