图2.4 空间分辨率对卫星观测云的影响
3、大气吸收对估算云顶温度和地面温度的影响
在10.5~12.5微米的大气窗通道内，存在有少量的二氧化碳和水汽对红外辐射的少量吸收，这些气体吸收了地面、云面发射的辐射后，又以自身的温度再发射红外辐射，但这些发射体的温度比原先发射的红外辐射的物体温度要低，这使得卫星测到的辐射比实际的要小，这种现象在下面三种情况下特别明显：（1）在红外云图的两边部分较明显，因为该处辐射路径较长，所包含的吸收气体含量就加大，大气吸收增加；（2）在热带地区大气中水汽含量大，吸收也强，对估算云顶温度和地面温度的影响较大；（3）从垂直方向而言，大气中的水汽主要集中于底层，低空的水汽吸收较大气高层要大得多，对卫星估计云面温度要大。
图2.5说明水汽吸收对卫星观测云顶温度的误差。图中两条曲线分别代表热带和中纬度的情况，当卫星向下正视、云高在300百帕高度或以上时，卫星测量到的云顶高度就没有什么误差，但
图2.5 辐射路径增长和水汽对仪器观测云顶温度的影响
但在同样正视条件下，若云顶高度只有1000百帕时，在中纬度地区卫星测量到的温度要比实际温度
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低4C，而热带低6C，且卫星的视角愈大，这种误差愈大。
4、红外分裂窗（10.3~11.3和11.5~12.5微米）云图特点
从上面分析知，大气中的水汽是影响卫星推算表面温度的最重要的因子，要精确推算表面温度，必须消除大气中水汽和影响。为此将卫星红外观测通道10.5~12.5微米分裂为：10.3~11.3和11.5~12.5微米两个通道，称之为红外分裂窗通道。在这两窗区通道中，主要是水汽对红外辐射的吸收，且是不同的，利用这种差异可以估算大气中的水汽含量。从而用于估算海面温度。同时图2.6 表示对于各种云类10.3~11.3和11.5~12.5微米两个通道发射辐射的比较，图中向上实箭头表示红外通道1（10.3~11.3?m）向上辐射的大小，虚箭头是红外通道 2（11.5~12.5?m）向上辐射大小，可以看出：对于低云、厚云、厚的高云在这两个通道的向上辐射几乎是相同的，但是对于湿云（水）和干云（冰）不一样，对于湿云，由于红外通道 2受水汽的吸收要比红外通道 1大，红外通道 2发出的辐射比红外通道 1的要小。
图2.6 红外1（10.3~11.3微米）和红外2 （11.5~12.5微米）两个通道辐射的比较
三、可见光云图与红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其反照率和太阳高度角，红外云图上物象的色调决定于它的温度，所以比较这两种云图，有一些外貌上相差很大，但也有些是十分相似的。表2.3 给出了这两种云图上云和地表色调的特征比较。该表中各物象所对应的色调，只是慨念性的，由于决定物象的因素很多，所以如仅按表中所示的色调判别是不够的。
表2.3 可见光云图与红外云图的比较 红外云黑 深灰 灰 太阳耀斑 夏季沙漠(白) 层沙漠(白) 积云 晴天积云 卷层云(薄) 干土壤 晴天积云 沙漠(夜间) 暖湿地 湿土壤 青藏高原 单独薄卷云 暖海洋 高山森林 冷海洋 宇宙空间 层云(厚) 纤维状卷云 雾(厚) 图 高层云(厚) 纤维状卷云 高层高积云(薄) 淡灰 浓积云 密卷云,多层云 单独厚卷云 卷云 白 积雨云,卷云砧高卷层云 消失中的卷云砧 山积雪,极地冰雪 白 淡灰 灰 可 见 光 云 图 深灰 黑 图2.7给出了同时刻的可见光与红外云图，可见到陆地L在可见光图上呈灰色，红外图上呈
深灰色；西北沙漠地区K-E可见光图上呈浅灰色，红外图上呈暗黑色；卷云R处在红外和可见上都呈白色，但卷云R前方的卷云羽在可见上呈灰色，低云S-D在可见光图上白色，红外上呈灰色黄海在可见光上呈黑色、红外上呈浅灰色；青藏高原地表Q在可见光上呈浅灰色，红外上呈黑色。
图2.7 可见光云图与红外云图的比较之一
图 2.8 显示早晨的可见光与红外图的比较，由于太阳高度角的原因新疆地区W和高原西部地
区可见光上呈黑色、红外上云系和地表有清楚的表现，中云A-B在可见光图上较白、红外图上呈中等程度灰色，积雨云C在红外上呈白色，可见光上由于太阳高度角低、光线弱呈灰色。
图2.8 可见光云图与红外云图的比较之二
第三节 3.7微米短波红外云图特点
对于3.7微米谱段是电磁波谱的中红外波段，它相对于10微米谱段，波长要短，所常称之为短波红外云图（或称中红外云图）。在这一谱段，由于大气的透明度很高，大气吸收对卫星估算表面温度的影响小，能较精确地测量表面温度，所以其最初目的是用于探测海面温度，而后发现这一波段
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处在森林火温（800C）的最大辐射波长处，所以用它监测森林火灾很有用。此外用它对于监测夜间的雾区特别有用。但是，在白天，这一通道接收到的辐射有地面和云面反射太阳辐射及地面云面发射的短波红外辐射，由于来自这两种不同辐射源的辐射分别反映物体的反照率和发射辐射特性，对于识别物象造成困难，但是短波红外云图在监测低云和卷云等方面有它独有的功能。 1、基本原理
3.55~3.93微米通道位于太阳光谱曲线与地球大气辐射光谱曲线相交重迭的地方，所以在白天由这一通道测量的辐射既有地（云）面发射的辐射，还有地（云）面反射的太阳辐射，略去大气的
作用，卫星接收到的辐射写为
Lsat (0;?,?) =
?3.933.55?L(?)E?(?)?0d?+ ??3.933.55??,sB?(Ts)d? (2.1)
式中右边第一项是地（云）面反射的太阳辐射，第二项是地（云）面自身发射的辐射。从上式可见卫星白天接收的辐射决定于地（云）面反照率及其发射率和温度，温度越高、反照率和发射率越大，卫星接收的辐射越大，反之则越小。图2.9表示3.7微米和11微米、12微米通道相对于太阳辐射的地球辐射的谱段位置，可以看到，3.7微米通道位于太阳和地球辐射曲线相交处，而11微米、 12微米通道主要是由地球发射的辐射。
图2.9 3.7微米和11微米、 12微米通道位置
2、短波红外云图特点
1）白天3.7微米短波红外云图特点
在白天，卫星在3.55~3.93微米通道测量的辐射包含有物体自身发射的短波红外辐射和反射的短波红外太阳辐射，将辐射转换成云图时，一般按红外通道的方法，辐射越大，色调越暗，辐射越小，色调越浅，与可见光云图相反，所以将3.7微米短波红外云图与可见光云图作比较时，出现反常现象，3.7微米短波红外云图比可见光云图要复杂得多，它的特点主要有：
（1）海洋、湖泊和河流等水面对太阳辐射的反射小， 3.55~3.93微米通道云图上呈现较白的色调;而岩石、沙漠和干燥的土壤地区反射太阳辐射较大,呈现较暗的色调；
（2）层云（雾）、层积云等反照率较大的中低云表现为较暗的色调，比陆面的色调还要暗； （3）对于上午的短波红外云图，由于东半面扫射太阳辐射较西半面大，所以图象东半面的色调要比西半面的要暗。
（4）积雪、海冰都有表现为暗黑色； （5）在白天短波红外图上的景象丰富，海陆界线清楚。
在白天3.7微米的短波红外通道云图上，云的色调变化范围可以从黑到白色，这是由于在3.7微米波段处水滴和冰晶的光谱特性与云滴的有效半径有关，对于较大的粒子有强的吸收，反射较小，特别是大于10微米的云滴组成的积雨云，都呈较白的色调，而对于象粒子半径较小的雾，吸收小反射大，呈较暗的色调。
短波红外通道的主要优点是：
（1）测温精度高，由普朗克公式可得
?Ts2(1?e?bvT)??B ?T =? (2.2) ?b?????B从（2.2）式可看出，对于一定的?B，波数越大（波长越短），其?Ts越小。
图2.10 给出短波红外云图与红外图的比较，可见积雨云A和C在短波红外和可见光云图上都
呈白色；中低云B在短波红外上呈黑色和灰色，陆地L在短波红外呈灰色，红外上呈黑色，海洋S、W在短波红外上呈浅灰色，红外上呈深灰；卷云E在两图上呈类似特征。
（a） 短波红外云图 （b）红外云图 图2.10 短波红外与红外图的比较
图2.11 给出短波红外、可见光和红外云图的比较，可以看到：D处在短波红外图上呈暗黑色、近红外图上呈白色，红外图上呈灰色，是低云；B处在短工外图上呈白色、近红外上呈黑色、红外上呈白色，是一片卷云区，
（a） 短波红外云图 （b）可见光云图 （c）红外云图
图2.11 短波红外、近红外和红外云图的比较
（2）在短波红外通道，大气的透过率近似为0.90，，大气辐射与地面辐射之比为10%。另外在这一通道的吸收气体是些混合比为常数的CO2、N2和N2O等气体，这些气体随季节、地理位置的变化较小，这对提高测温精度是有利的。而长波红外通道内的吸收气体主要是可变的H2O，这不利于因湿度对测温的订正。
3、利用短波红外图识别夜间雾和层云
与红外云图一样，卫星在3.55~3.93微米（中心波长3.7微米）通道测得的辐射愈大，色调愈暗，辐射愈小，色调愈浅，所以在夜间的短波红外云图特征与长波红外云图是一样的。但是如果采用增强方法，提高暖端的分辨率，就能识别低云（层云和雾），实现红外云图难以完成的工作。 图2.12 说明夜间3.7和11微米两通道接收辐射的相对大小，可以看到晴空地表的辐射两者差异不大，但是由于11微米位于地球温度辐射峰值波长处，而3.7微米则远离地球温度辐射峰值波长，因此对于水云（雾）11微米比3.7微米通道要大很多。