“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星——“風云三號”A星成功發射；2010年11月5日，“風云三號”B星成功發射；2013年9月23日，“風云三號”C星發射入軌后，“風云三號”實現三星組網，觀測數據更新頻率由12小時縮短為6小時，大幅提高了我國氣象觀測和預報能力，幾天前，“風云三號”D星又成功發射。十年來，風云衛星家族成為耀眼的“明星”。特別是此次發射的“風云三號”D星更是絕技在身，造福全球。

                             

   

    發展我國自己的氣象衛星的最初設想，是周恩來總理于1969年提出來的。風云三號氣象衛星是為了滿足中國天氣預報、氣候預測和環境監測等方面的迫切需求建設的第二代極軌氣象衛星，風云衛星歷經40年發展，現在世界上同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛星的只有美國、歐洲和中國。

 

 

    風云三號系列衛星多數為極軌氣象衛星。極軌氣象衛星，也叫太陽同步軌道氣象衛星，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，優點是覆蓋全球，觀測領域廣闊。風云三號D星是風云系列的第四顆衛星，將接替2010年發射的風云三號B試驗衛星，作為下午星，與2013年發射的上午星風云三號C星開展全球對地組網觀測。

    與風云三號C星相比，昵稱為“3D”的D星技術更加成熟，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、穩定性和高探測精度的基礎上，新增了紅外高光譜大氣探測儀、高光譜溫室氣體監測儀、廣角極光成像儀、電離層光度計在內的4個新型遙感儀器，增強了空間環境綜合探測能力，是目前國內光譜分辨率最高的對地觀測衛星之一，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境監測密切相關的儀器——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測。眾所周知，大于70°緯度的極區會有極光，而極光與電場、磁場密切相關，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。

     電離層光度計則側重于監測電離層電場狀態，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變化，為空間天氣預報提供有力支撐，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。

                               

   

    作為氣象衛星，最重要的任務之一是為提升天氣預報準確率提供數值預報的數據支撐。 

    “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在我國自主發展的GRAPES全球數值天氣預報系統中作了同化應用，目前，GRAPES全球數值預報系統同化用的是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小時同化中實現了全球覆蓋，可以實現全球觀測。

    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，為數值天氣預報提供更準確的初始場，提高預報精度，增強對我國中長期數值天氣預報的支撐能力。

    同時，“3D”搭載的中分辨率光譜成像儀可實現云、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、洪澇等的監測能力，為我國生態治理與恢復、環境監測與保護等提供科學支持。同時，也為全球生態環境監測、災害監測和氣候評估等提供中國觀測方案。 

    中國氣象局遙感應用服務中心主任唐世浩說，“3D”是跟國際接軌的一顆極軌衛星，達到了國際先進水平，之后與極軌衛星有關的遙感應用監測，將主要使用“3D”發回的衛星資料。

                                   

                                       

   

    

    衛星觀測隨時都在進行，但是衛星數據順利被接收的前提是衛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“鎮守四方”。風云三號D星數據傳輸速度的加倍與地面數據接收站的建設有著直接關系，為了充分發揮衛星效應，地面應用系統的發展要超前于衛星發展，“3D”是第一個享受“5+2”模式的極軌氣象衛星。此前，風云三號家族的地面站實行“4+1”模式：國內有佳木斯、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星的國內數據接收范圍在經度上能再向西延伸12°左右。同時第一次實現了南極站接收，兩極站同時使用，大幅度提升了全球觀測數據的應用時效。

    風云三號衛星地面應用系統總設計師楊忠東說，?此前，我國在北緯68°左右的瑞典基律納建了衛星接收站，是我國在海外建設的第一個遙感衛星接收站，那時無論在地球哪個角落的觀測數據，最慢需要4個小時可下傳。當出現緊急情況時，就要求衛星數據越快傳到國內越好，在這種情況下南極衛星站應運而生。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氣象衛星地面站（簡稱南極站）的建設。原來最遲4個小時的接收時效，一下子縮短至1個多小時。