在一些科幻类题材的影视作品中，我们经常能够看见地球的气象图谱，而这些数据很大一部分就来自天上的气象卫星。作为人类观测地球的第三只眼，气象卫星的工作原理是什么？我们能通过它得到哪些信息呢？

　　气象卫星的工作原理

　　遥感是气象卫星最重要的工作原理。简单来说，遥感就是用非接触手段去探测物体的各项属性。

　　虽然听起来抽象，但其实遥感属于我们每个人的基本功能。比如我们在路上行走时，忽然听到身后有脚步声，回头一看发现是自己的朋友小A。这就体现了耳朵和眼睛的遥感功能。

　　但若把问题难度提高，我们天生的遥感技能就不够用了。比如，小A今天穿的白衬衫，是纯棉的、真丝的还是化纤的呢？这要用手触摸一下才知道，可这一伸手，就成了接触式探测，不是遥感了。

　　此时，我们可以请仪器来帮忙，观测小A这件衣服的反射光谱。当光线照射到物体上时，这些光会由于自身波长的不同被反射或者吸收。我们用不同的波长去照射它，就会看到不同的亮度，把亮度随波长变化的曲线画出来，就是反射光谱。

　　例如，树叶吸收红光蓝光，反射绿光，我们看到的绿色就是树叶大致的反射光谱。借助仪器，这个光谱还可以更加精细，具体到波长。如果在红外波段观察小A的白衬衫，不同的原料就会呈现不同的红外光谱，我们不需要动手就能知道原料的材质。

　　此外，一切物体都在辐射电磁波，冷的物体波长较长，热的物体波长较短，而且会随着物质构成，呈现出特色的光谱分布。所以，通过观测物体的辐射光谱，能够判断它的成分和温度。

　　气象卫星看的是什么

　　在了解完遥感的基本原理后，我们来看看气象卫星是怎么做的。

　　既然是气象卫星，那么最起码要能拍摄常见的可见光卫星云图。这是最直观的天气表现，我们可以看到云的分布、厚薄，如果持续观察，还能看到云的流动。这些是普通大众都能看明白甚至还能做点分析的数据，所以是必须实现、也比较容易实现的功能。

　　但是，仅仅可见光还是不够。到了夜晚，地球的有一面陷入黑暗，肉眼就无法看清云层。所以，为了24小时连续监测天气，我们还要增加夜视功能。

　　但是，我们能相信卫星看到的景象吗？它看到的云为什么不能是地面上的雪呢？如何与火山喷出的火山灰区分呢？夜晚看到的明亮的云，为什么不能是城市的灯光呢？

　　这里就用到了前面介绍的遥感原理，通过科学仪器的“眼睛”去做光谱分析，我们不但能看出物体的颜色，还可以知道它真实的温度和构成。

　　实际上，无论是可见光还是红外线，卫星观测到的都是复杂的叠加信号。例如，白天看到的云层，就是由云层反射的阳光、云体自身发出的辐射、大地和大气层背景辐射三部分叠加而成。这就需要专业人员设计专门的算法，把这三种信号一一分离出来，从而得到准确的信息。卫星观测到的云和大气，不但具有形象轮廓，还有温度湿度、高度分布、成分构成、闪电雷暴等等详尽的信息。

　　气象卫星观测到的种种数据，送回地面后，就由超级计算机接手，使用数值模式做出预报了。台风卡努的诡异舞步，就是因为被三个高压反气旋夹在中间揉搓的结果。最终卡努的路径和预报一致，正是气象卫星精准观测与超算数值模式通力合作的成果。

　　气象卫星不只是用来预报天气

　　气象卫星观测范围广，观测次数多，观测时效快，观测数据质量高，不受自然条件和地域条件限制，它所提供的气象信息已广泛应用于日常气象业务、环境监测、防灾减灾、大气科学、海洋学和水文学的研究。因此，气象卫星也是世界上应用最广的卫星之一。

　　比如，我们可以通过气象卫星去监测农业。土壤的温度和含水量都可以反映到光谱中，而且植被对光的反射光谱，在不同波长上，可以分别反映叶绿素、细胞结构和含水量情况，不同的作物有各自的反射光谱。通过卫星遥感，能够判断土壤状况、作物种类、作物长势、是否有病虫害等。我们的“风云”气象卫星就具有农业监测功能，它们除了能看云识天气之外，更是农业的守护星。

　　我们还可以使用气象卫星去监测大气碳含量。地面辐射透过大气传到卫星的途中，一些波长会被二氧化碳吸收。通过分析吸收谱，可以掌握全球各地的大气碳含量，为节能减排、科学合理地设定碳排放目标提供科学依据。中国2022年发射的碳卫星“句芒号”就是做这个业务的。

　　除此之外，光谱分析不仅可以用在气象卫星上，我们还可以通过光谱分析去研究宇宙，去观测研究其他行星的天气，带有这种功能的航天器，某种程度上可以算是“宇宙气象卫星了”。比如在韦布空间望远镜拍到的海王星的照片中，作为海王星卫星之一的海卫一看起来完全压倒了海王星的亮度。这是因为韦布望远镜在红外波段观测，海卫一表面有丰富的水冰，对阳光（包括红外线）的反照率很高，而海王星大气中的甲烷成分却能吸收红外线，所以整体就暗下来了。海王星表面的亮条和斑点，则是甲烷和水构成的冰的高反射区，它们的分布勾勒出了海王星上的暴风。