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風云三號E星可更好應對氣候變化新軌道填補衛星觀測空白區

2021-07-07 08:11:14 來源：科技日報

7月5日7時28分，風云三號E星在酒泉衛星發射中心成功發射。作為我國第二代極軌氣象衛星的E星，是全球首顆民用晨昏軌道氣象衛星，填補了國際晨昏軌道氣象衛星技術空白。至此，我國成為世界上唯一同時擁有上午、下午、晨昏軌道三軌道組網氣象衛星的國家。

“風云三號E星將填補全球數值天氣預報6小時同化窗內衛星觀測資料的空白，通過上午星、下午星、黎明星三星組網，我國將實現全球觀測資料的100%覆蓋。”風云三號E星總指揮李海生說。

新軌道填補衛星觀測空白區

極軌氣象衛星沿太陽同步軌道運行，在800千米左右的高度圍繞地球兩極運行。一般來說，它的首要任務是為數值天氣預報提供滿足時間和空間要求的全球觀測資料，提高預報時效和精度。

目前，歐美業務極軌氣象衛星由歐洲Metop上午軌道衛星和美國S-NPP、JPSS下午軌道衛星組成，采用雙邊全球資料業務交換和共享的協作組網觀測模式。而我國的風云三號A星、C星衛星軌道接近歐洲的Metop衛星，風云三號B星、D星衛星軌道接近美國的S-NPP、JPSS衛星。與美歐相同，現有的衛星觀測時間均集中在上午10時、下午2時左右，每6小時觀測同化時間窗內全球總有2—3條軌道的衛星觀測空白區，無法提供全球覆蓋的數值預報初始場觀測。

為滿足數值天氣預報觀測需求，世界氣象組織在《2025年全球觀測系統展望》報告中提出了建立上午、下午、晨昏軌道三顆衛星組網觀測的概念。

“這就像以前只有上午、下午的班車，而沒有早班車，通俗地說，這顆星就是早班車。其發射成功后，在僅使用國產衛星的情況下，預計可延長預報時效約12小時。”中國氣象局風云氣象衛星工程總設計師楊軍說。

楊軍介紹，晨昏軌道衛星的加入，將填補上述空白缺憾——它沿觀測地方的晨昏線運行，觀測地方時間總在凌晨和傍晚。分析認為，單星6小時可以觀測全球將近45%的區域，雙星6小時可觀測全球85%左右的區域，三星6小時可以觀測全球的全部區域，將對南北半球預報和洲際尺度的區域預報產生巨大貢獻，南北半球預報精度可提高2%—3%，洲際尺度的區域預報精度可提高2%—10%。

一顆“黎明星”提高預報精度、時效

在業內，這顆星被譽為開啟新征程的“黎明星”，代表著中國氣象衛星科技攀升到了一個新高度。

同上午衛星和下午衛星相比，晨昏軌道衛星觀測時太陽高度角低，地形和云頂高度的幾何特征更為明顯，利用這種優勢，風云三號E星可以在晨霧、臺風、強對流的監測和分析中開展獨特的應用。

風云三號E星總設計師王金華告訴記者，此次風云三號E星裝載的中分辨率光譜成像儀新增寬幅、高靈敏微光成像通道，動態范圍達到7個數量級，是我國最先進的定量化全球微光成像儀器，在軌應用后可實現大氣、陸地、海洋參量的高精度微光定量反演，大幅提高弱光照射條件的監測精度。

楊軍介紹，與D星相比，E星探測性能大幅提升。有數字為證，國內首次實現雙頻雙極化海面風場精確探測，測風精度達到2米/秒；中分辨率光譜成像儀微光通道動態范圍達到7個數量級，在1/4月光輻亮度下信噪比大于11，是我國最先進的定量化微光探測儀器；紅外高光譜大氣探測儀觀測覆蓋能力提升80%，靈敏度達到國際先進水平，輻射探測精度和光譜精度為我國目前星載最高水平。

憑借新軌道，風云三號E星可使全球多個國家和地區的天氣預報機構會商人員每天早間拿到時次最接近、資料最新的衛星圖像和產品，為天氣預報提供最具時效性的信息。

同時，由于黎明星觀測時段地表溫度和大氣邊界層溫度差異最大、云量較少、絕對濕度較低，有助于風云三號E星利用紅外發射原理開展大氣氣體的遙感觀測和空氣質量監測工作。

監測要素更全可更好應對氣候變化

“風云三號E星裝載了11臺（套）先進的遙感儀器，在觀測通道、探測精度、光譜覆蓋連續性等三方面核心能力都有所突破，實現了風云系列衛星首次主動微波遙感探測，可豐富常規氣象觀測匱乏的海洋觀測資料，提高臺風等海上氣象災害的預報能力。”國家衛星氣象中心副主任、風云三號地面應用系統總指揮張鵬說。

不僅如此，這個在黎明和夜間的“值班星”還能更加精準地判識晨霧、夜間火災等特殊時段的自然災害；探測全球夜間城市燈光分布，進而間接反應城市經濟狀況、夜間污染排放等信息；遙感監測大氣中一氧化碳、臭氧等痕量氣體。

此外，張鵬表示，其還大大提升了全要素的觀測能力，可以觀測到大氣圈、巖石圈、生物圈的各種要素，而大氣圈的溫度、濕度，陸表植被變化，海面風速，巖石圈的積雪、兩極極冰變化，都是體現氣候變化的要素。

“海洋、大氣、太陽都是氣候敏感的變化參量，也都可以通過風云三號E星來獲得，這些豐富的觀測資料將為中國應對氣候變化提供科學依據。”楊軍強調。

科技的最大價值終將體現在惠民。作為國際上第一顆晨昏軌道民用氣象衛星，風云三號E星的觀測數據可用于支撐和改進全球數值天氣預報、全球氣候變化的監測預測、空間天氣監測預警業務。未來，風云三號氣象衛星03批還有三顆星將陸續發射，包括一顆首發的降水星，全球百姓都將是受益者。

標簽：風云三號E星氣候變化新軌道衛星觀測