“3D”將成為探測全球大氣“超級慧眼”

    2008年5月27日，我國首顆新一代極軌氣象衛(wèi)星——“風云三號”A星成功發(fā)射；2010年11月5日，“風云三號”B星成功發(fā)射；2013年9月23日，“風云三號”C星發(fā)射入軌后，“風云三號”實現(xiàn)三星組網(wǎng)，觀測數(shù)據(jù)更新頻率由12小時縮短為6小時，大幅提高了我國氣象觀測和預(yù)報能力，幾天前，“風云三號”D星又成功發(fā)射。十年來，風云衛(wèi)星家族成為耀眼的“明星”。特別是此次發(fā)射的“風云三號”D星更是絕技在身，造福全球。

                             

   

    發(fā)展我國自己的氣象衛(wèi)星的最初設(shè)想，是周恩來總理于1969年提出來的。風云三號氣象衛(wèi)星是為了滿足中國天氣預(yù)報、氣候預(yù)測和環(huán)境監(jiān)測等方面的迫切需求建設(shè)的第二代極軌氣象衛(wèi)星，風云衛(wèi)星歷經(jīng)40年發(fā)展，現(xiàn)在世界上同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛(wèi)星的只有美國、歐洲和中國。

 

 

    風云三號系列衛(wèi)星多數(shù)為極軌氣象衛(wèi)星。極軌氣象衛(wèi)星，也叫太陽同步軌道氣象衛(wèi)星，其軌道在地球上空650到1500公里之間，圍繞地球南北兩極運行，優(yōu)點是覆蓋全球，觀測領(lǐng)域廣闊。風云三號D星是風云系列的第四顆衛(wèi)星，將接替2010年發(fā)射的風云三號B試驗衛(wèi)星，作為下午星，與2013年發(fā)射的上午星風云三號C星開展全球?qū)Φ亟M網(wǎng)觀測。

    與風云三號C星相比，昵稱為“3D”的D星技術(shù)更加成熟，被稱為探測全球大氣的“超級慧眼”，風云三號D星在進一步提高核心遙感儀器的可靠性、穩(wěn)定性和高探測精度的基礎(chǔ)上，新增了紅外高光譜大氣探測儀、高光譜溫室氣體監(jiān)測儀、廣角極光成像儀、電離層光度計在內(nèi)的4個新型遙感儀器，增強了空間環(huán)境綜合探測能力，是目前國內(nèi)光譜分辨率最高的對地觀測衛(wèi)星之一，其中多臺高分辨率成像儀能極大地增強對地球大氣動力、熱力參量和溫室氣體的捕獲能力。

    面對波長只有約600納米的可見光，新增的紅外高光譜大氣探測儀和高光譜溫室氣體監(jiān)測儀依然能分成幾百乃至上千個通道，將不同譜線的可見光吸收探測。它們極大地提升了“風云三號”D星對高空大氣的層析能力。

     此外，“風云三號”D星還新增了兩臺與空間環(huán)境監(jiān)測密切相關(guān)的儀器——廣角極光成像儀和電離層光度計。其中，廣角極光成像儀為“風云三號”D星帶來了一項新技能——對兩極極光強度和范圍進行監(jiān)測。眾所周知，大于70°緯度的極區(qū)會有極光，而極光與電場、磁場密切相關(guān)，觀測極光活動可以了解高層大氣高能粒子、電場、磁場變化情況。

     電離層光度計則側(cè)重于監(jiān)測電離層電場狀態(tài)，它能反演高層大氣電子濃度的垂直分布，測量氧氣原子和氮氣分子的極紫外波段氣輝輻射強度。

     廣角極光成像儀和電離層光度計相互補充，實時洞察高層電場、磁場以及高能粒子等空間天氣參數(shù)變化，為空間天氣預(yù)報提供有力支撐，減少空間天氣對航天、航空、通信和導航定位等活動的影響，保障人類健康。

                               

   

    作為氣象衛(wèi)星，最重要的任務(wù)之一是為提升天氣預(yù)報準確率提供數(shù)值預(yù)報的數(shù)據(jù)支撐。 

    “3D”繼承了風云三號C星的微波溫度計、微波濕度計、微波成像儀和掩星探測儀，C星的這四個儀器已經(jīng)在我國自主發(fā)展的GRAPES全球數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)中作了同化應(yīng)用，目前，GRAPES全球數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)同化用的是6小時時間窗三維變分同化，C星和D星分別作為上午星、下午星，在6小時同化中實現(xiàn)了全球覆蓋，可以實現(xiàn)全球觀測。

    此外“3D”一大亮點是增加了具有1370個通道的紅外高光譜大氣垂直探測儀，可以提供更精細的大氣溫度和濕度垂直探測信息，為數(shù)值天氣預(yù)報提供更準確的初始場，提高預(yù)報精度，增強對我國中長期數(shù)值天氣預(yù)報的支撐能力。

    同時，“3D”搭載的中分辨率光譜成像儀可實現(xiàn)云、氣溶膠、水汽、陸地表面特性、海洋水色等大氣、陸地、海洋參量的高精度定量反演。儀器觀測能力的增強，有效提高了對植被、冰雪、霧霾、森林草原火險、洪澇等的監(jiān)測能力，為我國生態(tài)治理與恢復(fù)、環(huán)境監(jiān)測與保護等提供科學支持。同時，也為全球生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測和氣候評估等提供中國觀測方案。 

    中國氣象局遙感應(yīng)用服務(wù)中心主任唐世浩說，“3D”是跟國際接軌的一顆極軌衛(wèi)星，達到了國際先進水平，之后與極軌衛(wèi)星有關(guān)的遙感應(yīng)用監(jiān)測，將主要使用“3D”發(fā)回的衛(wèi)星資料。

                                   

                                       

   

    

    衛(wèi)星觀測隨時都在進行，但是衛(wèi)星數(shù)據(jù)順利被接收的前提是衛(wèi)星和地面站彼此能夠“看得見、握得到手”。我國幅員遼闊，如果只建一個接收站，那么離接收站較遠地區(qū)的觀測信息就無法實時下傳了。最好的辦法，就是讓地面站“鎮(zhèn)守四方”。風云三號D星數(shù)據(jù)傳輸速度的加倍與地面數(shù)據(jù)接收站的建設(shè)有著直接關(guān)系，為了充分發(fā)揮衛(wèi)星效應(yīng)，地面應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展要超前于衛(wèi)星發(fā)展，“3D”是第一個享受“5+2”模式的極軌氣象衛(wèi)星。此前，風云三號家族的地面站實行“4+1”模式：國內(nèi)有佳木斯、烏魯木齊、北京和廣州4個地面站，國外有靠近北極的瑞典基律納站。“3D”來了，除了原先的幾個地面站，喀什站和南極站也正式“上崗”，喀什站的加入，使風云三號D星的國內(nèi)數(shù)據(jù)接收范圍在經(jīng)度上能再向西延伸12°左右。同時第一次實現(xiàn)了南極站接收，兩極站同時使用，大幅度提升了全球觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用時效。

    風云三號衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師楊忠東說，?此前，我國在北緯68°左右的瑞典基律納建了衛(wèi)星接收站，是我國在海外建設(shè)的第一個遙感衛(wèi)星接收站，那時無論在地球哪個角落的觀測數(shù)據(jù)，最慢需要4個小時可下傳。當出現(xiàn)緊急情況時，就要求衛(wèi)星數(shù)據(jù)越快傳到國內(nèi)越好，在這種情況下南極衛(wèi)星站應(yīng)運而生。之后我國與挪威合作，于今年完成了東南極洲毛德皇后地Troll氣象衛(wèi)星地面站（簡稱南極站）的建設(shè)。原來最遲4個小時的接收時效，一下子縮短至1個多小時。