“3D”将成为探测全球大气“超级慧眼”

    2008年5月27日，我国首颗新一代极轨气象卫星——“风云三号”A星成功发射；2010年11月5日，“风云三号”B星成功发射；2013年9月23日，“风云三号”C星发射入轨后，“风云三号”实现三星组网，观测数据更新频率由12小时缩短为6小时，大幅提高了我国气象观测和预报能力，几天前，“风云三号”D星又成功发射。十年来，风云卫星家族成为耀眼的“明星”。特别是此次发射的“风云三号”D星更是绝技在身，造福全球。

                             

   

    发展我国自己的气象卫星的最初设想，是周恩来总理于1969年提出来的。风云三号气象卫星是为了满足中国天气预报、气候预测和环境监测等方面的迫切需求建设的第二代极轨气象卫星，风云卫星历经40年发展，现在世界上同时拥有极轨和静止轨道气象卫星的只有美国、欧洲和中国。

 

 

    风云三号系列卫星多数为极轨气象卫星。极轨气象卫星，也叫太阳同步轨道气象卫星，其轨道在地球上空650到1500公里之间，围绕地球南北两极运行，优点是覆盖全球，观测领域广阔。风云三号D星是风云系列的第四颗卫星，将接替2010年发射的风云三号B试验卫星，作为下午星，与2013年发射的上午星风云三号C星开展全球对地组网观测。

    与风云三号C星相比，昵称为“3D”的D星技术更加成熟，被称为探测全球大气的“超级慧眼”，风云三号D星在进一步提高核心遥感仪器的可靠性、稳定性和高探测精度的基础上，新增了红外高光谱大气探测仪、高光谱温室气体监测仪、广角极光成像仪、电离层光度计在内的4个新型遥感仪器，增强了空间环境综合探测能力，是目前国内光谱分辨率最高的对地观测卫星之一，其中多台高分辨率成像仪能极大地增强对地球大气动力、热力参量和温室气体的捕获能力。

    面对波长只有约600纳米的可见光，新增的红外高光谱大气探测仪和高光谱温室气体监测仪依然能分成几百乃至上千个通道，将不同谱线的可见光吸收探测。它们极大地提升了“风云三号”D星对高空大气的层析能力。

     此外，“风云三号”D星还新增了两台与空间环境监测密切相关的仪器——广角极光成像仪和电离层光度计。其中，广角极光成像仪为“风云三号”D星带来了一项新技能——对两极极光强度和范围进行监测。众所周知，大于70°纬度的极区会有极光，而极光与电场、磁场密切相关，观测极光活动可以了解高层大气高能粒子、电场、磁场变化情况。

     电离层光度计则侧重于监测电离层电场状态，它能反演高层大气电子浓度的垂直分布，测量氧气原子和氮气分子的极紫外波段气辉辐射强度。

     广角极光成像仪和电离层光度计相互补充，实时洞察高层电场、磁场以及高能粒子等空间天气参数变化，为空间天气预报提供有力支撑，减少空间天气对航天、航空、通信和导航定位等活动的影响，保障人类健康。

                               

   

    作为气象卫星，最重要的任务之一是为提升天气预报准确率提供数值预报的数据支撑。 

    “3D”继承了风云三号C星的微波温度计、微波湿度计、微波成像仪和掩星探测仪，C星的这四个仪器已经在我国自主发展的GRAPES全球数值天气预报系统中作了同化应用，目前，GRAPES全球数值预报系统同化用的是6小时时间窗三维变分同化，C星和D星分别作为上午星、下午星，在6小时同化中实现了全球覆盖，可以实现全球观测。

    此外“3D”一大亮点是增加了具有1370个通道的红外高光谱大气垂直探测仪，可以提供更精细的大气温度和湿度垂直探测信息，为数值天气预报提供更准确的初始场，提高预报精度，增强对我国中长期数值天气预报的支撑能力。

    同时，“3D”搭载的中分辨率光谱成像仪可实现云、气溶胶、水汽、陆地表面特性、海洋水色等大气、陆地、海洋参量的高精度定量反演。仪器观测能力的增强，有效提高了对植被、冰雪、雾霾、森林草原火险、洪涝等的监测能力，为我国生态治理与恢复、环境监测与保护等提供科学支持。同时，也为全球生态环境监测、灾害监测和气候评估等提供中国观测方案。 

    中国气象局遥感应用服务中心主任唐世浩说，“3D”是跟国际接轨的一颗极轨卫星，达到了国际先进水平，之后与极轨卫星有关的遥感应用监测，将主要使用“3D”发回的卫星资料。

                                   

                                       

   

    

    卫星观测随时都在进行，但是卫星数据顺利被接收的前提是卫星和地面站彼此能够“看得见、握得到手”。我国幅员辽阔，如果只建一个接收站，那么离接收站较远地区的观测信息就无法实时下传了。最好的办法，就是让地面站“镇守四方”。风云三号D星数据传输速度的加倍与地面数据接收站的建设有着直接关系，为了充分发挥卫星效应，地面应用系统的发展要超前于卫星发展，“3D”是第一个享受“5+2”模式的极轨气象卫星。此前，风云三号家族的地面站实行“4+1”模式：国内有佳木斯、乌鲁木齐、北京和广州4个地面站，国外有靠近北极的瑞典基律纳站。“3D”来了，除了原先的几个地面站，喀什站和南极站也正式“上岗”，喀什站的加入，使风云三号D星的国内数据接收范围在经度上能再向西延伸12°左右。同时第一次实现了南极站接收，两极站同时使用，大幅度提升了全球观测数据的应用时效。

    风云三号卫星地面应用系统总设计师杨忠东说，?此前，我国在北纬68°左右的瑞典基律纳建了卫星接收站，是我国在海外建设的第一个遥感卫星接收站，那时无论在地球哪个角落的观测数据，最慢需要4个小时可下传。当出现紧急情况时，就要求卫星数据越快传到国内越好，在这种情况下南极卫星站应运而生。之后我国与挪威合作，于今年完成了东南极洲毛德皇后地Troll气象卫星地面站（简称南极站）的建设。原来最迟4个小时的接收时效，一下子缩短至1个多小时。