發(fā)射了4顆衛(wèi)星,它解決了太陽同步軌道衛(wèi)星的發(fā)射和精確入軌、長壽命的三軸穩(wěn)定姿態(tài)衛(wèi)星平臺、高質(zhì)量的可見光紅外掃描輻射計、全球資料的星上存儲和回放,對衛(wèi)星的長期業(yè)務(wù)測控和管理、地面資料接收處理應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和長期業(yè)務(wù)運行等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題,在許多應(yīng)用領(lǐng)域正在發(fā)揮重要的作用。風云三號(FY-3)氣象衛(wèi)星是我國的第二代極軌氣象衛(wèi)星,它是在FY-1氣象衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)上的發(fā)展和提高,在功能和技術(shù)上都向前跨進了一大步。具體要求是解決三維大氣探測,大幅度提高全球資料獲取能力,進一步提高云區(qū)和地表特征遙感能力,從而能夠獲取全球、全天候、三維、定量、多光譜的大氣、地表和海表特性參數(shù)。FY-3氣象衛(wèi)星的應(yīng)用目的包括四個方面:(1)為中期數(shù)值天氣預(yù)報提供全球均勻分辨率的氣象參數(shù);(2)監(jiān)測大范圍自然災(zāi)害和地表生態(tài)環(huán)境;(3)研究全球變化包括氣候變化規(guī)律,為氣候預(yù)測提供各種氣象及地球物理參數(shù);(4)為各種專業(yè)活動(航空、航海等)提供全球任一地區(qū)的氣象信息。FY-3是多顆星組成的衛(wèi)星系列,它的研制和生產(chǎn)分為二個批次,發(fā)射后將在軌連續(xù)業(yè)務(wù)應(yīng)用1風云三號氣象衛(wèi)星的信息特征風云三號技術(shù)狀態(tài)FY-3氣象衛(wèi)星01批的技術(shù)狀態(tài)目前已大致確定,現(xiàn)介紹如下。衛(wèi)星軌道為太陽同步升交點時14:00~14:20,軌道能作控制調(diào)整,使交點地方時在設(shè)計壽命2年內(nèi)漂移小于10min。衛(wèi)星姿態(tài)為三軸穩(wěn)定,太陽帆板為單翼結(jié)構(gòu),對日定向跟蹤。星上的探測儀器有可見光紅外掃描輻射計、紅外分光計、微波輻射計、中分辨率成像光譜儀、微波成像儀、紫外臭氧探測器、地球輻射收支探測器、空間環(huán)境監(jiān)測器,這樣共有8種探測儀器。數(shù)據(jù)傳輸將采譜儀以外的所有探測數(shù)據(jù)的實時傳輸(HRPT);另一個選X波段的7750~7850MHz,進行中分辨率成像光譜儀實時圖像傳輸(MPT),碼速率約為18.2Mbps;第三個信道也選在X波段的8025~8215MHz或8215~8400MHz,進行星上存儲延時回放數(shù)據(jù)的傳輸(DPT),碼速率儲回放的數(shù)據(jù)分為兩類,一類為全球覆蓋,每天有白天和夜晚兩個時次,此類資料有除中分辨一類數(shù)據(jù)是地球任選地區(qū)的局地資料,它包含中分辨率成像光譜儀的資料,記錄容量為Y的遙感器也將安排進行預(yù)研究和技術(shù)攻關(guān),主要是高光譜分辨率紅外大氣探測器、高性能的風云三號星載遙感儀器技術(shù)性能it(5)微波成像儀具有6個頻點,地面分辨率對每個頻點不一樣,715×12~51×85km,掃描方式測器由臭氧垂直探測器和臭氣總量探測器兩個探測器組成。臭氧垂直探測器在250~340nm間選12個通道,探測大氣臭氧的垂直分布,視場對著星下點,分辨率約200km。臭氧總量探測器測量臭氧總量的空間分布,在300~380nm間選6個通道,垂直衛(wèi)星支探測器由太陽輻射測量器和地球輻射測量器兩個探測器組成。太陽輻射測量的光譜范圍為012~50μm,輻照度測量范圍為100~2000W/m2,測量靈敏度012W/m2,0。2~50μm,分別以寬視場不掃描方式和窄視場掃描方式測量地球輻射。寬視場探測器的視2風云三號氣象衛(wèi)星的特點和水平業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星是由極軌和靜止兩種軌道的衛(wèi)星所組成。靜止氣象衛(wèi)星的作用主要是獲得高頻次的資料,應(yīng)用于監(jiān)測中小尺度天氣系統(tǒng),進行短期和短時天氣預(yù)報。極軌氣象衛(wèi)星的作用主要是獲取全球資料,同時可獲取多種高精度的定量資料和較高空間分辨率的圖像資料,主候預(yù)測和環(huán)境監(jiān)測,二者相互補充,缺一不可。FY-3充分體現(xiàn)了極軌氣象衛(wèi)星的獲取全球資料和進行多種要素綜合探測的特點。獲取全球資料天氣和氣候現(xiàn)象自古以來就是全球一體化的,而氣象學以至地球科學又是建立在觀測資料基礎(chǔ)上的,沒有全球資料就很難搞清楚大氣環(huán)流的發(fā)展演變規(guī)律,很難作出準確的天氣預(yù)報,特別是難于作好中長期天氣預(yù)報、氣候預(yù)測和全球環(huán)境變化的研究。常規(guī)氣象觀測資料,包括地面觀測和探空資料,在世界氣象組織的協(xié)調(diào)下,已實現(xiàn)在全球范圍內(nèi)的交換,但是觀測地域有限,在廣大的海洋、極區(qū)、沙漠、高山等地區(qū)資料很少,同時觀測精度也參差不齊。全球資料的獲取,利用極軌氣象衛(wèi)星是一種極為有效的手段,但資料為衛(wèi)星發(fā)射國控制,或不提供,或只提供降低分辨率的部分資料,或只提供僅能作研究用的過時的資料,同時目前世界氣象通信業(yè)務(wù)網(wǎng)也不具備傳輸大量氣象衛(wèi)星資料的能力,因此目前很難從國外衛(wèi)星獲取業(yè)務(wù)應(yīng)用中所需的實時全球資料。氣象衛(wèi)星資料目前基本是無償使用的,但商業(yè)化的趨勢也不斷提出來,特別是對一些高質(zhì)量的新型遙感器的資料收費,將使我們的使用受到限制。綜上所述,除了發(fā)射我國自己的極軌段可以代替它,FY-3的發(fā)射使這一問題得以解決。進行獲取多種要素的綜合探測影響天氣和氣候變化的要素多種多樣,大氣、海洋、陸地相互作用,還要受作為主要能源綜合應(yīng)用的效果遠大于它們單獨的應(yīng)用,也就是可以得到一加一大于二的效果。要使多種要素的資料能夠結(jié)合起來使用,必須使這些資料在時間上、空間上得到很好的匹配,如果這些要素在不同的平臺上,不同時間進行觀測,要作好匹配工作就很困難,在一顆星上進行綜合探測,各種要素的觀測結(jié)果在時空上自然能較好地進行匹配。要進行多種要素的綜合探測,星上必然要具有多種遙感儀器下,FY-3(01批)已安排了8種遙感器,不但包含了美國NOAA衛(wèi)星具有的遙感器,還包含了21世紀初期美歐在新一代氣象衛(wèi)星中可能包含的某些遙感器,因此為綜合探測的需求提供了充分的條件。關(guān)于FY-3的水平,我們首先要分析美國氣象衛(wèi)星的發(fā)展過程并予以對比,美國是最早發(fā)射極軌氣象衛(wèi)星,也是技術(shù)上領(lǐng)先的國家,其發(fā)展過程大致可分為三個階段。從1960年至一階段衛(wèi)星性能作不斷的改進,遙感儀器不斷試驗更新,在資料處理和應(yīng)用方面也作了大量的研究和試驗工作。總的說來處于初期技術(shù)發(fā)展、了由大型計算機構(gòu)成的地面資料接收處理系統(tǒng),形成了第一個真正業(yè)務(wù)應(yīng)用階段,其應(yīng)用工作無論在國際上還是在我國都取得了明顯的成績和效益。然而,隨著工作的不斷深入,新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷開拓,也顯示出其技術(shù)狀態(tài)在許多地方仍不能滿足應(yīng)用的要求,需要改進和提高,主要有以下幾點:(1)大氣探測資料TOVS的大氣溫度反演精度約為2~2。5℃,大氣濕度約為20%~30%(相對濕度),垂直分辨率4~6km,低于探空資料,不能滿足應(yīng)用要求。同時數(shù)值預(yù)報的網(wǎng)格距也例如微波輻射計的空間分辨率100km,顯然太粗了。所以迫切要求大氣探測器在三維空間上都提高分辨率,并提高反演精度。大氣痕量氣體和氣溶膠的含量和分布、土壤濕度、積雪、海冰、海洋水色等。這些都需要發(fā)(3)在對自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測應(yīng)用中,提出了提高光譜分辨率和增加通道的要求,特別是提高空間分辨率,將氣象衛(wèi)星可見光和紅外成像儀器的空間分辨率提高到250~500m的(4)目前NOAA衛(wèi)星回放的全球圖像資料(GAC資料)的空間分辨率是星下點4km,希望高光譜分辨率大氣紅外探測器、中分辨率成像光譜儀和多頻成像微波輻射計等,此外還在發(fā)展激光雷達,測雨雷達等主動遙感器。美國擬議中的下一代極軌氣象衛(wèi)星也要將NOAA衛(wèi)星與星(DMSP)合并。我們可以看到一個特點,極軌氣象衛(wèi)星正向高精度和更大規(guī)模的綜合探測方向發(fā)展,同時現(xiàn)在談極軌氣象衛(wèi)星,已不能只涉及NOAA衛(wèi)星,還必須將地球觀測系統(tǒng)EOS等極軌平臺一氣象遙感,歐洲將發(fā)射自己FY間段內(nèi),國外氣象衛(wèi)星已經(jīng)進入第三階段,其技術(shù)水平和效能比現(xiàn)在的NOAA衛(wèi)星將大為提高,所以FY-3的功能和水平要能滿足我國氣象現(xiàn)代化的總體要求,必須跨越第二和第三階成像光譜儀、微波成像儀和微波濕度探測輻射計的目的不但是因為有其重要的應(yīng)用價值,而且可以使其具有第三階段的新型氣象衛(wèi)星的構(gòu)架。FY-3(01批)的技術(shù)水平雖仍沒有擺脫第二階段NOAA衛(wèi)星的水平,但向前跨進了一大步。對于衛(wèi)星平臺,不但裝載了多種遙感器,其具有的軌道調(diào)整、高精度的衛(wèi)星位置的姿態(tài)測量、大容量的星上數(shù)據(jù)存儲和高碼速率的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?都是新一代氣象衛(wèi)星的性能。對于遙感器,探測能力也有所提高。只要我們繼續(xù)大力進行新遙感器的研制,提高遙感器的水平,提高衛(wèi)星的壽命和可靠性,可使FY-3(02批)的水平能真正達到或接近當時國際上的先進水3風云三號星載遙感器的特點和作用FY用,同時又能相互補充,結(jié)合起來應(yīng)用,我們首先分析各遙感器的作用,并與NOAA衛(wèi)星相應(yīng)的遙感器的性能進行對比分析。可見光紅外掃描輻射計輻射計都是一個最重要的基本的探測器,用它的資料可生成各種云圖、云參數(shù)、海面溫度、種自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。然而,NOAA衛(wèi)星的掃描輻射計AVHRR只有5個通道,對于卷云和云的相態(tài)的判識、積雪和低云的判識等都有一定的困難,而這些參數(shù)對于天氣預(yù)報、氣FYCDFY3所增加的5個通道將主要用于這一方面問題的解決,同時可用于全球海洋水色監(jiān)測。在可見光和近紅外波段,積雪和低云的反射率都很高,而其熱紅外通道的表面亮溫值也相差不大,因而很難區(qū)別。然而1。55~1。64μm通道對于積雪的反射率卻很低,用其很容易將積雪和低云區(qū)別。增加這一通道還有利于卷云判識和土壤溫度的監(jiān)測。1。325~1。395μm通道處于水汽吸收帶,在此通道水云的反射率大大降低,而冰云的反m對比此二通道反射率可進行卷云紅外分光計和微波輻射計FY-3上的紅外分光計和微波溫度探測輻射計與NOAA衛(wèi)星上的紅外分光計HIRS和微波輻射計MSU在性能上很接近,主要用于探測大氣溫度和濕度廓線,還可以用以反演射出長波輻射、臭氧總含量、云量、云頂溫度和高度、洋面溫度、陸地表面溫度、冰雪覆蓋和降中的微波濕度探測輻射計屬于新一代的微波遙感器,性能與NOAA-15中首次裝載的微波濕度計(AMSU-B)大體相當,技術(shù)先進,將大大增強水汽、云水含量和降水的探測能力,特別是將空間分辨率提高到15km左右,將能有效對臺風、暴雨等強對流天氣進行監(jiān)測。臭氧和地球輻射收支探測器FY-3上的臭氧和地球輻射收支探測器與美國NOAA衛(wèi)星等上的同類儀器在性能上基FY該組探測器共有4個,可同時探測臭氧含量的垂直分布和總量的空間分布,探測太陽輻射和寬窄兩種視場的地球輻射,因而對這兩個重要氣象參數(shù)的探測功能是很完整的。中分辨率成像光譜儀中分辨率成像光譜儀是新的一代氣象和地球環(huán)境探測衛(wèi)星中的一種主要遙感器,具有非常先進的技術(shù),它在可見光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段設(shè)幾十個通道,光譜分辨率大大S個通道星下點分辨率為500m,因而大大提高了對自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測能力;在星下點分辨率1000m的通道中,有9個海洋水色通道,具有美國專用的海洋水色衛(wèi)星中海洋水色探測儀Seawifs同樣的探測能力,它還有3個低層水汽探測通道,利用0194μm水汽吸收帶m的卷云探測通道。在熱紅外波段有16個通道主要用于陸地和海表溫度、云參數(shù)、大氣溫濕廓線、臭氧含量等的探測,具有NOAA衛(wèi)星中掃描輻射計紅外通道的探測能力,同時還具有紅外分光計HIRS的1。375μm兩個通道,原因是前者探測器靈敏度太低,后者因為在掃描輻射計中已具有此通道,mMODIS實現(xiàn)。為了使FY-3現(xiàn)在的中分辨率成像光譜儀加強對地表特性的監(jiān)測區(qū)通道,這也是一個特色。描輻射計一致。微波成像儀NOAA衛(wèi)星中沒有裝載微波成像儀,而美國國防氣象衛(wèi)星(DMSP)1987年起載有微波洋面溫度、土壤濕度、云中液態(tài)水含量、降水強度、水汽含量、海冰和積雪等氣象和地球物FY-3的微波成像儀的性能與SSM/I比較接近,都是采用圓錐掃描,地面分辨率略高于了洋面風速、土壤濕度、洋面溫度、降水等的探測能力。4風云三號氣象衛(wèi)星的應(yīng)用濟效益,已在世界上得到普遍公認,但在應(yīng)用的發(fā)展上也不盡平衡。應(yīng)用發(fā)展較好的領(lǐng)域有:(1)在短期和短時天氣預(yù)報,特別是在臺風、暴雨等災(zāi)害性天氣預(yù)報中,主要是使用靜止氣象衛(wèi)星云圖,已成為預(yù)報業(yè)務(wù)中必不可少的重要組成部分。然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化,進行作物估產(chǎn)等服務(wù)。(3)極軌氣象衛(wèi)星在監(jiān)測全球天氣、氣候與地表環(huán)境變化中,在專題性科學試驗方面取得突破性的進展,例如在全球云輻射氣候效應(yīng)、地球大氣輻射收支的全球分布與變化、太陽常數(shù)與太陽紫外輻射的長期變化、南極臭氧洞及全球大氣臭氧分布及變化趨勢等方面都具有舉世矚目的成就。然而,盡管投入了非常大的研究力量,經(jīng)過二、三十年的努力,氣象衛(wèi)星在提高數(shù)值天氣預(yù)報水平方面卻進展緩慢,而數(shù)值預(yù)報又是當前提高天氣預(yù)報水平的主要途徑。中小尺度天氣系統(tǒng)是提高短時和短期天氣預(yù)報水平的關(guān)鍵,希望氣象衛(wèi)星提供的最敏感與有效的物理量是風場、水汽和云水場,特別是800hPa以下的低層水汽場和水汽通量,而這恰恰也是遙感中的難題。中長期數(shù)值預(yù)報使用衛(wèi)星資料也有很大問題。在目前7天左右的中期數(shù)值預(yù)報中,氣象衛(wèi)星資料的使用不如原來設(shè)想的成功,數(shù)值預(yù)報模式對初值往往十分敏感,預(yù)報時效越長,對初值要求越高,氣象衛(wèi)星資料反演的大氣廓線精度不夠,因此氣象衛(wèi)星資料高空間分辨率的優(yōu)勢也很難發(fā)揮。對于長期數(shù)值預(yù)報和氣候預(yù)測,則有更復(fù)雜的科學和技術(shù)問題需我國利用氣象衛(wèi)星資料已有30年的歷史,特別是近十幾年,具有了現(xiàn)代化的資料處理系統(tǒng),應(yīng)用水平有了顯著提高,但它主要限于上面闡述的第一、第二兩個領(lǐng)域,主要使用的是日本GMS和美國NOAA衛(wèi)星的中國及周邊地區(qū)資料,前者主要用于災(zāi)害性天氣預(yù)報,后者主要用于自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測,在這兩個領(lǐng)域的應(yīng)用水平在世界上并不落后。然而,對于第三領(lǐng)域即全球變化的專題試驗,屬于我國作出的成就不多,主要是缺乏資料。對于在數(shù)值預(yù)報中使用氣象衛(wèi)星資料,盡管我國在應(yīng)用NOAA衛(wèi)星的TOVS資料反演溫、濕廓線中作了許多工作,但是在數(shù)值預(yù)報中應(yīng)用氣象衛(wèi)星資料的成果卻很少。目前,世界上新一代極軌氣象衛(wèi)星的發(fā)展目標,除了在各個應(yīng)用領(lǐng)域提高水平外,主要是立即可以在上面闡述第一、第二個應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮作用,因為有較雄厚的資料處理和應(yīng)用的基獲取全球資料,這是我國第一次能直接獲取實時的全球資料,自然是十分寶貴的,具有很大的應(yīng)用潛力,但是使其在中長期天氣預(yù)報、全球變化研究、氣候預(yù)測中發(fā)揮出作用,也還必需投作用就在于它獲取的全球資料使我國開始具備了開展這方面工作的條件,從而逐步獲得應(yīng)用效益。然而,FY-1衛(wèi)星只載有掃描輻射計一種遙感器,NOAA衛(wèi)星沒有能力解決的問題,它對FY-3的要求和應(yīng)用目的在本文前言中已簡要說明。它所具備的遙感器基本上包含了NOAA衛(wèi)星和新一代氣象衛(wèi)星中業(yè)務(wù)應(yīng)用的主要遙感器,其目的就是要使我國極軌氣象衛(wèi)星趕上世界水平,成為氣象探測業(yè)務(wù)中的一個主要成份,特別是在02批階段。能不能給中與目前的NOAA衛(wèi)星相當或更好一些的全球資料,因此可使我國在中期數(shù)值預(yù)報中應(yīng)用衛(wèi)星資料的水平從空白發(fā)展到大體相當于歐、美、澳等現(xiàn)在的水平。然而,氣象衛(wèi)星資料在數(shù)當高光譜分辨率紅外大氣探測器等新型遙感器上天后,從美國已進行的飛機試驗表明,大批)增加新型遙感器后,我們將接近或趕上當時的世界水平,使氣象衛(wèi)星資料在數(shù)值天氣預(yù)報中真正起到重要的作用。FY紅外波段儀器中也增加了卷云和低層水汽探測通道,因此比20世紀80~90年代的NOAA衛(wèi)星,大大增強了對云區(qū)和水的觀測能力,對降水量、云水含量、水汽總量、土壤濕度、冰雪覆蓋的探測能力都有所加強。現(xiàn)在衛(wèi)星資料在數(shù)值預(yù)報中的應(yīng)用盡管效果不很突出,但從歐,還是有相當?shù)淖饔?云、水觀測能力的加強有可能使FY-3資料在我國的中短期數(shù)值預(yù)報中的應(yīng)用取得更好的效果。同時,它將使我國有可能全面展開在數(shù)值預(yù)報中應(yīng)用衛(wèi)星資料的研究工作,建立在數(shù)值預(yù)報中使用衛(wèi)星資料的科學和技術(shù)基礎(chǔ)。對于全球變化的研究和氣候預(yù)測,FY-3可對多種氣象和地球物理要素作綜合探測,又能獲取大量的全球資料,給開展這一領(lǐng)域的工作解決了數(shù)據(jù)源問題,使我國學者從以前只能站在一邊看,或者向國外要一點人家已經(jīng)