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    风云四号 能给大气做“CT”

    日期 2016-12-13   来源:新华网 来源:人民日报   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      12月11日零时11分,我国新一代静止轨道气象卫星首发星风云四号在西昌卫星发射中心成功发射。这可不是一颗普通的气象卫星,风云四号的成功发射,将引领我国静止轨道气象卫星的升级换代,在技术上实现了从跟跑向并跑的重大跨越,达到世界先进水平,是我国从航天大国向航天强国迈进的又一重要标志。

      在36000公里高空24小时“站岗”,1秒能拍摄500张闪电图

      气象卫星可以说是离百姓生活最近的卫星。我们平常看到的天气预报,首先就要通过气象卫星装载的各种探测仪器获得不同的卫星气象云图和遥感数据,然后通过云图及数据反演出大气要素,并应用到天气预报模型中,再根据方程的运算得到未来的天气。随着风云卫星的发展,我国天气预报的准确率从上世纪70年代的约50%,提高到了现在的90%。

      “我国的风云气象卫星分为极轨气象卫星和静止轨道气象卫星两种,其中单数编号的风云一号、风云三号是极轨气象卫星;偶数编号的风云二号、风云四号是静止轨道气象卫星。”国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍,极轨气象卫星逆地球自转方向环绕北极和南极、与太阳同步;静止轨道气象卫星则悬在赤道上空36000公里处、与地球保持同步运行,相对地球是不动的。我国是世界上少数几个同时拥有极轨气象卫星和静止轨道气象卫星的国家之一。

      据介绍,风云四号是我国新一代静止轨道气象卫星的首发星,也是我国首颗高轨三轴稳定定量遥感卫星。卫星发射重量5400公斤,设计寿命7年,成功突破了图像定位与配准等20余项重大关键技术,填补了我国多项技术空白,整体性能达到欧美最新一代静止轨道气象卫星的水平。风云四号通过获取地球表面和云的多光谱、高精度、定量观测数据和图像,能够有效提高天气预报和气候预测水平,增强生态环境监测能力。

      “图像定位与配准就是卫星通过实时测量计算,消除姿态变化等各种影响成像的因素,使卫星在36000公里的‘眼睛’永远瞄准我们想让它看的地方,同时在拼接拍摄的图像时做到零误差。”风云四号卫星总设计师董瑶海说。

      风云四号卫星地面应用系统总师张志清用几个“更”来形容这颗新卫星。眼睛更锐利——空间分辨率最高达500米;反应更敏捷——区域观测时间分辨率可达1分钟;光谱分辨率更高——可以看到更多的大气和地物特征。

      赵坚进一步解释:“比如说闪电监测资料,风云四号装载了我国自主研制的闪电成像仪,一秒钟可以拍摄500张闪电图,探测区域范围内的闪电频次和强度,进而实现对强对流天气的监测与跟踪,提供闪电灾害预警,这在国内是首次应用。”

      “与风云二号相比,风云四号的成像时间分辨率提高一倍。”赵坚介绍,风云四号单星即可完成风云二号双星组网才能实现的15分钟全圆盘成像,观测1000×1000公里区域只需1分钟,能力超过风云二号,与欧美新一代静止轨道气象卫星相当。

      再如对台风分析和预报方面,风云四号能够每3分钟对台风区域进行观测,高频次观测可提供台风云结构及其演变的精细化动态信息,特别是对台风眼区的监测,可弥补目前在轨卫星云图分辨率和时间分辨率不够高的缺点,为台风定位、定强提供更可靠更精细的观测资料。

      首次将成像和垂直观测相结合,可以对大气进行切片观察

      董瑶海表示,作为我国新一代静止轨道气象卫星,风云四号卫星不仅技术新,而且平台新,采用了全新的总体方案、全新的载荷配置,关键技术突破多、自主创新成果多。卫星首次使用了中国航天科技集团八院全新研制的SAST5000平台,具有承载能力大、质心低、力学响应小、对地面大等特点。与风云二号类似陀螺旋转的自旋稳定方式不同,风云四号采用了三轴稳定方式,可以轻松实现在高空对地球的24小时凝视,对地观测时间利用率接近80%,达到国际先进水平。

      载荷新也是风云四号的突出亮点。董瑶海颇为自豪:“风云四号是国际上首颗同时装载多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪的高轨气象卫星。”

      据介绍,多通道扫描成像辐射计的成像通道从风云二号的5个增加到了14个,覆盖3个可见光和11个短波红外、中波红外和长波红外等波段,通道数量提升近3倍,其技术指标与美国刚刚发射的GOSE—R卫星相当。同时,星上辐射定标精度达到1K、灵敏度0.1K,也就是说,卫星在测量地面温度时误差小于1摄氏度,只要发生0.1摄氏度的变化就能感知出来。

      “风云四号还是国际上首个在二维成像观测的同时,实现对大气的垂直分层三维观测的卫星。”风云四号卫星工程总师李卿介绍,这有赖于最新研制的干涉式大气垂直探测仪,这在国际上也是首次装载于气象卫星上。探测仪的探测通道超过1600个,可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测。专家打了个比方:这个新仪器不仅实现了从黑白电视机向彩色电视机的跨越,还可以对大气做CT扫描,进行切片观察,大大提高了气象观测的能力。

      李卿表示,美、欧把成像辐射计和干涉式垂直大气探测仪分别装在两颗卫星上,以避免两台大型光学仪器运动部件带来的动力学干扰等技术问题,但我国通过采用图像定位与配准系统和微振动抑制系统,解决了世界性难题,实现了两台载荷同时工作,达到国际领先水平。

      将提供更多更精准的数据,能预报气象也能监测灾害污染

      目前中央电视台天气预报的卫星云图基本上来自在轨运行的风云二号E、F、G三颗星。风云四号卫星正式投入业务运行后,将逐步接替风云二号卫星,提供更加及时和高精度的观测数据,进一步提高天气预报的准确率。

      今后,风云四号将提供包括云、辐射、温湿度、大气、导风、闪电等30多种数据产品,可为我国及周边地区的短时气象预报、台风监测、环境及污染监测、自然灾害监测、森林防火、粮食亩产等提供服务,产品的种类、数量以及定量化指标均较之前的卫星产品有显著提升。

      据统计,风云气象卫星的云图每年被数以亿计的引用,成为国内最大的遥感卫星数据库。在国际上,风云卫星已经达到了国外同类卫星的先进水平,被世界气象组织(WMO)列入国际气象业务卫星序列。接收和应用风云系列气象卫星资料的国家和地区多达70多个,东半球的气象预报主要靠我国的气象卫星提供相关资料。

      赵坚透露,根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015—2025年)》,明确与气象事业紧密相关的有13颗卫星,其中全新研制的有大气环境监测星、陆地生态系统碳监测卫星和静止轨道微波探测星。

      静止轨道微波探测卫星将有力提升对快速变化的台风、暴雨等灾害性天气系统的监测预警能力,成功发射后将与风云四号静止轨道气象卫星组网运行,将大幅度增强我国对天气预报,尤其是对降雨预报、气候预测、自然环境和自然灾害监测的能力。降水雷达测量卫星则将实现降水和云雨大气参数遥感探测,获取融化层高度和厚度信息,有效提高降水数值预报的准确率。




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