自从气象卫星上天以后，天有不测风云就变为风云可测了，借助于气象卫星，我们知道了风云何时形成，何时来到，未来又有何变化以及该采取何种方式应对，再也不像以前那样被动了。如今，在浩瀚的太空中，拥有这样功能的气象卫星，已经数以百计，它们鸟瞰大地，对全球的气象进行不间断的侦测，给人类带来最翔实的气象报告。
气象卫星的出现和利用
古人云：“天有不测风云”。在大自然中，天气变化无常，有时风和日丽，万里无云；有时乌云翻滚，电闪雷鸣。从远古时代起，人们就试图识破地球大气变化无常的“性格”，找出天气变化的规律，学会预报天气。
每天的天气是怎么变化的呢？气象学家认为，天气变化取决于大气扰动（波和漩涡）的发展和运动。大气扰动的水平范围很大，从距地面三四百千米到几千千米，而且在一昼夜间，这种扰动竟能扩展上百甚至上千千米的距离。为了监视这些扰动，需要对大约七八千平方千米面积上的大气状况进行观测。三五昼夜的天气预报，至少要有来自半个地球的气象信息，而更长时间的预报，没有全球性的资料是不可能做出的。可是当今世界海洋和陆地的广大地区，很少有气象人员能掌握这么多气象资料。这么多的信息从哪里去获得呢？人类为了探索大自然变化的奥秘，在世界各地建立了成千上万个气象观测站。就全球来看，欧洲、美洲和亚洲部分地区分布的地面气象观测网较多。这些气象站按照国际统一规定，日夜不间断地定时观测各种气象要素的变化。而整个南半球、热带地区、北半球的海洋区域，观测站较少，要想了解或者近似地了解这些区域的大气状态，非常困难。何况，由于地球之大，高山、高原、大戈壁等许多地方，人迹罕至，没有气象观测站，气象资料大量空缺。
“泰罗斯1号”传统的天气预报方法是根据各地气象观测台所取得的数据进行的。这样取得的观测数据实际上具有很大的时空局限性，因而造成天气预报的准确性不高。而人造卫星的出现，无疑为气象工作者带来了福音。利用卫星从太空自上而下地观察全球的万千气象，能够获得昼夜连续的和全球范围内的大气变化情况，可以显著提高天气预报的准确性。
气象卫星1958年美国发射的人造卫星开始携带气象仪器，1960年4月1日，美国发射了世界上第一颗试验性气象卫星“泰罗斯1号”。随后，前苏联、日本、欧洲航天局、印度、中国等都先后拥有了自己的气象卫星。其中大部分是军民合用，也有一部分气象卫星专为军事部门使用。如美国的太阳同步轨道的“布络克”号军事气象卫星就为其中之一。
气象卫星一般分为2类：①太阳同步轨道气象卫星（也称极轨气象卫星），②地球静止轨道卫星（简称静止气象卫星）。太阳同步轨道气象卫星每天对全球表面巡视两遍，对某一地区每天只能进行两次气象观测，观测间隔在12小时左右。地球静止轨道气象卫星，可以对地球近五分之一的地区连续进行气象观测，实时将资料送回地面。如果将4颗卫星放在赤道上空，就能对全球的中、低纬度地区（纬度小于55°）天气系统的形成和发展连续监测。它的缺点是对高纬度地区（纬度大于55°）的气象观测能力差。如果两类气象卫星共同使用，就可以相互补充，但对于地区性气象观测，仍采用地球静止轨道气象卫星为好。
气象卫星按垦载遥感器接收的电磁波信号的来源，又分为被动式和主动式两类。被动式气象卫星接收的是大气本身辐射或对太阳辐射的反射的反射电磁波；主动式接收的是遥感器本身向地球大气发射经过地球大气反射回来的电磁波。
相比传统的观测方式，利用气象卫星观测地球大气的优势是显而易见的。譬如：
1.探测范围大，观测时间长。气象卫星可以对大气范围以至全球大气进行昼夜观测、拍照。一颗静止气象卫星，覆盖范围可达全球面积的1／4，可以获得地球上近1亿平方千米的气象资料；绕地球南半极运行的太阳同步轨道气象卫星，每隔12小时左右就能对全球大气进行一次观测，一条轨道在地面的扫描条带宽达2800千米左右。如果在赤道上空布置4～5颗地球静止气象卫星，再加上2颗太阳同步轨道气象卫星，便可使观测范围遍及全球。
2.及时迅速。气象卫星观测资料可以实时快速地传输给地面各接收站，也能把云图、天气图等气象信息快速地转发给地面各用户，同时还能把分散在各地的气象站所测得的温度、压力等气象资料集中起来，再转发给地面用户。
3.具有连续性、完整性和系统性。气象卫星视场广阔，观测次数多，静止卫星能在20分钟甚至几分钟提供一张云图，这样，就可以使人们直观地了解大气变化的全貌，观测大气形成、发展、变化的全过程，这是常规手段所不能比拟的优越性，对灾害性天气预报更有重要的作用，太阳同步卫星在经过地面台站上空10多分钟内，可获得1000多万平方千米的资料。
美国“诺阿16”卫星拍摄的台风丽丽照片4.不受自然条件和国界的限制，也不受时间和空间的限制，填补了海洋、沙漠、高原等人烟稀少地区的空白。
这就是说，气象卫星一天可以观测到大量的资料。这些资料一般可分为2大类：①图像资料，如可见云图、红外云图、云顶高度图，各种增强显示和彩色显示云图等；②定量探测资料，如温度、湿度、气压、臭氧、大气辐射及高空风向风速等资料。
当然，气象卫星获取资料的范围也是非常广泛的，一是大气中的各种云系；二是地面上的各种不同物质，如海水、陆地、高原、沙漠、盆地、湖泊、冰雪、植被等。
由于气象卫星携带有各种气象遥感器，这些仪器能够接收和测量地球及其大气层的可见光、红外与微波辐射，然后将它们转换成电信号传送到地面。地面台站将卫星送来的电信号复原成各种云图、地表和海洋图片，地面气象科研人员经过分析，就可以了解到地球上云系和天气现象的发生、发展、演变、移动和消失的情况。当然，地球接收站得到卫星发来的云图等资料，不能直接用于天气分析和天气预报，因为这些云图上并未标明它们在什么地区的上空，因此经处理后才能使用。一般来说，图像处理包括确定图像各部分地理位置的卫星云图定位、投影变换、拼图、几何畸变校正、辐射畸变校正等。只有通过这些去粗取精的处理，才能得到黑白灰度等级不同的云图，这些云图就可供定性分析使用。若要进行定量分析，还须对上述经过处理的图像资料作进一步处理。自然，所有这些处理，都是一个十分复杂的计算过程。而且计算量非常大，但不用担心，计算机会替人们很好地完成这项工作。计算机会按人们的要求给出人们所需要的云图或各种气象数据。
气象科学家为了便于对云图进行分析研究，在计算处理后的云图上以白色表示云，暗黑色表示无云晴空区；在螺旋状云带中有一个小而清晰的黑色小圆点，这就表示台风眼；当螺旋云带的圈数越多，结构越紧密，表示台风强度越大；如果螺旋云系呈“6”字形分布时，台风表示将北上；如果呈“9”字形分布时，台风表示将西行……
气象科学家从处理后的云图中，就可以清晰地了解大气的变化，譬如，在云图上出现下列情况时：红外云图上十分白亮的云带、可见光云图上穿透性对流云体（即在云块背光一侧形成清晰的暗影）、范围几千米的云团，其前缘呈弧状或卵形，表现为头粗尾尖的胡萝卜状云型等。当这些云系过境时，过境的地区就会有雷雨、季风、冰雹或龙卷风发生。这就告诉人们，这些地区要注意预防，云系过境时有可能发生暴雨冰雹等灾害。
1985年7月2日14时30分的北京卫星云图照片，就生动说明云系变化造成的天气状况。从这张云图照片可以清晰地看到，在北京上空的西北方向有两个很厚的大云团。这张云图照片经计算机处理后，绘制了云顶等温线，其最低温度达-60℃，云顶高度达到对流层顶（约1.5万米～1.8万米）。绘制的云图也说明云层很厚。后来，这两个云团合并，发展成逼点、胡萝卜云型。当云系过境时，造成了北京、天津、保定地区有一个12小时、水量40～60毫米的降水天气过程，并伴随大风和冰雹。
由此可见，人们通过气象卫星的帮助，把自古以来认为天经地义的规律——天有不测风云，来了一个革命性改变，变成“天有可测风云”。
知识点“泰罗斯1号”
“泰罗斯1号”是美国于1960年4月1日发射的世界上第一颗试验性气象卫星。这颗试验气象卫星呈18面柱体，高48厘米，直径107厘米。星上装有电视摄像机、遥控磁带记录器及照片资料传输装置。它在700千米高的近圆轨道上绕地球运转1135圈，共拍摄云图和地势照片22952张，有用率达60%。
日新月异的气象卫星发展
美国是最早研制和发射气象卫星的国家。
从1960年4月1日发射了世界上第一颗气象卫星“泰罗斯1号”起，美国在1960~1965年间，共发射了10颗“泰罗斯”气象卫星，其中只有最后2颗才是太阳同步轨道卫星。“泰罗斯”号气象卫星无疑极大地提高了天气预报的准确度，不过美中不足的是云图的分辨率不够高，适时性也不理想。因此，美国研制了更先进的气象卫星——“艾萨”号。
“艾萨”号是第一代太阳同步轨道气象业务应用卫星。从1966年至1969年，先后发射了9颗，轨道倾角约102°，轨道高度约1400千米，云图的星下点分辨率为4千米。虽然“次子”的本领比“长子”强，贡献也比“长子”大，但仍有瑕疵。
美国第三代太阳同步轨道气象卫星系列是“泰罗斯N／诺阿”卫星。它与地球静止环境业务卫星等系列配合默契，严密监视全球天气变化。这个系列的第一颗卫星是1978年10月13日发射的，卫星在太空工作了28个月。以后每年发射1颗，共发射了8颗。
“泰罗斯N／诺阿”卫星长3.7米，直径1.9米，发射重量约1400千克，轨道倾角99°，高度约850千克，轨道形状近似圆形，周期102分钟。在太空两颗卫星同时观测，但彼此相隔96度。卫星携带的气象规测仪器主要有高分辨率扫描辐射计和垂直探测器。它拍摄的云图等资料可以实时地传输给地面，也可以将全球的云图资料存贮于卫星的磁带机内，在卫星飞经地面接收站时，再传输给地面。它每天可输出全球范围内16000个点的大气探测资料，20000～40000个点的海面温度测量值，100多张云图。1982年英阿战争中，美国向英国部队提供的大量气象图像资料，就是由这类卫星获得的。
在气象卫星家族中，另外一个重要成员是地球静止环境业务卫星（GOES），它是美国第一代地球静止轨道气象卫星，第一颗是1975年10月16日发射的。卫星外形是一个圆柱体，高2.6米，直径1.9米，重294千克，工作寿命3年。卫星携带的气象遥感器是可见光和红外扫描辐射计，星下点分辨率：可见光为0.9千米，红外为8千米。它拍摄的云图一帧有1280条扫描线，对连续观测4帧以上的云图进行数据处理，可获得风速和风向，风速的精度约3米／秒。卫星观测的原始云图数据可及时传送到地面，经数据处理后，再通过卫星每隔3小时向各地广播一次适用的云图资料，各地接收后便可以进行气象预报。
前几代气象卫星虽然提供了大量的气象资料，但卫星云图分辨率不高，效果依然不是很理想。但是，这一情况从1994年4月美国发射了新一代三轴稳定静止气象卫星的第一颗星“GOES-8”开始发生了改变。该卫星系列携带可同时单独工作的成像仪和大气垂直探测器。
三轴稳定卫星改变了自旋卫星每旋转一圈只对地球扫描一行的工作方式，始终不断地监视着地球，大大提高了图像质量、观测效率和时间分辨率，可获得有关云的形成更加详细的资料，对监测中小尺度，特别是短时间、小尺度天气系统十分有利。而1998年5月发射的第5代极轨气象卫星“诺阿-15”则是经过20年建设和发展后的新一代气象卫星，标志着极轨业务气象卫星技术已经成熟。“诺阿-15”的遥感器在“诺阿-14”的基础上有较大幅度更新。这一系列共5颗星，装载先进甚高分辨率辐射计（AVHRR）以及由先进微波探测器（AMSU）和高分辨率红外辐射探测器（HIRS-3）组成的业务垂直探测器。
