從古至今，天氣觀測對人們的生産生活都起到非常重要的指導作用。在古代，人們通過觀天象、看雲卷雲舒來推測天氣變化。然而這種從地面、靠眼看的觀測并不能獲得精準的天氣及預報信息。

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到了現代，氣象學家可以利用氣象衛星自上而下的監測天氣，獲得更多信息。今天我們就借此聊一聊關于氣象衛星是如何監測天氣的，以及我們可以在衛星雲圖上還能看到哪些有意思的氣象畫面吧。

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氣象衛星是如何監測天氣的？

與地面觀測不同，氣象衛星可以在距離地面約 800 千米至 36000 千米的宇宙空間，對地球大氣（或地表目标物）進行大範圍的觀測。這種大範圍觀測不僅局限于水平觀測，還可以對大氣做垂直探測，并獲取三維的天氣系統特征。

除了觀測範圍大，氣象衛星還有一個好處，就是可以對海洋上空的天氣進行實時監測。由于海洋上氣象測站稀少，資料短缺，用常規氣象資料難以發現和追蹤洋面天氣系統的發生發展和移動，而氣象衛星可以從高空直接監視熱帶洋面上的低壓和台風等天氣情況，是非常重要的海洋天氣系統監測工具。

氣象衛星風雲 4 号 A 星記錄的我國衛星雲圖

在氣象衛星的幫助下，氣象學家可以獲得大量氣象衛星雲圖及其衍生産品，并通過分析獲得天氣情況。一般來說，我們在天氣預報中看到的衛星雲圖以可見光波段居多，除此之外還有紅外波段和水汽通道等。一種雲圖僅遙感了雲和地球大氣的某一種屬性，具有片面性，綜合利用多種雲圖及産品，能夠更好的幫助氣象學家分析天氣情況，有助于提高天氣預報的準确率。

最近這段時間，你可能會經常見到下面這張台風“軒岚諾”的氣象衛星雲圖。動畫顯示了“軒岚諾”吞并其南側熱帶低壓的過程，像極了“大魚吃小魚”的情形。

“台風”或許是我們在衛星雲圖上見到得最多的一種天氣情況。除了“台風”，我們還可以通過衛星雲圖看到許多我們熟悉的景象，比如中學地理課本上的“副熱帶高壓”、“冷鋒”、“暖鋒”等氣象現象。接下來，讓我們請風雲衛星，再為我們複習一下這些中學地理知識吧~

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那些天氣現象的真實樣貌

01副熱帶高壓

“副熱帶高壓”是一股經常存在，但位置較穩定的固定在熱帶和副熱帶地區的龐大的溫暖氣團。西太平洋地區的副熱帶高壓的狀态對我國天氣影響非常大，比如今年6月13日至8月30日的區域性高溫，就與副熱帶高壓位置的異常偏西偏北、強度異常偏強、穩定少動密不可分。

從上圖中可以看到，在副高的控制下，我國西南地區東部至長江中下遊一帶及海域大多無雲，這是因為副高控制區盛行下沉氣流，不利于雲系的生成。在副高北側的西北地區東部和華北一帶則多雲系覆蓋。這是因為副高西側和北側水汽條件和動力條件較好，容易出現降雨天氣。所以，今年西北地區雨量明顯偏多。8月底，當副高東撤南落時，這場曠日持久的高溫天氣也終于緩緩落下帷幕。

02冷鋒與暖鋒

溫度、濕度等物理性質不同的兩種氣團的交界面或者過渡帶叫做鋒面。鋒面與地面的交線，稱為鋒線，也簡稱為鋒。鋒的長度一般可有幾百公裡到幾千公裡，垂直方向可伸展十多公裡。若鋒面在移動過程中，冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團一側移動，則稱為冷鋒。冷鋒過境時，會造成風力加大、氣壓升高和氣溫下跌等天氣現象。反之，若暖氣團推動冷氣團前行，則為暖鋒。

冷空氣大舉南下影響我國的長達幾千千米的冷鋒

若冷暖氣團勢力相當，則稱為準靜止鋒。

西南地區的準靜止鋒

03台風

台風是指發生在熱帶或副熱帶洋面上的具有暖心結構的強烈氣旋性渦旋，是一種強大而深厚的熱帶天氣系統。它的中心氣壓很低，低層有顯著向中心輻合的氣流，頂部氣流主要向外輻散。台風的結構，從中心向外依次分為：台風眼區、雲牆區、螺旋雨帶區。台風總是伴有狂風暴雨，大多給受影響區域帶來嚴重災害。

04滾軸雲

滾軸雲是水平的管形狀雲。當穩定的空氣受到幹擾時，會産生波浪雲，導緻空氣沿着幹擾移動。這種幹擾通常來自移動冷鋒中幹冷空氣與相對穩定的暖濕空氣相互碰撞。如果穩定的潮濕空氣層向上流動時，則在頂部形成雲；向下流動時，則雲層蒸發。雲的交替缺失和存在是産生波浪效果的主要原因。

在衛星雲圖上看滾軸雲，就像池塘中泛起的漣漪一般，非常特别。

如果站在地面上看滾軸雲，就會是下面這個樣子。

圖片來自 NASA

如果在飛機上觀看，那麼就會是下面這幅景象。

從飛機上觀看滾軸雲。圖片來源：Wikimedia

05沙塵

靜止氣象衛星風雲四号 A 星每五分鐘就能獲得一次監測圖像，可以實現對沙塵暴的實時監測。下面展示的便是 2021 年 3 月 15 日出現的近 10 年最強沙塵暴過程，從動畫中可以看出，影響此次沙塵天氣過程的系統是一鋒面氣旋雲系，在地面冷鋒南側的内蒙古中西部、甘肅、甯夏、陝西北部、山西北部、河北大部、北京、天津等地都出現了沙塵暴（圖中偏黃色區域）。

06積雪

由于雪在可見光波段的反射率較高，和雲的反射率相近，而地表的反射率較低。雪、雲的反射率和地表的反射率有較大差異。又由于雲是移動的，而積雪是固定的，所以可以從可見光雲圖的動畫中區别積雪和雲。

07飑線

飑線是排列成線（帶）狀的雷暴群，具有範圍較小、生命史較短的特征。其寬度由幾百米至幾千米，最寬至幾十千米，長度一般由幾十千米至幾百千米，維持時間由幾小時至十幾小時。飑線過境時，風向突變，氣壓湧升、氣溫急降，同時，狂風、雨雹交加。因此，飑線發生時，通常伴有雷暴、大風、冰雹等過程，破壞力強，經常造成嚴重的災害。

2021年7月1日下午出現的雷雨大風和冰雹天氣就是受飑線系統影響。

08東北冷渦

東北冷渦是産生在東北地區附近的一個深厚的冷性氣旋天氣系統。冷渦中的空氣由于處于上冷下暖的不穩定狀态，常會産生（雷）陣雨、雷雨大風或冰雹等不穩定天氣；有時，強烈發展的冷渦也會造成較大範圍的暴雨天氣。

由于冷渦圍繞中心做逆時針旋轉，因此受冷渦周圍雲系的影響，造成冷渦影響下的某地一會兒晴一會兒陰的天氣現象。

09霧

霧是由懸浮在近地面空氣中微小水滴或冰晶組成的天氣現象，是近地面層空氣中水汽凝結（或凝華）的産物。霧有明顯的日變化。白天溫度比較高，空氣中可容納較多的水汽。但是到了夜間，溫度下降了，空氣中能容納的水汽的能力減少了，一部分水汽會成為霧。霧一般在午夜至清晨最容易出現，日出後随着氣溫的升高會很快消散。動畫中可以明顯看到河北、河南、山西和陝西等地大霧的消散過程。

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利用氣象衛星進行災害監測

除了在天氣上，風雲衛星還可以進行生态環境監測、農業遙感監測和氣象災害等情況進行有效監測。比如下圖便是利用風雲三号D星對内蒙古自治區進行的森林草原火點監測。由于出現火點時，一般都有煙霧，在下圖中我們可以明顯看到煙霧的飄散方向，可以借此來監測火情或及時發現火源點。

目前，風雲氣象衛星被世界氣象組織納入全球業務應用氣象衛星序列，作為全球綜合觀測系統的重要成員、空間和重大災害國際憲章的值班衛星，其開放共享的數據政策使世界各地的用戶廣泛受益，在國際氣象防災減災和服務“一帶一路”建設中發揮着重要的作用，成為中國外交部署的閃亮名片。

作者｜蔣建瑩 國家衛星氣象中心首席

審核｜艾婉秀 國家氣候中心氣候服務室首席專家 研究員

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