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風云三號E星可更好應對氣候變化新軌道填補衛(wèi)星觀測空白區(qū)

2021-07-07 08:11:14 來源：科技日報

7月5日7時28分，風云三號E星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。作為我國第二代極軌氣象衛(wèi)星的E星，是全球首顆民用晨昏軌道氣象衛(wèi)星，填補了國際晨昏軌道氣象衛(wèi)星技術(shù)空白。至此，我國成為世界上唯一同時擁有上午、下午、晨昏軌道三軌道組網(wǎng)氣象衛(wèi)星的國家。

“風云三號E星將填補全球數(shù)值天氣預報6小時同化窗內(nèi)衛(wèi)星觀測資料的空白，通過上午星、下午星、黎明星三星組網(wǎng)，我國將實現(xiàn)全球觀測資料的100%覆蓋。”風云三號E星總指揮李海生說。

新軌道填補衛(wèi)星觀測空白區(qū)

極軌氣象衛(wèi)星沿太陽同步軌道運行，在800千米左右的高度圍繞地球兩極運行。一般來說，它的首要任務是為數(shù)值天氣預報提供滿足時間和空間要求的全球觀測資料，提高預報時效和精度。

目前，歐美業(yè)務極軌氣象衛(wèi)星由歐洲Metop上午軌道衛(wèi)星和美國S-NPP、JPSS下午軌道衛(wèi)星組成，采用雙邊全球資料業(yè)務交換和共享的協(xié)作組網(wǎng)觀測模式。而我國的風云三號A星、C星衛(wèi)星軌道接近歐洲的Metop衛(wèi)星，風云三號B星、D星衛(wèi)星軌道接近美國的S-NPP、JPSS衛(wèi)星。與美歐相同，現(xiàn)有的衛(wèi)星觀測時間均集中在上午10時、下午2時左右，每6小時觀測同化時間窗內(nèi)全球總有2—3條軌道的衛(wèi)星觀測空白區(qū)，無法提供全球覆蓋的數(shù)值預報初始場觀測。

為滿足數(shù)值天氣預報觀測需求，世界氣象組織在《2025年全球觀測系統(tǒng)展望》報告中提出了建立上午、下午、晨昏軌道三顆衛(wèi)星組網(wǎng)觀測的概念。

“這就像以前只有上午、下午的班車，而沒有早班車，通俗地說，這顆星就是早班車。其發(fā)射成功后，在僅使用國產(chǎn)衛(wèi)星的情況下，預計可延長預報時效約12小時。”中國氣象局風云氣象衛(wèi)星工程總設(shè)計師楊軍說。

楊軍介紹，晨昏軌道衛(wèi)星的加入，將填補上述空白缺憾——它沿觀測地方的晨昏線運行，觀測地方時間總在凌晨和傍晚。分析認為，單星6小時可以觀測全球?qū)?span id="wsgssosg" class="keyword">近45%的區(qū)域，雙星6小時可觀測全球85%左右的區(qū)域，三星6小時可以觀測全球的全部區(qū)域，將對南北半球預報和洲際尺度的區(qū)域預報產(chǎn)生巨大貢獻，南北半球預報精度可提高2%—3%，洲際尺度的區(qū)域預報精度可提高2%—10%。

一顆“黎明星”提高預報精度、時效

在業(yè)內(nèi)，這顆星被譽為開啟新征程的“黎明星”，代表著中國氣象衛(wèi)星科技攀升到了一個新高度。

同上午衛(wèi)星和下午衛(wèi)星相比，晨昏軌道衛(wèi)星觀測時太陽高度角低，地形和云頂高度的幾何特征更為明顯，利用這種優(yōu)勢，風云三號E星可以在晨霧、臺風、強對流的監(jiān)測和分析中開展獨特的應用。

風云三號E星總設(shè)計師王金華告訴記者，此次風云三號E星裝載的中分辨率光譜成像儀新增寬幅、高靈敏微光成像通道，動態(tài)范圍達到7個數(shù)量級，是我國最先進的定量化全球微光成像儀器，在軌應用后可實現(xiàn)大氣、陸地、海洋參量的高精度微光定量反演，大幅提高弱光照射條件的監(jiān)測精度。

楊軍介紹，與D星相比，E星探測性能大幅提升。有數(shù)字為證，國內(nèi)首次實現(xiàn)雙頻雙極化海面風場精確探測，測風精度達到2米/秒；中分辨率光譜成像儀微光通道動態(tài)范圍達到7個數(shù)量級，在1/4月光輻亮度下信噪比大于11，是我國最先進的定量化微光探測儀器；紅外高光譜大氣探測儀觀測覆蓋能力提升80%，靈敏度達到國際先進水平，輻射探測精度和光譜精度為我國目前星載最高水平。

憑借新軌道，風云三號E星可使全球多個國家和地區(qū)的天氣預報機構(gòu)會商人員每天早間拿到時次最接近、資料最新的衛(wèi)星圖像和產(chǎn)品，為天氣預報提供最具時效性的信息。

同時，由于黎明星觀測時段地表溫度和大氣邊界層溫度差異最大、云量較少、絕對濕度較低，有助于風云三號E星利用紅外發(fā)射原理開展大氣氣體的遙感觀測和空氣質(zhì)量監(jiān)測工作。

監(jiān)測要素更全可更好應對氣候變化

“風云三號E星裝載了11臺（套）先進的遙感儀器，在觀測通道、探測精度、光譜覆蓋連續(xù)性等三方面核心能力都有所突破，實現(xiàn)了風云系列衛(wèi)星首次主動微波遙感探測，可豐富常規(guī)氣象觀測匱乏的海洋觀測資料，提高臺風等海上氣象災害的預報能力。”國家衛(wèi)星氣象中心副主任、風云三號地面應用系統(tǒng)總指揮張鵬說。

不僅如此，這個在黎明和夜間的“值班星”還能更加精準地判識晨霧、夜間火災等特殊時段的自然災害；探測全球夜間城市燈光分布，進而間接反應城市經(jīng)濟狀況、夜間污染排放等信息；遙感監(jiān)測大氣中一氧化碳、臭氧等痕量氣體。

此外，張鵬表示，其還大大提升了全要素的觀測能力，可以觀測到大氣圈、巖石圈、生物圈的各種要素，而大氣圈的溫度、濕度，陸表植被變化，海面風速，巖石圈的積雪、兩極極冰變化，都是體現(xiàn)氣候變化的要素。

“海洋、大氣、太陽都是氣候敏感的變化參量，也都可以通過風云三號E星來獲得，這些豐富的觀測資料將為中國應對氣候變化提供科學依據(jù)。”楊軍強調(diào)。

科技的最大價值終將體現(xiàn)在惠民。作為國際上第一顆晨昏軌道民用氣象衛(wèi)星，風云三號E星的觀測數(shù)據(jù)可用于支撐和改進全球數(shù)值天氣預報、全球氣候變化的監(jiān)測預測、空間天氣監(jiān)測預警業(yè)務。未來，風云三號氣象衛(wèi)星03批還有三顆星將陸續(xù)發(fā)射，包括一顆首發(fā)的降水星，全球百姓都將是受益者。

標簽：風云三號E星氣候變化新軌道衛(wèi)星觀測