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为何要有极轨和静止两种气象卫星?

发布时间: 2016-12-15 09:15:50   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

        专家:“风云四号”卫星地面应用系统副总设计师 郭强

  采访人:中国气象报记者 陈励

  近日成功发射的“风云四号”静止轨道气象卫星有三位先行者——“风云一号”“风云二号”“风云三号”。其中“风云一号”和“风云三号”是极轨气象卫星,“风云四号”的“直系师兄”是“风云二号”静止气象卫星。部分民众存有疑惑:“同样是观测地表,为什么要有极轨和静止两种气象卫星呢?只研制一种不行吗?”

  郭强说,虽然都是气象卫星,但极轨气象卫星和静止气象卫星的差别很大,两种气象卫星的观测有其各自独特的作用。对于天气气候预测预报和研究来说,这两种卫星缺一不可。

  极轨气象卫星:低轨道高分辨率 同一本地时间观测全球

  极轨气象卫星,全称极地太阳同步轨道气象卫星。顾名思义,就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的交角,堪称“卫星里的向日葵”。如果把地球当作参照物,它们每天两次飞越地球表面上的一个点,并通过地球的南北极。极轨气象卫星每天能观测全球表面,获得全球观测数据。它们的本职工作主要是服务于全球模式下的数值天气预报以及气候观测、监测大范围自然灾害、研究全球生态与环境变化、探索气候变化规律,并为气候诊断和预测提供所需的地球物理参数。

  静止气象卫星所需要的轨道高度是35800公里左右,而极轨气象卫星的轨道高度仅需800-1000公里,相当于静止气象卫星的1/40,这意味着极轨气象卫星的分辨率大约是静止气象卫星的40倍。换句话说,在极轨气象卫星上能看清1公里尺度气象要素的仪器,放到静止气象卫星上只能看清40公里尺度上的气象要素。极轨气象卫星轨道低带来的不仅是扫描分辨率的提高,还有地面信号、数据和能量感应能力的提高。静止气象卫星所需要的发射高度使多数运载火箭难以胜任,而极轨气象卫星上的载荷仪器技术要求和地面控制难度都远低于静止气象卫星,这导致本该在静止气象卫星上运行的不少新的高科技观测仪器都只能在极轨气象卫星上首先运行。

  由于极轨气象卫星轨道和太阳保持同步,所以地球上每一个地方被同一颗极轨气象卫星观测到的本地时间都是一样的。极轨气象卫星的这一特点使卫星遥感探测资料具有长期可比性,能够给气候和生态研究提供地球同纬度同一本地时间的重要数据。极轨气象卫星和太阳的角度保持不变,这也意味着它们能够在相同太阳光照条件下“高清”观测地球,而静止气象卫星则是在不同太阳光照条件下观测地表。

  随着全球气候变暖,南北极气候变化日益牵动着研究者的心。由于位于赤道同步轨道的静止气象卫星对极地高纬度地区没有观测能力,因此我国气象卫星极地和高纬度观测的任务也主要由穿越极地的极轨气象卫星承担。

  静止气象卫星:观测高达分钟级 通信稳定

  静止气象卫星,全称地球同步轨道气象卫星。顾名思义,就是卫星的轨道平面与赤道平面几乎重合。静止气象卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上的椭圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间几乎相等,约23时56分4秒。由于静止气象卫星运行和地球自转同步,因此每天对所覆盖的固定区域可以进行高频次的观测。它们的本职工作是服务于天气预报和分析,特别是中小尺度强对流天气的警报。虽然研发难度大,观测分辨率较低,但它们也有着自己的不可替代性。

  首先,静止气象卫星时时刻刻都对所负责区域进行高频次不间断的观测,目前的观测频次可达到分钟级,这对于天气预报和分析来说都是非常重要的。

  其次,由于静止气象卫星轨道高度高,一颗卫星即能覆盖1/3地球区域,因此能够一次看到1/3个地球,而极轨气象卫星一天只能看完两遍地球。对于尺度较大的天气过程来说,静止气象卫星可随时获取观测区域内的各类天气过程数据。而极轨气象卫星同步的是太阳,因此无法在同一个绝对时间下观测到地球上大范围的天气情况,也无法对灾害性天气做出及时预警。

  随着“风云四号”静止气象卫星采用三轴稳定姿态控制方式后,该卫星天气观测方面的潜力得到充分发掘。除了我们能想到的平面扫描,“风云四号”还能够对大气进行垂直方向的监测,这对观测大气温湿度垂直结构尤为重要。随着静止气象卫星的分辨率不断提高,以及微波和红外探测技术的发展,静止气象卫星的三维立体观测能力也在不断完善。“风云四号”上装备的闪电成像仪已经能够对以往难以把握的闪电进行更好的监测。总之,随着技术的发展,静止气象卫星对天气分析和灾害天气预警的贡献也将越来越大。

  极轨气象卫星和静止气象卫星都是气象观测中不可或缺的一部分,正因为它们相辅相成、优势互补,我国的气象事业才能够像今天一样快速发展。目前,我国的“风云二号”静止气象卫星D/E/F/G四星和“风云三号”极轨气象卫星A/B/C三星仍然在轨,而随着更为先进的“风云四号”气象卫星的投入使用,我们的天气预报将更加准确及时。

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