沙尘暴的监测、预报、警报是一项复杂的系统工程，它集风沙动力学理论、空间遥感、数值预报、地理信息、大气边界层特种监测和计算机技术于一体，充分体现了多学科的交叉融合。沙尘暴的防御则是一个复杂的科学和社会问题，正引起广泛的关注。沙尘暴天气是一种多尺度的有灾害天气，其发生发展都具有不同时空尺度和生命史，因其经常发生在广无人迹的沙漠、戈壁滩荒漠地带上，所以常规方法很难进行监测和追踪。我国西北地区地域辽阔，自然环境恶劣。由于条件限制，沙尘暴多发区内气象站点稀少，严重制约着沙尘暴的监测和预防。因此发挥气象卫星的千里眼作用，可以对沙尘天气进行监测跟踪和灾情评估。利用卫星遥感技术可以对沙尘暴进行有效监测，这对沙尘暴的预警、防范等有着十分重要的意义，已越来越受到重视。从卫星资料可以提取沙尘暴信息以及定量分析沙尘暴有关参数，如面积、影响高度、浓度分布、输送、起止时间等。给沙尘暴装上千里眼极轨气象卫星具有监测范围广、分辩率较高（星下点为1.1千米）等特点，对沙尘暴天气的监测有其独特优势。极轨气象卫星上的扫描辐射仪有5个波段，其中可见光和近红外波段可接收来自下垫面反射的太阳辐射，反映了下垫面反射率；热红外波段可接收下垫面的热辐射，反映下垫面的温度分布状况。沙尘在反射率和温度等方面都与地表、水体、积雪、云系等有一定差异。通过有效的判识方法，可以分离出沙尘的遥感信息，从而达到监测沙尘暴的目的，对其浓度、面积、高度等重要因子可进行进一步定量反演。其方法有两种。
1.门限值法：沙尘在可见光和热红外波段上与地表、云系等属性有一定差异。显然，它不具有植被特性，即归一化植被指数（NDVI）小于零；沙尘来源于地面，其温度比云顶温度高，但由于悬浮在空中，又比地面温度低；其反射率较水体高。门限值法就是根据这些特性，确定各波段间组合的合理的门限值，从而分离出沙尘信息。
2.主成分分析十聚类分析法：由于门限值法存在主观影响因素，如果没有密集的地面监测资料做验证，就难以消除误差；特别在沙尘地界分析上，误差更大。采用主成分分析十聚类分析法，可以比较客观地分离出沙尘信息。
郑新江等用NOAA气象卫星数据，经实时采集、预处理（包括数据分离、辐射定标、地理定位和太阳倾角计算）、正方投影及地标修正后，形成卫星遥感数字图像。星上AVHRR（改进的甚高分辨率扫描辐射仪）有5个探测通道（分别在0.58～0.68微米，0.725～1.10微米，3.55～3.93微米，10.3～11.3微米，11.5～12.5微米），其中第1、2通道（ch1和ch2）位于可见光和近红外波段，用于探测下垫面对太阳光的反射特性，用来推算反照率；第3、4、5通道（ch3、ch4和ch5）为热红外通道，可接收来自下垫面的热辐射，由此得到下垫面的亮度温度。由于沙尘暴与其它目标物（云系、地表）在反照率和温度上均有所差异，故可以监测沙尘暴天气。根据不同目标物象元的通道光谱数据进行相应的统计分类，以区别沙尘暴区并对不同浓度的沙尘暴进行分类，提取沙尘暴及周边区域不同象元的可见光（ch1）与红外（ch4）通道样本，以聚类方法对样本作统计分析，可进行定量提取沙尘暴参数。
（1）沙尘暴区面积：地球本身是一个椭圆体，这里计算的面积实际上是求算各个经纬度范围内代表沙尘暴的象元面积之和。（2）沙尘暴影响高度：利用卫星观测到沙尘暴顶的温度，可以求算沙尘暴影响高度。分析表明，强沙尘暴区影响高度位于2500～3200米之间，弱沙尘暴区影响高度在1000～2500米之间。（3）沙尘暴浓度分布与低层风场的关系：分析发现，沙尘暴高浓度区始终位于700百帕风切变最大的地区。沙尘暴区的低空风场与沙尘暴区以外有着很大差导，存在着中尺度切变或环流。（4）沙尘暴的输送：沙尘的输送是沙尘暴研究中的一个重要参数，连续的卫星资料可以较好地追踪沙尘输送情况。如1988年4月9日～13日沙尘暴过程，4月9日，一个深厚的低槽影响我国西北地区，槽后有明显冷平流，地面有冷锋配合；10日冷锋经过内蒙古西部巴丹吉林和腾格里沙漠时，出现沙尘暴天气，加之陕北850百帕为一热低压，更有利于沙尘升空输送；11～12日影响华北、华中和华东；13日影响日本。云图上，低槽冷锋云带已移到日本上空，其后为大范围晴空区，在黄海上空呈暗灰色调的区域为浮尘区，形状呈团块状或波浪形，外缘边界不明显。分析连续云图，在大陆东部上空浮尘向东南方向移动，平均速度为32～37千米/小时，入海后向东北方向移动，移速达到35～40千米/小时。（5）沙尘暴的结束：卫星云图可以更映不利于沙尘暴发展的环流条件，为预报沙尘暴天气的结束提供信息，例如1984年4月24日～26日新疆克拉玛依、吐鲁番、宁夏、内蒙古、陕西等地均出现沙尘暴天气，但末影响到华北，原因在于1984年4月26日08时，我国东北、华北北部为涡旋云系，云系尾部的晴空区内有大范围沙尘分布，但河北上空有一条云带由多层云系组成，并且移动缓慢，受其影响，华北东部出现了降雨天气，因而北方沙尘未扩散到华北。
近几年卫星监测实践证明，利用卫星监测沙尘暴是一种切实可行的方法。沙尘暴天气基本气象要素观测：各省、市（区）所属气象台站，尤其是沙尘暴多发或易发地区台站按常规方法进行沙尘暴观测；在沙尘暴易发季节，从时间上应加密观测。沙尘暴的监测还要充分发挥气象监测网的作用。
沙尘暴天气监测网
自动气象站观测。在沙尘暴易发或多发区和无人地区布设自动站，站网密度达到中尺度天气监测要求，采集的数据由中心站处理。高空探测：沙尘暴多发、易发地区的气象台站，在沙尘暴天气多发期，应加密高空观测。天气雷达监测。为了弥补荒漠地区站点稀疏，资料空间尺度大的问题，在其周围布设多部天气雷达，形成天气雷达联网，实施对沙尘暴天气的跟踪监测。气象卫星监测。在沙尘暴多发区，建立卫星遥感中心，加强卫星监测能力，增设气象卫星接收处理系统，实行对沙尘暴天气的连续监测和动态跟踪，并结合客观定量诊断分析，迅速确定与沙尘暴中尺度有关的气象参数。信息网络通信系统。将站点所有信息传输至区域级中心，以满足沙尘暴天气预报业务要求。又通过网络系统，将产品及有关信息传输下去。
北京沙尘暴的监测方法
北京对沙尘天气的监控主要有三大方法：一是卫星遥感，先监控北京上游地区积雪厚度、土壤开始解冻时间，起沙后，跟踪沙尘的移动情况；二是北方地区的沙尘暴监测网，北京市气象局共设置几十座气象监测铁塔，专门盯着沙尘，随时传送最新数据；三是根据临近天气情况，分析适合的天气条件，从而推测沙尘到来的时间和强度。这些监控方法收集到的数据，汇入北京沙尘监测系统，该系统根据数据变化，分析得出沙尘动向，及时向气象部门提供预报根据。目前社会各方面对沙尘暴的预报和服务需求不断增加。随着社会的经济发展，人们生活水平也提高了，也就会越来越关注自己所居住的生活环境问题，人们都希望生活在一个风和日丽、空气清新、环境优美的世界里，可是近年来，沙尘暴、扬沙和浮尘天气频繁地发生，已经严重干扰和影响人们的正常生活，对社会经济和环境均造成一定程度的危害。目前正在实施西部大开发，各项经济活动和开发项目已经全面启动，我国西部大开发战略的实施，不但需要一个良好的社会投资环境，同时也需要一个好的地理投资环境。为了进一步搞好沙尘暴天气研究、联报联防工作，在资料统计的基础上，搞清楚形成沙尘暴天气的天气动力学条件、物理机制、中尺度系统和地形效应，采用天气学方法定性地确定沙尘暴天气的预报着眼点，利用数值模拟和统计学方法，结合天气学模式建立健全沙尘暴天气短期预报系统是十分必要的。
