text: 气象卫星的应用与发展
  解放军理工大学 文/李 伟 张 恒
  1 气象卫星的定义、作用及分类
  从外层空间对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星称为气象卫星，它是卫星气象观测系统的空间部分。
  卫星上携带有多种气象遥感器，能接收和测量地球及其大气层的可见光、红外与微波辐射，将它们转换成电信号传到地面。
  地面台站将卫星送来的电信号复原绘制成云层、地表和洋面图，经进一步处理，即可得出各种气象资料。
  气象卫星按所在轨道可分成两类:太阳同步轨道气象卫星(也称“极轨道气象卫星”)和地球静止轨道气象卫星。
  太阳同步轨道气象卫星每天对全球表面巡视两遍，可以获得全球气象资料。
  静止轨道气象卫星高悬在赤道上空约36000公里处固定位置，可覆盖地球近1/5的地区，实时将数据发回地面。
  均匀配置四颗这样的卫星，就能对全球的中、低纬度地区 系统的形成和发展进行连续监测，但对高纬度(55°以上)地区的观测能力差。
  这两类气象卫星相互补充，就可以得到完整的全球气象资料。
  美国是最早研制和发射气象卫星的国家。
  从1960年4月1日发射了世界上第一颗气象卫星泰罗斯-1(Tiros-1)开始，美国共发展了10颗泰罗斯系列气象卫星。
  接着又发展了“艾萨(ESSA)”号太阳同步轨道气象卫星、地球静止轨道的“地球静止环境业务卫星”(GOES)、新一代三轴稳定静止气象卫星和诺阿系列极轨气象卫星。
  前几代气象卫星虽然提供了大量的气象资料，但卫星云图分辨率不高，效果不是很理想。
  但是，这一情况从1994年4月美国发射了新一代三轴稳定静止气象卫星的第1颗星GOES-8开始发生了改变。
  该卫星系列携带可同时单独工作的成像仪和大气垂直探测器。
  三轴稳定卫星改变了自旋卫星每旋转一圈只对地球扫描一行的工作方式，始终不断地监视着地球，大大提高了图像质量、观测效率和时间分辨率，可获得有关云的形成更加详细的资料，对监测中小尺度，特别是短时间、小尺度 系统十分有利。
  诺阿-15的遥感器在诺阿-14的基础上有较大幅度更新。
  这一系列共5颗星，装载先进甚高分辨率辐射计(AVHRR)以及由先进微波探测器(AMSU)和高分辨率红外辐射探测器(HIRS)-3组成的业务垂直探测器。
  在轨道上同时运行两颗星，一颗上午星，一颗下午星，每天可对全球进行4次观测，可获取全球全天候卫星遥感资料。
  计划发展的第6代极轨业务环境气象卫星系统，将原来的诺阿极轨业务环境卫星系统与国防气象卫星系统合并，使卫星遥感资料能同时满足军用与民用的要求，达到一星多用的目的。
  它与GOES等系列卫星配合组成了一个严密的全球 监测网，卫星上携带着高分辨率扫瞄辐射计和垂直探测器。
  它每天可输出全球范围内16000个点的大气探测资料，20000~40000个点的海面温度测量值，100多张云图。
  从1960年的泰罗斯-1(TIROS-1)到目前正在运行的NOAA-14，美国的民用极轨气象卫星共发射了42颗卫星，并且在2010年以前将发射军民合用的新一代卫星NEPOSS，把极轨气象卫星的技术和应用水平推向一个崭新的阶段。
  前苏联发射的气象卫星称为“流星”号，分“流星”Ⅰ号和Ⅱ号两个系列，在1969~1982年间已经发射了40颗。
  流星Ⅱ号卫星为太阳同步轨道卫星，每天2次探测全球有关云层分布，雪和冰层覆盖，地面温度，云顶高度等数据，将数据传给本国及其他国家的60个自动图像传输站，业务十分繁忙。
  20世纪70年代后期，日本和欧盟也相继发展了自己的系列静止气象卫星。
  日本MS/MTSAT静止气象卫星:第一颗GMS(GMS-1)1977年发射，现在正在运行的是GMS-5。
  欧空局于1977年11月发射了第一颗准气象静止气象卫星Meteosat-1，迄今共发射了7颗，目前已在运行的是Meteosat-T，定位于0°E。
  3 我国的“风云”系列气象卫星
  3.1 “风云一号”和“二号卫星”
  我国是继美国、前苏联、欧空局、日本之后第5个自行研制和发射静止气象卫星的国家。
  继美国和前苏联之后，第3个自行研制和发射极轨气象卫星的国家。
  我国气象卫星的观测任务,要求实时准确监测不同时空尺度的系统、气候过程和全球变化，需要同时发展极轨和静止两种气象卫星，使其互相补充，以获取完整的大气遥感资料。
  到目前，风云一号极轨和风云二号静止气象卫星的研制已取得了成效。
  依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星 预报和监测系统。
  同时，风云一号和二号卫星的研制和在轨运行，也为建成我国由极轨和静止两种气象卫星组成的气象卫星业务监测系统打下了良好的基础。
  3.2 “风云三号”
  风云-3可以进行三维大气探测，大幅度提高全球资料获取能力和对云区及地表特征的遥感能力，从而能够得到全球、全天候、三维、定量、多光谱的大气、地表和海表特性参数。
  风云-3卫星系列将在轨连续提供业务应用15年左右。
  风云-3气象卫星01批的技术状况如下:运行高度约836km，太阳同步轨道，倾角98.7°;卫星发射窗口为降交点地方时10:00~10:20或升交点地方时13:40~14:00。
  其轨道能进行控制调整，使交点地方时在2年内的漂移小于10min。
  卫星姿态为三轴稳定，太阳电池翼为单翼结构，对日定向跟踪。
  星上存储回放的数据分为两类，一类为全球覆盖，分为白天和夜晚两个时间段，包括除中分辨率光谱成像仪以外的所有探测器获得的数据，如扫描辐射计的10通道1.1km分辨率的图像数据;另一类是地球任选地区的局部分辨率光谱成像仪获得的数据，记录容量为100min。
  星载遥感仪器是气象卫星的“眼睛”，是气象卫星上最重要的设备之一。
  星载遥感仪器包括可见光和红外扫描辐射计、红外分光计、微波辐射计、中分辨率光谱成像仪、微波成像仪、紫外臭氧探测器、地球辐射收支探测器、空间环境监测器等8种探测仪器。
  该卫星数据传输将采用3个信道，第1个信道为1698~1710MHz的L波段，码速率约为4.2Mbit/s，进行除中分辨率光谱成像仪以外的所有探测数据的实时传输;第2个信道为7750~7850MHz的X波段，码速率约为18.7Mbit/s，进行中分辨率光谱成像仪实时图像传输;第3个信道为8025~8400MHz的X波段，码速率约为93Mbit/s，进行星上存储的延时回放数据的传输。
  3个信道的数据格式都采用空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的高级在轨系统(AOS)标准。
  风云-3卫星将充分体现极轨气象卫星能获取全球资料和进行多种要素综合探测的特点。
  其01批卫星上不但包含了美国“诺阿”(NOAA)卫星具有的遥感器，还包含了21世纪初美欧新一代气象卫星上的某些遥感器，因此为获取全球资料和进行综合探测提供了充分的条件。
  如果把风云-3卫星与NOAA卫星、新一代气象卫星“国家极轨环境卫星系统”( NPOESS) 及欧洲的“ 气象业务卫星”(METOP)相比较，就能看出其水平。
  表1列出风云-3(01 批)、NOAA、NPOESS 和METOP的星载探测器。
  表1 风云-3、NOAA、NPOESS 和METOP 星载探测器对照表
  探测器类型风云-3(01 批)NOAANPOESSMETOP
  可见光红外成像仪器可见光红外扫描辐射计、中分辨光谱成像仪甚高分辨率扫描辐射计可见光红外成像仪甚高分辨率扫描辐射计
  红外大气探仪器红外分光计高分辨率红外探测器、平流层探测器高光谱分辨率红外大气探测器高分辨率红外探测器、红外大气探测干涉仪
  微波大气探测仪器微波温度计、微波湿度计微波探测器先进的微波探测器 先进的微波探测器、微波湿度探测器
  GPS 大气探测仪器GPS 大气探测器GNSS 大气探测器
  微波成像仪器微波成像仪微波成像仪
  微波散射计先进的散射计
  微波高度计雷达高度计
  紫外臭氧探测仪器紫外臭氧垂直探测器、紫外臭氧量探测器太阳后向散射紫外探测器臭氧成像和廓线探测器全球臭氧监测器
  地球辐射收支探测仪器太阳辐射探测器、地球辐射探测器地球辐射收支探测器太阳辐射探测器、地球辐射收支探测器
  气溶胶偏振探测仪器气溶胶偏振探测器
  空间环境探测器空间环境监测器空间环境监测器空间环境探测器空间环境监测器
  注:从NOAA-15 卫星开始改为先进微波探测器(AMSU)，AMSU-A 用于测量大气温度，AMSU-B 用于测量大气湿度。
  可以说，风云-3的01批卫星总体上没有超过NOAA卫星的技术水平。
  不过，风云-3卫星已向前跨进了一大步，其上的中分辨率光谱成像仪和微波成像仪属于高水平遥感器，使风云-3卫星具有新型气象卫星的特点，有重要的应用价值。
  它不但装载了多种遥感器，使探测能力有所提高，而且其具有的轨道调整、高精度的卫星位置和姿态测量、大容量的星上数据存储和高码速率的数据传输等功能，达到美欧新一代气象卫星的水平。
  风云-3的02批卫星有望真正赶上或接近国际先进水平。
  4 气象卫星在军事中的应用
  气象卫星的应用在军事领域具有十分重要的战略地位。
  在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中，气象卫星的军事应用均比较突出。
  伊拉克战争中，气象卫星成为战时获取战区气象资料的主要手段。
  气象卫星对战区进行的连续 监测，不仅为军事气象部门提供了气象保障决策数据，而且大量的气象卫星探测资料以及战区气象部门为战区指挥系统提供的各类短期、中期和长期 预报共同构成了战时气象信息。
  这些信息与战区C4 I系统中其它信息进行综合分析，结果对战役的进程产生了重大影响。
  战争中包括“国防气象卫星”在内的各类气象卫星为军事用户提供气象数据以及陆地、海洋和日-地物理数据，为军事航天和航空照相侦察提供保障，为航空飞行和轰炸提供服务，为舰队航海提供保障，并为战场后勤及技术保障提供参考数据。
  可以说，正是因为美军充分发挥了气象卫星的作用，规避不利时机，掌握了良好的“天时”，才能为最终凭借强大的军事力量，以较短的时间、较少的兵力、较小的伤亡取得了战争主动权，直至取得最终军事胜利打下良好的基础。
  预计今后10年，美国气象卫星系统将会有更大发展，欧洲气象卫星组织、日本和印度的静止气象卫星，在遥感器性能、探测通道空间和时间分辨率等方面都将有许多改进和提高。
  我国计划在2006年、2008年分别发射风云二号D、风云三号C。
  在2010年发射的下一代极轨气象卫星，下一代静止气象卫星风云四号将具有较高的中小尺度和灾害性 监测能力。
  未来全球静止气象卫星、极轨气象卫星和资源卫星与其它对地观测卫星一起，将组成功能强大的全球对地观测网，人类将迎来卫星对地遥感新的发展时期。