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中国的气象卫星

短期预报的主力 为了极大地改善区域性短期天气预报,中国还积极研制了静止轨道气象卫星,并于1997年6月10日成功发射了第一颗试验型静止轨道气象卫星风云2号A。该卫星是中国第一颗地球静止轨道遥感卫星,采用东方红2号甲卫星平台。星体外形呈圆柱体,高1.606米,直径2.1米,表面粘贴了近2万片太阳能电池片。星箭分离后,卫星最大高度4.376米,远地点发动机分离后卫星高度3.081米。仪器安装在卫星柱体中间环形仪器板上、下两面;辐射致冷器在卫星进入准地球静止轨道与远地点发动机分离,经加热去污,抛去防污罩后,对准冷空间实现辐射致冷。卫星采用自旋稳定方式,发射质量为1369千克,定点初期质量为585千克,末期质量为536千克。 风云2号A星载有可见光、红外和水气三通道扫描辐射计,S频段数传和云图广播转发器,UHF/S频段数据收集转发器和空间环境监测器。它能实时获取中国及其周边地区可见光、红外云图和水气分布图,收集并转发气象、海洋和水文等环境监测资料,播发数字展宽云图、S频段天气图、低分辨率云图,监测空间环境。卫星每半小时获取一幅覆盖1/3地球的全景原始云图。用可见光通道能获得白天的云层和地表反射的太阳辐射信息,用红外通道可得到昼夜云层和地表发射的红外辐射信息,从水气通道能提供对流层中、上部大气中水气分布的情况。 该星最大特点是可对观测区域实施多时次的频繁观测,特别适合监测生命史较短而危害又很大的强对流灾害性天气系统的发生与发展。风云2号A星定点在东经105度赤道上空,处在观测中国大陆和海区的最佳位置,填补了中国西部、西亚和印度洋区域大范围的天气资料空白,对监测来自青藏高原、孟加拉湾和阿拉伯海及对中国产生主要影响的天气系统有重要作用。它在海洋、水文、航空、航海、农林牧区和环境监测等领域,也有广泛的应用潜力和巨大的经济效益。 风云2号A星的投入运行,标志着中国气象卫星进入一个新阶段,使中国成为世界上第五个拥有静止轨道气象卫星的国家,也是世界上第三个同时拥有极轨气象卫星和静止轨道气象卫星的国家。2000年6月25日,与风云2号A星相同的风云2号B星也顺利发射。 中国第一颗业务型地球静止轨道气象卫星风云2号C星于2004年10月19日由长征3号A火箭发射成功。该卫星质量为1.38吨,技术性能有多项改进,达到国际新一代同类气象卫星的水平。其中星上扫描辐射计通道可获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水气分布图,收集气象、海洋、水文等观测数据,播发展宽数字图像和低速率云图资料,监测空间环境数据等;卫星的定量观测能力进一步增强,可对台风、降水、海温、云层、太阳辐射、空间粒子辐射等进行定量监测;星上的蓄电池容量增大,提高了供电能力,能保证卫星在星蚀期正常工作。该卫星还增加了对森林火灾、草原火灾、大雾天气和沙尘暴的观测能力,每天向地面送回28张气象云图并免费提供给世界各国。 风云2号C星设计工作寿命为3年。与风云2号A星、B星相比,它最大的改进是:星上扫描辐射计从原来的3个通道增加到5个通道,即增加了两个红外观测通道,以改进监测水气和半透明冰云的能力,提高海温测量精度,获得较精确的表面温度,并有助于区别低云和冰雪。 新增加的两个通道相当于使卫星多了两只“眼睛”,较大地提高了卫星遥感器的光谱范围和精度。这不仅能加强对海面温度变化的观察,还可以专门对地上高温热源进行观察。这使中国的气象卫星具备了在静止轨道上连续不断监测云层顶部水滴大小的能力,并提高了海表水温的探测精度,对降水的预报更准确,能更好地防灾、减灾和监测气候变化。另外,风云2号C星的可见光、红外和水气通道的空间分辨率、温度精度和信噪比也提高了。 由于风云2号C星的扫描辐射计覆盖面积达1.7×108千米2,可实时进行扫描监测,所以能观测到大气中生命期为几个小时的中小尺度天气系统及其演变过程,对中小尺度天气系统所造成的灾害性天气的动态监视具有独特的优势,从而可提供准确、及时的预报。 该卫星还具有较强的数据获取与转发能力,能24小时对中国进行观测,白天获取可见光云图,昼夜获取红外云图和水气分布图;在用户卫星覆盖区实时转发数字展宽云图和低分辨率云图,以及其他气象、海洋和水文等观测数据;同时还可收集覆盖区内地面数据,收集平台采集的环境监测数据,监测太阳活动和卫星所处轨道的空间环境。

可与欧美新一代静止轨道气象卫星媲美风云四号24小时“凝视”地球


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1997年和2000年先后发射的风云2号A星、B星入轨后都发生过故障。改进后的风云2号C的性能更可靠、实用。例如,前两颗风云2号卫星蓄电池容量小,遇到“地影”(也叫星蚀,即当太阳、地球、卫星在一条直线上时,卫星就会在地球的阴影里)时,卫星能源紧张。而风云2号C的蓄电池容量增大了,在“地影”期也可保证卫星的能源。另外,该星的低分辨率模拟云图被数字化,以低速率信息传输、分发给用户。 这颗卫星可见光通道能很好观测地面高温源,及时发现和观察杳无人烟处的森林大火,可以及时观测火灾的发展情况和走势。 风云2号C星是一颗业务运行星,它的成功运行标志着中国地球静止轨道气象卫星由试验阶段进入业务运行阶段。这是一个质的飞跃。同时为了更及时预报中国汛期的天气,该卫星由一天出28幅云图增加到一天出48幅云图。这样的功能在风云2号A星和B星上是无法实现的。 目前全国共有3000多个台站接收、使用风云2号C星的云图信息,全世界有20多个国家接收应用风云2号C的资料。这对风云2号C的可靠性提出了巨大的考验。 2006年12月8日,风云2号D星成功发射。它是风云2号C业务应用的在轨备份与接替星,入轨后与风云2号C星共同实现了双星立体观测,同时也极大地缩短了出图时间,由原来的30分钟出一幅云图缩短到15分钟出一幅云图,提高了使用效率,也为卫星在轨连续、稳定运行,为北京奥运会提供准确、及时的气象服务打下了坚实的基础。 风云2号D星与C星搭载的仪器相同,设计寿命为3年,主要改进表现在三个方面:①在卫星总体方面,根据中国气象局的要求,风云2号D星的定点位置由东经105度改为东经86.5度,静止轨道的位置保持精度由1度变化为2.5度,定点后的转速由转/分。这些变化可节省肼燃料,延长卫星的寿命等。②在扫描辐射计方面,更改了原始云图中红外、水气通道数据的编码方式,对红外、可见光和水气三个通道的动态范围进行了调整。③在电源分系统方面,增大了太阳电池片厚度,从而可防止产生静电干扰,使寿命末期供电的功率余量增加了7~9瓦。 由于定点位置的改变,风云2号D星可更好地向西拓展业务应用。而西部是中国气象信息的上游,如寒潮、沙尘等气象信息均源于西部。因此,风云2号D星将有助于获取更全面、更准确的气象信息,也能更好地支持、服务国家西部大开发战略。其观测能力与国外第二代三轴稳定的气象卫星相当,而且定位精度较高。 风云2号D具有双重使命,既可以作为风云2号C星的在轨备份星,也能根据需要与其配合进行双星同步立体业务观测,实现中国静止轨道气象卫星双星业务观测系统建设目标,增强卫星在轨连续、稳定运行的可靠性,为中国及周边国家天气观测、气象预报和减灾、防灾发挥重要作用。实现双星观测,不仅大大提高了风云2号卫星的可靠性,而且观察模式也有了多种选择。 首先它拓宽了观测范围,使观测范围向西扩展了近20个经度,可以观察到非洲东部、印度洋地区和整个亚洲,乃至西太平洋地区。 其次,双星同时观测可形成立体图像,获取更多的气象信息,用于开发新产品(把双星观测重叠区域做出动画后,画面看起来会更加细腻和具有立体感)。 此外,双星还可以交替工作,轻松实现正常工作状态下的加密观察,实现重大灾害天气的短时间、高频次监测,如提高沙尘暴、极地强降雨等中小尺度气象的预报准确率和及时性。在双星观测的重叠区域,采用汛期观测模式,对台风观测和准确预报也很重要。 风云2号D星投入业务运行后,其监视范围扩大至非洲东部至红海一带,因而可以更早地发现灾害性天气系统,提高预报的时效性。其观测资料能填补印度洋西部的资料空白,对改进夏季风的预报具有十分重要的意义。 中国处于中纬度西风带,天气系统大多从西边来,从西伯利亚南下的冷空气,从青藏高原上东移的天气系统,以及从印度洋上北上的暖湿气流都对中国天气有十分重要的影响。风云2号C星、D星能对这一地域的气象情况进行观测,也就是说观测气象的视野更宽广了。风云2号D星的图像资料弥补了西亚、印度洋大范围资料的不足。 2020年以前,中国还要发射22颗气象卫星。它们包括4颗风云2号系列卫星,12颗风云3号系列卫星和6颗风云4号系列卫星。风云2号E星、F星、G星、H星计划分别于2008年、2010年、2012年、2014年发射(风云2号E星于2008年12月23日升空,2008年12月26日定点)。 风云3号系列气象卫星是接替风云1号的新一代极轨气象卫星。它新增加了微波辐射计、红外分光计和紫外臭氧垂直探测器等许多设备,观测精度和功能大幅度提高,可实现全球、全天候探测。2008年和2009年计划发射2颗风云3号试验卫星,2011年至2018年计划发射10颗风云3号系列气象卫星。 2008年5月27日,质量为2295千克的中国首颗第二代极轨气象卫星风云3号A星上天。它运行在高807千米、倾角98.8度的太阳同步轨道上,在功能和技术上比第一代极轨气象卫星风云1号向前跨进了一大步。风云3号A星携带了8类11台共计90多种探测通道的探测仪器,创造了诸多第一:星载有效载荷数量第一,气象卫星观测功能第一……遥感仪器观测谱段从紫外线、可见光、红外线一直到微波频段样样齐全。其最大的特点是能够把全球的气候变化都监测到,达到国际先进水平,并已在抗震救灾和北京奥运会中提供了气象保障服务。 风云4号系列气象卫星是风云2号之后的新一代静止轨道气象卫星,2012年计划发射一颗风云4号试验星,2015~2019年计划发射4颗业务卫星。(选编自《中国航天器》)

“明察秋毫”新华社 发

编辑:国防科技网 责任编辑:张海

12月11日0时11分,中国新一代静止轨道气象卫星首发星风云四号在西昌卫星发射中心成功发射。这可不是一颗普通的气象卫星,风云四号的成功发射,将引领中国静止轨道气象卫星的升级换代,在技术上实现了从跟跑向并跑的重大跨越,达到世界先进水平,是中国从航天大国向航天强国迈进的又一重要标志。

● “秒拍”500张闪电图

气象卫星可以说是离百姓生活最近的卫星。我们平常看到的天气预报,首先就要通过气象卫星装载的各种探测仪器获得不同的卫星气象云图和遥感数据,然后通过云图及数据反演出大气要素,并应用到天气预报模型中,再根据方程的运算得到未来的天气。

风云四号卫星地面应用系统总师张志清用几个“更”来形容这颗新卫星。眼睛更锐利——空间分辨率最高达500米;反应更敏捷——区域观测时间分辨率可达1分钟;光谱分辨率更高——可以看到更多的大气和地物特征。

国防科工局系统工程司副司长赵坚进一步解释:“比如说闪电监测资料,风云四号装载了中国自主研制的闪电成像仪,一秒钟可以拍摄500张闪电图,探测区域范围内的闪电频次和强度,进而实现对强对流天气的监测与跟踪,提供闪电灾害预警,这在国内是首次应用。”

“与风云二号相比,风云四号的成像时间分辨率提高一倍。”赵坚介绍,风云四号单星即可完成风云二号双星组网才能实现的15分钟全圆盘成像,1000×1000公里区域观测能力超过风云二号,只需1分钟,与欧美新一代静止轨道气象卫星相当。

● 能给大气做“CT”

风云四号卫星总设计师董瑶海表示,作为中国新一代静止轨道气象卫星,风云四号卫星可以轻松实现对在高空对地球的24小时凝视,对地观测时间利用率接近80%。

载荷新也是风云四号的突出亮点。董瑶海颇为自豪:“风云四号是国际上首颗同时装载多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪的高轨气象卫星。”

据介绍,多通道扫描成像辐射计的成像通道从风云二号的5个增加到了14个,覆盖3个可见光和11个短波红外、中波红外和长波红外等波段,通道数量提升近3倍,与美国刚刚发射的GOSE-R卫星相当。同时,星上辐射定标精度达到1K、灵敏度0.1K,也就是说,卫星在测量地面温度时误差小于1℃,只要发生0.1℃的变化就能感知出来。

“风云四号还是国际上首个在二维成像观测的同时,实现对大气的垂直分层三维观测的卫星。”风云四号卫星工程总师李卿介绍,这有赖于最新研制的干涉式大气垂直探测仪。专家打了个比方,这个新仪器不仅实现了从黑白电视机向彩色电视机的跨越,还可以对大气作CT扫描,进行切片观察,大大提高了气象观测的能力。

据介绍,风云四号卫星正式投入业务运行后,将提供包括云、辐射、温湿度、大气、导风、闪电等30多种数据产品,可为中国及周边地区的短时气象预报、台风监测、环境及污染监测、自然灾害监测、森林防火、粮食亩产等提供服务,产品的种类、数量以及定量化指标均较之前的卫星产品有显着提升。

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