国内外主要气象卫星介绍
国内外主要气象卫星介绍
气象卫星是地球观测的重要工具，通过监测大气、海洋和地表等环境参数，为天气预报、气候研究和灾害监测提供关键数据。本文将介绍美国NOAA AVHRR系列卫星和中国风云系列卫星的主要特点和技术参数。
NOAA AVHRR介绍
美国NOAA极轨卫星自1970年12月发射第一颗以来，近40年间连续发射了18颗。最新的NOAA-19于2009年发射升空。NOAA卫星共经历了5代，目前使用较多的是第五代（NOAA-15至NOAA-18）和作为备用的第四代卫星（NOAA-9至NOAA-14）。
NOAA-11卫星
- 发射时间：1988年9月24日
- 正式运行日期：1988年11月8日
- 轨道参数：轨道高度841公里，轨道倾角98.9度，轨道周期101.8分钟
NOAA-12卫星
- 发射时间：1991年5月14日
- 正式运行日期：1991年9月17日
- 轨道参数：轨道高度804公里，轨道倾角98.6度，轨道周期101.1分钟
NOAA-14卫星
- 发射时间：1994年12月30日
- 正式运行日期：1995年4月10日
- 轨道参数：轨道高度845公里，轨道倾角99.1度，轨道周期101.9分钟
NOAA-15卫星
- 发射时间：1998年5月13日
- 正式运行日期：1998年12月15日
- 轨道参数：轨道高度808公里，轨道倾角98.6度，轨道周期101.2分钟
NOAA-16卫星
- 发射时间：2000年9月12日
- 正式运行日期：2001年3月20日
- 轨道参数：轨道高度850公里，轨道倾角98.9度，轨道周期102.1分钟
NOAA-17卫星
- 发射时间：2002年6月24日
- 正式运行日期：2002年10月15日
- 轨道参数：轨道高度811公里，轨道倾角98.7度，轨道周期101.2分钟
NOAA-18卫星
- 发射时间：2005年5月11日
- 正式运行日期：2005年6月26日
- 轨道参数：轨道高度854公里，轨道倾角未知，轨道周期102分钟
NOAA-19卫星
- 发射时间：2009年2月6日
- 正式运行日期：2009年（具体月份未知）
- 轨道参数：轨道高度852.2公里，轨道倾角98.7度，轨道周期102.1分钟
NOAA是太阳同步极轨卫星，采用双星运行模式，同一地区每天可有四次过境机会。第五代（NOAA-15至19）传感器采用改进型甚高分辨率辐射仪（AVHRR/3）和先进TIROS业务垂直探测器（ATOVS），包括高分辨率红外辐射探测仪（HIRS-3）、先进的微波探测装置A型（AMSU-A）和先进的微波探测装置B型（AMSU-B）。
AVHRR/3 波段信息
通道序号 | 波长范围（µm） | 主要用途 |
|---|---|---|
1 | 0.58~0.68 | 白天图像、植被、冰雪、气候等 |
2 | 0.725~1.00 | 白天图像、植被、水/路边界、农业估产、土地利用调查等 |
3a* | 1.58~1.64 | 白天图像、土壤湿度、云雪判识、干旱监测、云相区分等 |
3b* | 3.55~3.93 | 下垫面高温点、夜间云图、森林火灾、火山活动 |
4 | 10.30~11.30 | 昼夜图像、海表和地表温度、土壤湿度 |
5 | 11.50~12.50 | 昼夜图像、海表和地表温度、土壤湿度 |
注：*3a白天工作，3b夜间工作
AVHRR/3探测器扫描角为±55.4°，相当于探测地面2800km宽的带状区域，两条轨道可以覆盖我国大部分国土，三条轨道可完全覆盖我国全部国土。AVHRR的星下点分辨率为1.1km。由于扫描角大，图像边缘部分变形较大，实际上最有用的部分在±15°范围内（15°处地面分辨率为1.5km），这个范围的成像周期为6天。
风云系列气象卫星
目前风云系列卫星包括三个系列：
风云一号
是我国自行研制的第一代准极地太阳同步轨道气象卫星，也是我国第一颗传输型极轨遥感卫星。其主要任务是获取国内外大气、云、陆地、海洋资料，进行有关数据收集，用于天气预报、气候预测、自然灾害和全球环境监测等。卫星携带10个通道，可见光4个，近红外2个，中远红外2个，热红外2个，星下点分辨率1.1km，扫描宽度3000km。目前共发射了四颗，代号分别为：FY-1A、FY-1B、FY-1C和FY-1D，目前只有FY-1D在运行服务。
风云二号
是我国自行研制的第一颗地球静止轨道气象卫星，与极地轨道气象卫星相辅相成，构成我国气象卫星应用体系。风云二号卫星的作用是获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水气分布图，进行天气图传真广播，供国内外气象资料利用站接收利用，收集气象、水文和海洋等数据收集平台的气象监测数据，监测太阳活动和卫星所处轨道的空间环境，为卫星工程和空间环境科学研究提供监测数据，星下点分辨率1.25km（FY-2）。
风云三号
风云三号（FY-3）气象卫星是我国的第二代极轨气象卫星，它是在FY-1气象卫星技术基础上的发展和提高，在功能和技术上向前跨进了一大步，具有质的变化，具体要求是解决三维大气探测，大幅度提高全球资料获取能力，进一步提高云区和地表特征遥感能力，从而能够获取全球、全天候、三维、定量、多光谱的大气、地表和海表特性参数。FY-3气象卫星的应用目的包括四个方面：
- 为中期数值天气预报提供全球均匀分辨率的气象参数。
- 研究全球变化包括气候变化规律，为气候预测提供各种气象及地球物理参数。
- 监测大范围自然灾害和地表生态环境。
- 为各种专业活动（航空、航海等）提供全球任一地区的气象信息，为军事气象保障服务。
FY-3的研制和生产分为二个批次，01批共两颗卫星，FY-3A已经于2008年5月7日成功发射。02批星的发射将在2010年以后，并对部份遥感仪器作增加、更换和性能改进，FY-3卫星系列将应用15年左右。FY-3卫星的主要技术指标为：
- 轨道类型：近极地太阳同步轨道
- 轨道标称高度：836公里
- 轨道倾角：98.75°
- 标称轨道回归周期为5.5天，设计范围为4至10天
- 轨道保持偏心率：≤0.0025
- 交点地方时漂移：2年小于15分钟
- 卫星发射窗口：降交点地方时10:00AM～10:20AM或升交点地方时13:40PM～14:00PM
- 姿态稳定方式：三轴稳定
- 三轴指向精度：≤0.3°
- 三轴测量精度：≤0.05°
- 三轴姿态稳定度：≤4×10-3 °/s
- 太阳能帆板自动对日进行定向跟踪。
FY-3 (01批)星上有11种探测仪器，各仪器主要性能指标和探测目的见表
FY-3(01批)遥感仪器主要性能指标
名称 | 性能参数 | 探测目的 |
|---|---|---|
可见光红外扫描辐射计(VIRR) | 光谱范围 0.43～12.5μm 通道数 10 扫描范围 ±55.4° 地面分辨率 1.1Km | 云图、植被、泥沙、卷云及云相态、雪、冰、地表温度、海表温度、水汽总量等。 |
大气探测仪器包 | 红外分光计(IRAS) | 光谱范围 0.69～15.0μm 通道数 26 扫描范围 ±49.5° 地面分辨率 17Km |
微波温度计(MWTS) | 频段范围 50～57GHz 通道数 4 扫描范围 ±48.3° 地面分辨率 50～75Km | |
微波湿度计（MWHS） | 频段范围 150～183GHz 通道数 5 扫描范围 ±53.35° 地面分辨率 15Km | |
中分辨率光谱成像仪(MERSI) | 频段范围 0.40～12.5μm 通道数 20 扫描范围 ±55.4° 地面分辨率 0.25～1Km | 海洋水色、气溶胶、水汽总量、云特性、植被、地面特征、表面温度、冰雪等。 |
微波成像仪(MWRI) | 频段范围 10～89GHz 通道数 10 扫描范围 ±55.4° 地面分辨率 15～85Km | 雨率、云含水量、水汽总量、土壤湿度、海冰、海温、冰雪覆盖等。 |
地球辐射探测仪(ERM) | 光谱范围 0.2～50μm，0.2～3.8μm 通道数 窄视场2个， 宽视场 2个 扫描范围±50°（窄视场） 灵敏度 0.4Wm-2·sr-1 | 地球辐射 |
太阳辐射监测仪（SIM） | 太阳辐射测量：光谱范围 0.2～50μm 灵敏度 0.2Wm-2 | 太阳辐射 |
紫外臭氧垂直探测仪(SBUS) | 光谱范围 0.16～0.4 μm 通道数 12 扫描范围 垂直向下 地面分辨率 200km | O3垂直分布 |
紫外臭氧总量探测仪（TOU) | 光谱范围 0.3～0.36μm 通道数 6 扫描范围 ±54° 星下点分辨率 50km | O3总含量 |
空间环境监测器(SEM) | 测量空间重离子、高能质子、中高能电子、辐射剂量；监测卫星表面电位与单粒子翻转事件等。 | 卫星故障分析所需空间环境参数 |