说说那些观云测天的卫星

中国气象报记者 张静  

　　今年4月，各国的气象卫星，特别是静止气象卫星的动态频频占领天气新闻的“头条”。

　　4月16日，日本气象厅公布了气象卫星“向日葵8号”拍摄到的最新图像。该卫星于2014年10月发射升空，现处于功能调试阶段，预计今年7月前后正式投入使用。

　　就在各国气象卫星专家热议“向日葵8号”时，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）宣布，启用在轨备份卫星GOES-14替代目前业务卫星GOES-13。这意味着在GOES-R成功发射并顺利度过6个月的测试期之前，美国将无备份卫星在轨运行。

　　4月29日，我国“风云二号”G星在轨交付使用。

　　随着航天技术的迅速发展，世界各国竞相发展具有重要应用价值的气象卫星，特别是西方发达国家在气象卫星观测技术和业务能力上不断进步。“因此，客观认识我国‘风云’气象卫星的现状，充分了解各国气象卫星的发展水平和技术能力，对我国后续气象卫星规划和研制有重要的参考意义。”国家卫星气象中心“风云二号”和“风云四号”气象卫星地面应用系统总设计师张志清说。

　　 跟着地球走——静止气象卫星  

　　“向日葵8号”之所以能博得众人眼球，是因为它是目前在轨静止气象卫星家族中首颗能拍摄真彩色图像的卫星，也是观测通道最多的一个，其全圆盘观测可达10分钟，区域观测频次可达1分钟到2分钟。该星是日本第六颗静止气象卫星。日本的主业务静止气象卫星是2006年2月16日发射、2010年7月1日正式“上岗”的多用途运输卫星“向日葵7号”。

　　仅保持一个静止气象卫星处于连续业务观测位置的还有俄罗斯、韩国、印度等国。

　　“与上述国家不同的是，美国更注重规划的科学性、合理性，长期保持两颗卫星处于连续业务观测位置，建立了卫星在轨备份以及应急区域观测机制。”张志清说。目前，美国在轨运行的静止气象卫星有3颗，分别是GOES-13、GOES-14、GOES-15。

　　此外，欧洲和我国也建立了同样的机制。欧洲在轨运行的静止气象卫星为第二代，由四颗星组成，计划业务运行到2020年。METEOSAT-8、METEOSAT-9、METEOSAT-10、METEOSAT-11分别于2002年、2005年、2012年、2014年发射。

　　在我国，静止气象卫星有“风云二号”D、E、F、G星，已形成了“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的观测格局。

　　“由此可见，我国静止气象卫星轨道布局及轨道组网观测能力分配与美国、欧洲相当，排在国际静止轨道气象卫星空间布局的第一梯队。”国家卫星气象中心系统发展室主任陆风说，“然而，由于卫星平台相对落后等原因，我国静止气象卫星在时间分辨率上与美国、欧洲相比还有一定差距，但空间分辨率、卫星定位定标精度等与美国、欧洲基本相当。”

　　“我国第二代静止气象卫星‘风云四号’，在总体上将与国际同期静止气象卫星性能类似。”张志清表示。

　　“风云四号”同时装载三台对地观测仪器：先进的静止轨道辐射成像仪、干涉式红外探测仪和闪电成像仪。这将是世界上首个具备在静止轨道建立多种观测手段配合获取高精度的大气及其三维信息的观测能力，为强天气预报预警提供急需的大气稳定度信息，为数值预报提供急需的高分辨大气温度、湿度、风场信息的静止气象卫星。

　　美国下一代静止气象卫星GOES-R的发展目标是满足对大气、海洋、气候、太阳和空间的连续观测要求，在卫星技术及有效载荷上均有重大突破，预计于2016年发射，设计使用寿命可达十年。

　　欧洲在当前静止气象卫星进行地球成像和大气层顶部的长、短波辐射观测的基础上，计划在下一代静止轨道气象卫星上增加大气温湿度探测，臭氧、二氧化氮等大气化学成分探测和闪电探测的功能。下一代静止轨道气象卫星称为第三代气象卫星MTG系列，在轨配置两类卫星，即MTG-I（成像星）和MTG-S（探测星）。在未来5年-10年，将发射3颗，其中成像卫星两颗、探测卫星1颗，第一颗成像星计划在2017年发射。

　　 与太阳同行——极轨气象卫星  

　　截至今年4月，在现役极轨气象卫星中，美国有4颗，欧洲有两颗，中国有3颗，美国和欧洲仅分别拥有上午和下午卫星轨道，我国则同时拥有上、下午卫星轨道。“从在轨卫星数量和全球覆盖能力来看，我国极轨气象卫星‘风云三号’系列与国际水平相当。”陆风说。

　　美国现役的极轨气象卫星有NOAA-15、NOAA-18、NOAA-19，分别为上、下午备份星和一颗下午星的业务星，另一颗极轨卫星由SNPP管理，同为下午运行的业务星。

　　当前的气象业务卫星项目(MetOp)是欧洲的第一个极轨业务气象卫星系统（EPS）。第一颗卫星于2006年10月19日发射，第二颗于2012年9月17日发射。

　　我国于2014年投入运行的“风云三号”C星是第二代极轨气象卫星的首颗业务星，实现了极轨气象卫星由科研试验型向业务服务型的转变。

　　不仅如此，“风云三号”系列卫星在卫星重量和平台关键指标（寿命、功耗）等技术性能上都与国际同期业务卫星能力相当。从时间和空间分辨率来看，现役的极轨气象卫星空间分辨率几乎没有太大差别，上、下午星组网观测，每六小时一次。

　　“下一阶段，我国极轨气象卫星将在载荷频谱范围、仪器灵敏度、高光谱仪器分辨率等性能上有所提升。同时，研发晨昏轨道气象卫星，通过与已有的上午、下午轨道观测系统组网观测，可弥补卫星观测资料空白，确保6小时同化窗内卫星资料100%全球覆盖。”陆风表示。

　　与此同时，美国的联合极轨卫星系统（JPSS）也取得了进展，预计于2017年发射。但NOAA局长凯瑟琳·沙利文称，如果目前的系统出现故障，而新系统尚未发射，由此而产生的卫星覆盖的间隙尚未作评估。

　　NOAA努力寻找可能补充到预报工具中的额外数据源，以防出现覆盖间隙，从而减轻对气象报告的影响。

　　随着气候变化监测、短期气候预测和地球系统科学的发展，各种类型的研究试验卫星也取得了重大发展。这些卫星在星体和轨道设计、星上遥感探测器方面各具特色，有利于主动探测与被动探测的结合。

　　由于卫星观测要素众多，要完成众多的探测目标，不少国家和地区都采用国际合作方式开展卫星载荷研发和应用，如美日合作的TRMM卫星。“相信在未来，国际合作将成为开展气象卫星研发和应用的新模式。”陆风说。