从古至今，天气观测对人们的生产生活都起到非常重要的指导作用。在古代，人们通过观天象、看云卷云舒来推测天气变化。然而这种从地面、靠眼看的观测并不能获得精准的天气及预报信息。到了现代，气象学家可以利用气象卫星自上而下的监测天气，获得更多信息。今天我们就借此聊一聊关于气象卫星是如何监测天气的，以及我们可以在卫星云图上还能看到哪些有意思的气象画面吧。
01
气象卫星是如何监测天气的？
与地面观测不同，气象卫星可以在距离地面约 800 千米至 36000 千米的宇宙空间，对地球大气（或地表目标物）进行大范围的观测。这种大范围观测不仅局限于水平观测，还可以对大气做垂直探测，并获取三维的天气系统特征。
除了观测范围大，气象卫星还有一个好处，就是可以对海洋上空的天气进行实时监测。由于海洋上气象测站稀少，资料短缺，用常规气象资料难以发现和追踪洋面天气系统的发生发展和移动，而气象卫星可以从高空直接监视热带洋面上的低压和台风等天气情况，是非常重要的海洋天气系统监测工具。
气象卫星风云 4 号 A 星记录的我国卫星云图
在气象卫星的帮助下，气象学家可以获得大量气象卫星云图及其衍生产品，并通过分析获得天气情况。一般来说，我们在天气预报中看到的卫星云图以可见光波段居多，除此之外还有红外波段和水汽通道等。一种云图仅遥感了云和地球大气的某一种属性，具有片面性，综合利用多种云图及产品，能够更好的帮助气象学家分析天气情况，有助于提高天气预报的准确率。
最近这段时间，你可能会经常见到下面这张台风“轩岚诺”的气象卫星云图。动画显示了“轩岚诺”吞并其南侧热带低压的过程，像极了“大鱼吃小鱼”的情形。
“台风”或许是我们在卫星云图上见到得最多的一种天气情况。除了“台风”，我们还可以通过卫星云图看到许多我们熟悉的景象，比如中学地理课本上的“副热带高压”、“冷锋”、“暖锋”等气象现象。接下来，让我们请风云卫星，再为我们复习一下这些中学地理知识吧~
02
那些天气现象的真实样貌
01
副热带高压
“副热带高压”是一股经常存在，但位置较稳定的固定在热带和副热带地区的庞大的温暖气团。西太平洋地区的副热带高压的状态对我国天气影响非常大，比如今年6月13日至8月30日的区域性高温，就与副热带高压位置的异常偏西偏北、强度异常偏强、稳定少动密不可分。
从上图中可以看到，在副高的控制下，我国西南地区东部至长江中下游一带及海域大多无云，这是因为副高控制区盛行下沉气流，不利于云系的生成。在副高北侧的西北地区东部和华北一带则多云系覆盖。这是因为副高西侧和北侧水汽条件和动力条件较好，容易出现降雨天气。所以，今年西北地区雨量明显偏多。8月底，当副高东撤南落时，这场旷日持久的高温天气也终于缓缓落下帷幕。
02
冷锋与暖锋
温度、湿度等物理性质不同的两种气团的交界面或者过渡带叫做锋面。锋面与地面的交线，称为锋线，也简称为锋。锋的长度一般可有几百公里到几千公里，垂直方向可伸展十多公里。若锋面在移动过程中，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动，则称为冷锋。冷锋过境时，会造成风力加大、气压升高和气温下跌等天气现象。反之，若暖气团推动冷气团前行，则为暖锋。
冷空气大举南下影响我国的长达几千千米的冷锋
若冷暖气团势力相当，则称为准静止锋。
西南地区的准静止锋
03
台风
台风是指发生在热带或副热带洋面上的具有暖心结构的强烈气旋性涡旋，是一种强大而深厚的热带天气系统。它的中心气压很低，低层有显著向中心辐合的气流，顶部气流主要向外辐散。台风的结构，从中心向外依次分为：台风眼区、云墙区、螺旋雨带区。台风总是伴有狂风暴雨，大多给受影响区域带来严重灾害。
04
滚轴云
滚轴云是水平的管形状云。当稳定的空气受到干扰时，会产生波浪云，导致空气沿着干扰移动。这种干扰通常来自移动冷锋中干冷空气与相对稳定的暖湿空气相互碰撞。如果稳定的潮湿空气层向上流动时，则在顶部形成云；向下流动时，则云层蒸发。云的交替缺失和存在是产生波浪效果的主要原因。
在卫星云图上看滚轴云，就像池塘中泛起的涟漪一般，非常特别。
如果站在地面上看滚轴云，就会是下面这个样子。
图片来自 NASA
如果在飞机上观看，那么就会是下面这幅景象。
从飞机上观看滚轴云。图片来源：Wikimedia
05
沙尘
静止气象卫星风云四号 A 星每五分钟就能获得一次监测图像，可以实现对沙尘暴的实时监测。下面展示的便是 2021 年 3 月 15 日出现的近 10 年最强沙尘暴过程，从动画中可以看出，影响此次沙尘天气过程的系统是一锋面气旋云系，在地面冷锋南侧的内蒙古中西部、甘肃、宁夏、陕西北部、山西北部、河北大部、北京、天津等地都出现了沙尘暴（图中偏黄色区域）。
06
积雪
由于雪在可见光波段的反射率较高，和云的反射率相近，而地表的反射率较低。雪、云的反射率和地表的反射率有较大差异。又由于云是移动的，而积雪是固定的，所以可以从可见光云图的动画中区别积雪和云。
07
飑线
飑线是排列成线（带）状的雷暴群，具有范围较小、生命史较短的特征。其宽度由几百米至几千米，最宽至几十千米，长度一般由几十千米至几百千米，维持时间由几小时至十几小时。飑线过境时，风向突变，气压涌升、气温急降，同时，狂风、雨雹交加。因此，飑线发生时，通常伴有雷暴、大风、冰雹等过程，破坏力强，经常造成严重的灾害。
2021年7月1日下午出现的雷雨大风和冰雹天气就是受飑线系统影响。
08
东北冷涡
东北冷涡是产生在东北地区附近的一个深厚的冷性气旋天气系统。冷涡中的空气由于处于上冷下暖的不稳定状态，常会产生（雷）阵雨、雷雨大风或冰雹等不稳定天气；有时，强烈发展的冷涡也会造成较大范围的暴雨天气。
由于冷涡围绕中心做逆时针旋转，因此受冷涡周围云系的影响，造成冷涡影响下的某地一会儿晴一会儿阴的天气现象。
09
雾
雾是由悬浮在近地面空气中微小水滴或冰晶组成的天气现象，是近地面层空气中水汽凝结（或凝华）的产物。雾有明显的日变化。白天温度比较高，空气中可容纳较多的水汽。但是到了夜间，温度下降了，空气中能容纳的水汽的能力减少了，一部分水汽会成为雾。雾一般在午夜至清晨最容易出现，日出后随着气温的升高会很快消散。动画中可以明显看到河北、河南、山西和陕西等地大雾的消散过程。
03
利用气象卫星进行灾害监测
除了在天气上，风云卫星还可以进行生态环境监测、农业遥感监测和气象灾害等情况进行有效监测。比如下图便是利用风云三号D星对内蒙古自治区进行的森林草原火点监测。由于出现火点时，一般都有烟雾，在下图中我们可以明显看到烟雾的飘散方向，可以借此来监测火情或及时发现火源点。
目前，风云气象卫星被世界气象组织纳入全球业务应用气象卫星序列，作为全球综合观测系统的重要成员、空间和重大灾害国际宪章的值班卫星，其开放共享的数据政策使世界各地的用户广泛受益，在国际气象防灾减灾和服务“一带一路”建设中发挥着重要的作用，成为中国外交部署的闪亮名片。
作者｜蒋建莹 国家卫星气象中心首席
审核｜艾婉秀 国家气候中心气候服务室首席专家 研究员