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世界风云纵览 新世纪极轨气象卫星和应用进展 ◆张文建 (中国气象局国家卫星气象中心) 一、极轨气象卫星遥感仪器的发展趋势 在极轨气象卫星40 遥感仪器是气象卫星这个空间遥感舞台上的 多年的发展历程中所 “主角”。人们通常也以卫星上遥感仪器的进步来 经历了五代的进步， 确定卫星的代别。气象卫星主要遥感仪器可分为以 NOAA卫星系统才摆 二维成像为主要目的的成像仪和以三维大气环境参 脱了第四代遥感仪器 数探测为主的大气垂直探测器。世界极轨气象卫 20多年徘徊不前的 星遥感仪器的发展趋势是向多谱段、多通道、高光 局面，较大幅度更新 谱、高精度定标和地球环境综合观测方向发展。 换代了遥感仪器。主 1．全球大气探测的现状和主要问题 要改进在大气垂直探 全球大气探测的现状是：(1)占全球面积70％测系统(TOVS)， 以上的广阔的海洋、高原、沙漠和两极地区，常规 即由第四代以红外大 大气探测严重缺乏，无法提供令人满意的全球数值 气探测器(HIRS／ 天气预报初始场；(2)即使在目前常规探测资料较密 2)为主的探测仪器 集的地区，对中、小尺度天气预报也是“大网捕小 系统，升级到了以第五代先进的微波探测仪器 鱼”，资料时空密度严重不足。而这些强烈的中小 尺度天气现象往往造成严重的灾害；(3)地基的特种 通道的被动微波辐射计仪器组，组成如下： 观测资料(如大气臭氧、甲烷、二氧化硫、一氧化 碳等大气化学观测)严重缺乏，更无法进行全球观 率45公里，主要用于对流层和平流层温度垂直廓 测。 线的探测，以获取全球大气的三维热力结构；窗区 气象业务发展对全球大气探测的需求是：全球 通道1—3还可以提供全球表面水体和降水等下垫 和区域数值天气预报质量的提高强烈依赖于初始场 面信息； 质量；将业务气象预报拓展到地球环境(包括大气 污染等)预报，更需要地球大气环境的各种大气物 率15公里，目前世界上最高频段的微波探测器， 理和大气化学成分的初始场信息。而利用卫星遥感 主要用于对流层大气湿度垂直廓线的探测，可获得 全球大气探测，是最终解决全球和区域地球环境预 全球大气三维水汽场分布。 报的关键，也是唯一可能的途径。 微波遥感仪器的特点是： (1)微波波长长， 2．在全球大气探测中微波遥感大显神通 可穿透非降水云看到下垫面，或穿透降水云的卷云 随着1998年5月13日成功发射NOAA—K云顶直接遥感降水信息； (2)利用不同下垫面的 (发射成功后已命名为NOAA一15)，标志着美国微波比辐射率有很大的差别使其成为识别垫面特征 万方数据 的利器； (3)可利用微波的极化信息获取气象和 功能，提高了探测效率，但没有解决遥感探测的高 下垫面参数。 精度和高垂直分辨率问题；当前的红外探测仪器光 最初期的卫星遥感主要是利用可见光波段，夜 谱分辨率太低，导致权重函数分布太宽，致使仪器的 晚则无法观测，从观测时间上讲，观测效率只有 垂直观测分辨率较差，加上仪器的水平分辨率较 50％。第一次观测效率的提高是将遥感波段扩展到 差，难以精确消除云干扰，无法获取云区的大气环 红外波段，可以做到昼夜观测，从时间上提高了观 境信息。 测效率。微波遥感是第二次观测效率的大提高。这 进入21世纪，在卫星大气探测器研制方面， 是由于全球平均总有50％～60％以上云覆盖，用普遍认为应进入到高光谱、高精度、高空间分辨率 红外大气探测器人们无法了解到云中和云下信息， 和全天候