"卫星资料应用"专题系列气象卫星微波湿度计资料简介

Seriel 专题系列

DOI：10.3969/j.issn.2095-1973.2013.06.006

“卫星资料应用” 专题系列

气象卫星微波湿度计资料简介

马原1 邹晓蕾1,2

（1 佛罗里达州立大学地球海洋大气科学系，美国； 2 南京信息工程大学资料同化研究与应用中心，南京 210044）

第一个先进微波湿度计（AMSU-B）搭载于1998年5月13日发射的美国国家海洋与大气局（NOAA）卫星 NOAA-15（http://www.wmo-sat.info/oscar/instruments/view/33）。它与第一个先进微波温度计（AMSU-A）一起分别完成对大气水汽和温度的垂直探测。与红外或可见光频段不同，微波可以穿透非降水云，因而微波湿度计可以观测到除强降水以外各种天气条件下的水汽信息。AMSU-B有5个通道，与AMSU-A的15个通道一起通称为AMSU，AMSU-B的通道1～5对应AMSU通道16～20。AMSU-B通道1～2是两个窗区通道，它们的中心频率分别位于89.9和150GHz附近，用来观测地表温度和地面发射率等参数；AMSU-B通道3～5是3个大气探测通道， 它们的中心频率分别位于（183.31±1）、（183.31±3）、（183.31±7）GHz附近的水汽吸收带，主要用来观测对流层中下层的水汽分布。AMSU-B的其他一些仪器参数见表1。

NOAA-16和NOAA-17也携带有AMSU-B，这两颗气象业务卫星的发射时间分别为2000年9月21日和2002年6月24日。从发射于2005年5月20日的NOAA-18开始，AMSU-B被微波湿度计（MHS）（http://www.wmo-sat.info/oscar/instruments/view/281）取代了。继NOAA-18

明该层大气的辐射贡献越大。通道3～5的权重函数最大值分别位于400、600、800hPa。

中国风云三号A星（FY-3A）和B星（FY-3B）分别于2008年5月27日和2010年11月5日发射，两颗星均携带有中国自主研发的微波湿度计（MWHS）[2]。MWHS的窗区通道1和2都位于150GHz，只是极化不同；通道3～5的中心频率则与AMSU-B及MHS的对应通道非常接近（表1）。2011年10月28日发射的美国新一代卫星（Suomi NPP）上搭载的不再是MHS，而是先进技术微波探测器（ATMS）[3]。ATMS将微波温度计和微波湿度计合并在一起，是目前最先进的空载微波仪器，能够同时在位置相同而大小不同的96个视场（FOV）上提供温度和水汽资料。ATMS新增了一个对流层底层的温度通道和两个湿度通道（表1）。ATMS的通道16、17、22、20、18 分别对应MHS的通道1～5。载有AMSU-B、MHS、MWHS和ATMS的气象

卫星在轨运行时间如图2所示。AMSU-B、MHS、MWHS和ATMS 都是垂迹扫描仪器，完成每条扫描线的时间约2.67s，每条扫描线上的观测视场为90、90、98和96个不等，视场宽度都是1.1°，星下点的扫描角是0°，而最大扫描角分别为49.4°、49.4°、53.9°和52.8°。这4种微波湿度计的轨道宽度分别为2250、2250、2700和2500km，星下点的视场大小在15km左右。表1对比了这4种仪器主要特点。其中NEDT表示噪音等效温度敏感度，代表仪器噪音的大小，由表1可见MHS的NEDT最小。

Bonsignori[4]在对NOAA-18和MetOp-A MHS观测资料进行了一系列的在轨测试后，确认MHS在测量敏感性和定标精确度上都优于AMSU-B。John等[5]通过比较NOAA-16和NOAA-15、Metop-A和NOAA-17以及NOAA-19和NOAA-18这3组卫星携带的微波湿度计在星下点同时过境处（simultaneous nadir overpass，SNO）的亮温，进行了微波湿度计的卫星交叉定标。Guan等[2]通过将2010年1月FY-3A上的 MWHS与NOAA-18 MHS的观测场和模拟场之差进行对比，来检验MWHS的观测资料。研究发现，MWHS与

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发射之后， NOAA-19和欧洲共同体气象卫星计划（EUMETSAT）业务卫星MetOp-A、MetOp-B上携带的也是MHS。MetOp-A、NOAA-19、MetOp-B分别成功发射于2006年10月19日、2009年2月6日、2012年9月17日。MHS的5个通道的特点与AMSU-B的通道1～5基本相似，但中心频率和部分通道的极向略有不同。图1是用美国标准大气通过通用快速辐射传输模式（CRTM）[1]计算得到的MHS各通道星下点的权重函数的垂直分布。权重函数在某大气层的值越大，说

收稿日期：2013年9月13日；修回日期：2013年11月8日第一作者：马原（1988—），Email：[email protected]通信作者：邹晓蕾，Email：[email protected]资助信息：全球变化研究国家重大科学研究计划

（2010CB951600）

Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 3（6）- 2013

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