“3D”將成為探測全球大氣“超級(jí)慧眼”

    2008年5月27日，我國首顆新一代極軌氣象衛(wèi)星——“風(fēng)云三號(hào)”A星成功發(fā)射；2010年11月5日，“風(fēng)云三號(hào)”B星成功發(fā)射；2013年9月23日，“風(fēng)云三號(hào)”C星發(fā)射入軌后，“風(fēng)云三號(hào)”實(shí)現(xiàn)三星組網(wǎng)，觀測數(shù)據(jù)更新頻率由12小時(shí)縮短為6小時(shí)，大幅提高了我國氣象觀測和預(yù)報(bào)能力，幾天前，“風(fēng)云三號(hào)”D星又成功發(fā)射。十年來，風(fēng)云衛(wèi)星家族成為耀眼的“明星”。特別是此次發(fā)射的“風(fēng)云三號(hào)”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(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星是為了滿足中國天氣預(yù)報(bào)、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(fēng)云衛(wèi)星歷經(jīng)40年發(fā)展，現(xiàn)在世界上同時(shí)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(fēng)云三號(hào)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(yùn)行，優(yōu)點(diǎn)是覆蓋全球，觀測領(lǐng)域廣闊。風(fēng)云三號(hào)D星是風(fēng)云系列的第四顆衛(wèi)星，將接替2010年發(fā)射的風(fēng)云三號(hào)B試驗(yàn)衛(wèi)星，作為下午星，與2013年發(fā)射的上午星風(fēng)云三號(hào)C星開展全球?qū)Φ亟M網(wǎng)觀測。

    與風(fēng)云三號(hào)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(jí)慧眼”，風(fēng)云三號(hào)D星在進(jìn)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(jì)在內(nèi)的4個(gè)新型遙感儀器，增強(qiáng)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(tái)高分辨率成像儀能極大地增強(qiáng)對地球大氣動(dòng)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(gè)通道，將不同譜線的可見光吸收探測。它們極大地提升了“風(fēng)云三號(hào)”D星對高空大氣的層析能力。

     此外，“風(fēng)云三號(hào)”D星還新增了兩臺(tái)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(jì)。其中，廣角極光成像儀為“風(fēng)云三號(hào)”D星帶來了一項(xiàng)新技能——對兩極極光強(qiáng)度和范圍進(jìn)行監(jiān)測。眾所周知，大于70°緯度的極區(qū)會(huì)有極光，而極光與電場、磁場密切相關(guān)，觀測極光活動(dòng)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(jì)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?dú)夥肿拥臉O紫外波段氣輝輻射強(qiáng)度。

     廣角極光成像儀和電離層光度計(jì)相互補(bǔ)充，實(shí)時(shí)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(bào)提供有力支撐，減少空間天氣對航天、航空、通信和導(dǎo)航定位等活動(dòng)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(bào)準(zhǔn)確率提供數(shù)值預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)支撐。 

    “3D”繼承了風(fēng)云三號(hào)C星的微波溫度計(jì)、微波濕度計(jì)、微波成像儀和掩星探測儀，C星的這四個(gè)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(bào)系統(tǒng)中作了同化應(yīng)用，目前，GRAPES全球數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)同化用的是6小時(shí)時(shí)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(shí)同化中實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋，可以實(shí)現(xiàn)全球觀測。

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

    同時(shí)，“3D”搭載的中分辨率光譜成像儀可實(shí)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(qiáng)，有效提高了對植被、冰雪、霧霾、森林草原火險(xiǎn)、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(hù)等提供科學(xué)支持。同時(shí)，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(dá)到了國際先進(jìn)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(shí)都在進(jìn)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(gè)接收站，那么離接收站較遠(yuǎn)地區(qū)的觀測信息就無法實(shí)時(shí)下傳了。最好的辦法，就是讓地面站“鎮(zhèn)守四方”。風(fēng)云三號(hào)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(gè)享受“5+2”模式的極軌氣象衛(wèi)星。此前，風(fēng)云三號(hào)家族的地面站實(shí)行“4+1”模式：國內(nèi)有佳木斯、烏魯木齊、北京和廣州4個(gè)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(gè)地面站，喀什站和南極站也正式“上崗”，喀什站的加入，使風(fēng)云三號(hào)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(shí)第一次實(shí)現(xiàn)了南極站接收，兩極站同時(shí)使用，大幅度提升了全球觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用時(shí)效。

    風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)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(gè)遙感衛(wèi)星接收站，那時(shí)無論在地球哪個(gè)角落的觀測數(shù)據(jù)，最慢需要4個(gè)小時(shí)可下傳。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，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(yùn)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(gè)小時(shí)的接收時(shí)效，一下子縮短至1個(gè)多小時(shí)。