全球气象卫星概况

全球气象卫星概况

　　自1961年4月美国第一颗气象卫星问世以来,世界上拥有气象卫星的国家和组织逐步增加,它们是:美国、原苏联(现为俄罗斯、乌克兰)、日本、欧洲气象卫星组织、印度和中国。在这些国家和组织中,只有美国、欧空局、日本与印度有静止轨道气象卫星,俄罗斯要到1994年10月才发射其第一颗静止气象卫星(俄静止气象卫星于1994年10月31日已成功发射——编者);拥有极轨道气象卫星的国家是:美国、俄罗斯和中国。众所周知,气象卫星已成为各国每天预报天气的主要资料来源,气象卫星提供的预报天气的资料,已成为人们日常生活和国民经济中不可缺少的工具。也可以说,气象卫星已成为气象学家、环境学家、地球学家以及科学教育工作者的得力助手。尽管目前还不能作出3天以上的天气预报,还不能达到100%的准确率,但气象卫星至少已成为一个国家观测气候变化的一种手段。除上述各类学科专家们需要气象卫星资料外,还有农业、航空航海业、建筑工业、石油工业、船舶工业以及各行各业都离不开气象卫星。

总之,气象卫星对每个国家的国民经济发展显得越来越重要,因此,一些国家不惜投入巨资,研制和发射气象卫星。但对于卫星制造商来说,制造气象卫星不如制造通信卫星,通信卫星已成为商品,有利可图,而制造气象卫星赚不了什么钱。其原因很简单,一是气象卫星生产的数量少,二是气象卫星是由国家投资的。因此,卫星制造商只是按合同要求生产、交货,并不投入很多人力去研究,所以卫星质量不能保证,卫星入全球气象卫星

美国的静止气象卫星只是全球气象卫星观测网的一部分,其它还有俄罗斯、日本、欧洲、印度和中国的气象卫星,以昼夜观测地球气象变化。这些卫星向地面站传输大多是可见光和红外云图。有些卫星带有其它感测器,用来探测水蒸汽、土壤湿度、海浪高度、降雨量、臭氧层的破坏程度、闪电现象、轨后,故障频繁,只有少数气象卫星能达到设计寿命。但由于国家需要,即使造价很高,也要研制。如何充分发挥其作用,唯一发展途径是多用途,一星兼多种使用,如印度的卫星系列就是如此。

美俄气象卫星现状

1994年4月美国用宇宙神-半人马座火箭发射了拖延达5年之久的新的现有静止环境业务卫星(GOES)5颗中的第一颗卫星——GOES-8,该卫星重3000磅(约1350千克),高65英尺(约20米),已开始工作,设计寿命为5～8年。这5颗新的卫星是美航宇局与洛拉尔空间公司于1989年签定的合同,原定1991年交付发射,由于超出研制费和技术问题,一拖再拖,直到1994年4月才发射。这5颗卫星最初费用为2.89亿美元,到1994年初,这5颗卫星的研制费已超过11亿美元,还不包括每颗卫星的发射费,预计5颗卫星的发射费也将超过5亿美元。

GOES-8卫星定点在西经77°。GOES-9卫星预计1995年初发射,到年底投入使用。

污染、极光以及地面情况、雪和冰覆盖等方面的情况。

观测上述内容是由极轨道和静止轨道气象卫星来进行的。美、俄、中发射的极轨道气象卫星从极轨道拍摄地球上每一区域图像,卫星在640～960千米高度绕全球飞行,约以0.4千米的分辨率不停地拍照。星上有自动图像传输(APT)系统,地面用廉价的接收设备就能轻而易举地接收卫星图像。卫星通过地面站的时间是:4颗美国国家海洋大气局的极轨道卫星分别在上午8时和下午8时,上午9时与下午9时,上午10时和下午10时,上午4时与下午4时。在白天处理可见光和红外图像2560千里宽,而在夜间没有可见光图像,只用红外摄影机。中国的风云气象卫星类似美国国家海洋大气局的极轨道卫星,在上午5时和下午5时拍摄。

另外还有两颗美国国防部的极轨道气象卫星在上午5时和下午5时、中午和子夜拍摄,属最佳分辨率图像(约为0.3千米分辨率)。只有国防部的军用气象卫星能在夜间“观测”被月亮照亮的云层、城市灯光、爆发的火山、闪电、火灾、石油与天然气场焊接发光、北极光以及澳大利亚极光。这是由极轨道气象卫星上的低光感测器捕获的。美国国防气象卫星的第三类功能,是提供微波照相能力。新微波辐射计能收集穿过云层的地面资料,如风暴和降雨区图像。这种功能是可见光和红外摄相机所不具备的。

俄罗斯流星-2、流星-3气象卫星俄罗斯流星-2和流星-3极轨道卫星大多传输1920千米宽的可见光图像。流星-3偶而传输夜里的红外图像。流星极轨卫星的拍摄距离小到1.6平方千米。

欧洲气象卫星

欧空局已发射了6颗气象卫星,从

1995年起开始发射新的改进了的气象卫星,这由欧洲气象卫星组织独立经营,卫星

上有磁带录像机储存的全球天气资料,高速度发送给地面站或其它通信卫星,再由地面站将处理好了的气象资料发给卫星,再由卫星向用户发送(兼有通信功能)。欧洲气象卫星组织目前在轨道上有3颗实用卫星,主要服务于欧洲、中东以及北非诸国。用了新的欧洲气象卫星后,将扩大到东欧国家,并与美国静止气象卫星配合。万一某颗卫星发生故障,就租用另一方的卫星,以免中断天气预报。

太平洋和印度洋上空的气象卫星5颗美国GOES卫星中的两颗在亚马逊河上空(为东部),两颗在太平洋上空(为西部);非洲上空是欧洲的一颗卫星;在西太平洋上空是日本的一颗卫星(已发射过4颗)、印度洋上空有印度卫星-1和-2的一台气象辐射计。中国最新的静止气象卫星原定1994年5月发射,因故终止。

这些静止卫星的缺点是远离卫星投影点(星下点),地球的曲率使之观测度较差,且失真度大这是与极轨道卫星比较而言。美国和欧空局的气象卫星有水蒸汽或湿度感测器,以补充其它照相。美国气象卫星提供的图像对“观测”上层风流图形及鉴别云在何处可能形成方面是理想的。

在最近极轨道和静止气象卫星上装有垂直温度分布辐射计。它给气象学家们提供了用气球探空仪获得的罕有的三维分析的全球天气图。这些辐射计另外的好处包括探测低程度结冰、湍流以及长期预报能力。新的GOES-8卫星具有高可靠性、高观测分辨率、高准确性的特点。

最新的美国静止气象卫星的最大特点是包括三轴稳定导航系统,可以使卫星进行俯视观测。风GOES-8卫星提供固定观测、暴、天气系统、船只航线等服务。GOES-8

的其它优点是有两台主要感测器:成像器和探空器。它们是独立的,但可同时成像处理的探测大气。较旧的系统只有一台感测器,只能一次工作,不能同时工作,因而缺少多功能性及与气象系统同时产生信息。

改进了的红外分辨率现代气象卫星,比旧的改进型卫星大有进步。有较高的优质测定水蒸汽及臭氧层的观测能力,还可以获得较突发的边界(Sharperedge),因它在云分析中是重要的,并提供暗对比,从而为气象学家供应更多气象资料。资料既可实用,又可用于专业的研究。

在GOES-8卫星上装有一新红外感测器。它是一台3.9微米红外辐射计。感测器图像显示出陆地、云顶以及夜间的水面温度。用于探测火灾和火山爆发是理想的。更重要的是,该红外感测器有助于监视海岸雾,且有益于任何海岸线的活动。在白天时,红外感测器探测水雨点云及冰结晶云对比,以及雪顶上云和冰覆盖。这在以前是难于做到的。

GOES-8能获得降雨资料。这些资料提供实时接近大气中的湿度领域,从而可探测雷暴雨中的湿度量,卫星能把收集到的这些资料中继给地面预报员。

旧的GOES卫星只能区别出6个灰阴影,而新的GOES-8可探测1000多个灰阴影;新的GOES-8每隔15分钟就能看到地球相同部分,旧的GOES卫星需每隔30分钟才能看到地球相同部分。在1995年发射的GOES-9,它每隔7.5分钟对地球同一区域扫描一次。这对迅速跟踪飓风或台风、热带风暴以及雷暴雨的移动和发展很重要。一小块云的平均出现时间不到30分钟,因此,拥有观测云发展及其发生的能量是至关重要的。

气象卫星除了拍摄云图、云位置、云厚度以及预报极恶劣天气之外,所拍的图像和资料可供许多与国民经济有关的部门采用。如帮助营救遇难的船只和坠毁的飞机等。气象卫星图像显示出火山爆发、地质、能源、冰山、冰域、火灾以及洪水泛滥等情况。另外,军事部门也可使用大量的气象卫星资料。气象卫星一身能任多种用途功能,从而补充了极轨道的“陆地卫星”和营救与搜索卫星的资料。

将于1995年4月发射的GOES-9卫星,将到11月投入实用。

到2000年初发射5颗卫星中最后一颗GOES-12气象卫星之后,将会有新一代气象卫星。目前,气象学家、科学家和工程师们正在拟定下一代的三轴稳定平台计划。平台上将放置改进的照相机、分辨率更高的摄像机、改进的探空仪器、较新的干涉仪、精度更佳的可跟踪雪人的绘图器以及低光照相机。这些2000年后的新的气象卫星将具有更高的性能,将来有可能预报一周以上的天气情况,甚至更长时期的天气预报。

极轨道气象卫星开始实现军民共用美国政府为了节省经费并避免军民用气象卫星重复,于1993年底提出了首先把军民用极轨道气象卫星实行合二为一的合并计划。1995年初发射的名为诺阿-14的气象卫星,是军民分家22年后的首次合并。克林顿政府让国家海洋大气局与国防部的两个极轨道气象卫星合并,能节省大量资金。1994年10月,美国成立了一个一体化计划办公室,来统管诺阿-14气象卫星。此举如获成功,也将推进静止国防气象卫星与GOES系列卫星的合并。

阳春　编写