- 杨忠东;卢乃锰;施进明;张鹏;董超华;杨军;
风云系列卫星搭载的有效载荷对地球进行了重要的观测。观测数据由相应的地面应用系统处理并分发给用户。介绍了风云三号卫星的有效载荷、地面系统以及未来的发展计划,同时也讨论了风云三号卫星仪器的主要特点与仪器面对主要应用的要求。风云三号卫星搭载有9个新仪器,包括微波温度探测仪(MWTS),微波湿度探测仪(MWHS),大气红外探测仪(IRAS),中分辨率光谱成像仪(MERSI),微波辐射成像仪(MWRI),太阳散射紫外线探测仪(SBUS),臭氧总量探测装置(TOU),太阳辐射监测仪(SIM)和地球辐射测量仪(ERM)。经验证,IRAS、MWTS、MWHS和MWRI等仪器获取的数据质量良好,根据在欧洲中期天气预报中心(ECMWF)所做的评估,这些数据有着很高的可用性。MERSI有20个可见光与红外通道,其中有3个空间分辨率为250m的可见光通道,一个空间分辨率为250m的近红外通道和一个空间分辨率为250m的长波红外通道。空间分辨率为250m的全球数据在天气、灾害和环境监测方面的应用十分广泛。与地面观测相比,来自风云三号卫星的臭氧产品精度更高。这些仪器和大部分产品的校准与验证工作已经完成。
2013年04期 v.3 6-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 2025K] [下载次数：717 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：49 ] |[阅读次数：1 ] - 游然;谷松岩;郭阳;吴学宝;杨虎;陈文新;
中国风云三号(FY-3)A星于2008年5月27日成功发射,其上装载的微波温度计(Microwave Temperature Sounder,MWTS)有4个通道,频率分别为50.3,53.596,54.94和57.29GHz,可提供地面至平流层下部的大气温度廓线信息。介绍了MWTS的仪器特征和定标方法,对FY-3A发射后MWTS的仪器性能相关参数的长序列特征进行了监测分析,这些参数主要包括灵敏度、冷空和内部暖黑体的计数值、仪器温度和通道增益。通过再分析资料和微波辐射传输模拟,比较了FY-3A卫星MWTS与NOAA-18卫星先进微波温度探测器(Advanced Microwave Sounder Unit-A,AMSU-A)的观测和模拟的亮温偏差。结果表明,MWTS所有通道的灵敏度值优于其指标;通道1和3的亮温偏差与AMSU-A接近;通道2和4的偏差比AMSU-A要大一些。
2013年04期 v.3 13-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 3591K] [下载次数：193 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：19 ] |[阅读次数：0 ] - 王祥;邹晓蕾;翁富忠;游然;
搭载在风云三号A星上的微波温度计(MWTS)有4个通道。通道1~4的中心频率分别为50.3,53.6,54.9和57.3GHz。Lu等[1]指出风云三号A星成功进入轨道后,3个高层通道(通道2~4)的中心频率发生了漂移。Zou等[2]指出通道2~4的资料偏差随温度变化而变化。本文指出风云三号A星微波温度计资料偏差对温度的依赖性是由频率漂移引起的,并提出了解决这些资料在数值预报和气候研究应用中的相应措施。对于数值预报而言,只要在快速辐射传输模式中采用逐线积分模式和漂移后的频率产生一套新系数,就可以使用该快速辐射传输模式做资料同化。为了要把风云三号A星微波温度计资料接到NOAA系列和欧洲卫星相应仪器资料,可以用快速辐射传输模式估计由频率漂移引起的偏差,并将此偏差从观测中减去。本文利用2010年一年MetOp-A/NOAA-18微波温度计(AMSU-A)与风云三号A星微波温度计在南北两极的星下点同时过境处(SNO)资料,证明了该方法的可行性。
2013年04期 v.3 18-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 12711K] [下载次数：321 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：0 ] - 王祥;邹晓蕾;
继新一代气象极轨卫星上午窗口星风云三号A星于2008年5月27日成功发射以后,下午窗口星风云三号B星在2010年11月5日成功发射。搭载于风云三号卫星上的微波温度探测仪(MWTS,MicroWave Temperature Sounder)有4个通道,分别与先进微波探测仪(AMSU-A,Advanced Microwave Sounding Unit-A)的3,5,7和9通道相对应。通过与模式模拟亮温以及NOAA-18 AMSU-A同频率观测亮温的对比,评估了风云三号B星MWTS观测资料的质量。研究发现,MWTS通道3和AMSU-A通道7的观测偏差有较强的纬度依赖性;MWTS通道4的观测资料在约30°—40°N的狭窄纬度带上受到了严重污染;并且,通道4的扫描偏差不对称,第4个像元的偏差全球系统性地高于其他临近像元。造成这些异常偏差的可能原因包括卫星天线旁瓣污染和未知来源的信号干扰。为了将MWTS观测应用于数值天气预报,提出了一个质量控制算法剔除通道4的异常观测资料。
2013年04期 v.3 32-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 15359K] [下载次数：234 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ] - 谷松岩;郭杨;王振占;卢乃锰;
微波湿度计装载在中国新一代极轨气象卫星风云三号卫星上,可完成全天候大气湿度信息的被动微波遥感探测。风云三号A星(FY-3A)微波湿度计(MWHS)在150~191GHz频率范围内有5个通道,为保证在轨定量应用,FY-3A发射之前,在2m真空罐(TVAC)中完成了MWHS真空试验,获得了接收机非线性等基本参数。FY-3A MWHS在轨运行的4年中,性能一直稳定,扫描周期间冷空和热源观测结果的变化一般在20个计数以内;绕地一圈的轨道观测中热源温度变化不超过0.5K。基于从TVAC试验中获得的非线性订正,FY-3A MWHS观测亮温与NOAA-17 AMSU-B及NOAA-18 MHS观测亮温有很好的一致性;FY-3A MWHS与NOAA-17 AMSU-B瞬时匹配点平均亮温差在183±1GHz通道小于1.0K。在观测场与背景场的比较分析中,FY-3A MWHS183.31±1GHz通道的观测和模拟亮温差与NOAA-18MHS具有相同分布特性;而对183.31±7GHz通道而言,FY-3A MWHS与背景场更为吻合。分析表明,FY-3A MWHS数据将有助于数值天气预报。
2013年04期 v.3 43-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 3153K] [下载次数：175 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：0 ] - 邹晓蕾;马原;秦正坤;
风云三号A星和B星上的微波湿度计(MWHS)在183GHz附近有3个水汽探测通道(通道3~5)。搭载在MetOp和NOAA卫星上的微波湿度计(MHS)在相同频率上也有3个水汽探测通道。MWHS和MHS都是跨轨扫描仪器。通过对比MWHS观测亮温和用辐射传输模式模拟得到的亮温,发现在这3个通道的观测中都存在着沿轨道方向、随扫描角变化的直线形噪音。即使对足够长时间里的大量资料进行平均分析,该噪音也没有消除,说明噪音并不是由大气或地表的自然变化引起的。通道3~5噪音的大小分别是0.3,0.2和0.2K。用主成分分析方法(PCA)对MWHS一个月的资料进行研究,发现MWHS的直线形噪音主要存在于第一模态中,MWHS的直线形噪音叠加在该模态所主要描述的观测亮温随扫描角变化特征,即跨轨仪器的主要特性。对于这3个水汽探测通道,第一主成分解释了超过99.91%的总方差。将第一主成分进行5点平滑再对原观测数据重构可以有效地去除MWHS资料中的噪音。重构后的资料随扫描角的变化变得比较平滑,与MHS偏差随扫描角的变化特征一致。
2013年04期 v.3 50-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 14744K] [下载次数：194 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：0 ] - 漆成莉;陈勇;刘辉;吴春强;殷德奎;
搭载于风云三号A星和B星上的红外分光计(IRAS)分别于2008年5月27日和2010年11月5日成功发射。该仪器主要提供从可见光到红外波长范围内多通道的辐射观测,并可应用于资料同化、全球大气温度和水汽廓线反演等领域。搭载于风云三号A星上的IRAS由于滤光轮转速不稳定,导致仪器观测不连续。风云三号B星上的IRAS运行正常,处于稳定的业务模式。利用仪器在轨3个月期间的资料,进行了一系列的在轨定标和验证试验,对IRAS仪器的性能进行了一系列的验证,包括冷空和暖黑体定标计数值的长期趋势、噪音等效辐射率等。利用IRAS和红外大气探测干涉仪(IASI)同时观察到的地球场景进行比较,证明了两种观测非常相似。另外,将FY3B/IRAS红外通道的观测与NOAA-19/HIRS对应的通道的辐射传输模式模拟进行了对比。对比结果显示相对于HIRS,部分IRAS红外通道,尤其是通道1到10,15,19和20偏差很小。但是少数通道,如通道13,16和18有较大的偏差。造成这些偏差的原因仍需要进一步的研究。
2013年04期 v.3 60-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 12320K] [下载次数：197 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 胡秀清;孙凌;刘京晶;丁雷;王向华;李元;张勇;徐娜;陈林;
中分辨率光谱成像仪(MERSI)是搭载在我国第二代极轨气象卫星风云三号(FY-3)上的一个主要仪器。总结了MERSI在仪器设计、定标算法、发射前及在轨性能以及仪器性能验证等方面的信息。针对MERISI可见光星上定标器(VOC)的跟踪监测发现,在过去两年,它的太阳反射波段(RSBs)发生了显著的衰减,特别是较短波长通道(<500nm)衰减量超过10%,最大衰减发生在第8波段,约20%。但波长较长通道的性能相对稳定,衰减量小于5%。两个短波红外通道电子增益出现随机跃动,导致发射后的定标系数存在频繁波动。以上结果与其他两种替代定标方法相比(即中国遥感卫星辐射校正场定标,简称场地定标和基于Terra/MODIS敦煌沙漠场景交叉定标),结论一致。MERSI针对大气顶辐射亮度或反射率定标的总不确定度小于5%。定标结果为FY-3A/MERSI定标系数的更新提供了重要的参考和评估。
2013年04期 v.3 71-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 4835K] [下载次数：558 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：23 ] |[阅读次数：0 ] - 孙凌;胡秀清;郭茂华;徐娜;
搭载于中国第二代极轨气象卫星FY-3A上的中分辨率光谱成像仪(MERSI)是一个类似于MODIS的传感器,具有19个反射太阳波段和一个热红外波段。尽管MERSI配备了可见光星上定标试验设备,但是其只能用于仪器响应的衰减追踪。每年一次的敦煌场地替代定标一直是MERSI反射太阳波段在轨绝对辐射定标的主要方法。为了提高在轨定标频次,提出了多场地辐射定标跟踪方法。该方法依赖于多个稳定目标场的大气顶模拟辐射,并基于定标系数时间序列的趋势分析建立了定标日更新模型。以Aqua MODIS观测值为参考,对MERSI的定标基准进行了评估,两者的平均相对偏差在5%以内(0.4~2.1μm)。研究发现:MERSI的短波部分衰减显著,特别是412nm波段,年衰减率达9.7%;红光和近红外波段相对稳定,年衰减率在±1%以内。采用多种方法分析了MERSI定标结果的可靠性。多场地定标和敦煌场年度替代定标结果间的相对偏差小于3.8%。以Aqua MODIS为参考对定标后的MERSI数据进行了辐射质量监测,双差分析表明在辐射稳定的沙漠地区,两者的平均相对偏差约在5%之内;同时星下点观测分析也显示出良好的一致性。
2013年04期 v.3 84-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 9250K] [下载次数：271 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：20 ] |[阅读次数：0 ] - 王维和;Law rence E.Flynn;张兴赢;王咏梅;王英鉴;江芳;张艳;黄富祥;李晓静;刘瑞霞;郑照君;WeiYu;刘国扬;
基于臭氧监测仪(OMI)对FY-3A卫星臭氧总量探测仪(TOU)进行交叉定标,交叉定标的结果用于TOU全球臭氧总量的反演。OMI是搭载在美国国家航空和航天局的地球观测系统的Aura卫星上的一个仪器,将其Level 3臭氧总量产品作为辐射传输模式的输入,计算中低纬度太平洋上臭氧总量探测仪像元的辐亮度,通过回归过程计算TOU在轨辐亮度定标系数。结果显示,在轨交叉定标后,TOU反演的臭氧总量产品与OMI仪器基于TOMS-V8算法反演臭氧总量产品相比,相对偏差大约为3%,与地面观测站点测量的臭氧总量相比,相对偏差大约为了5%。TOU、太阳后向散射紫外辐射仪(SBUV/2)以及OMI反演的2010年1月份到2011年2月份期间臭氧总量的变化相当一致。
2013年04期 v.3 97-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 9165K] [下载次数：375 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：0 ] - 黄富祥;黄煜;Lawrence E.Flynn;王维和;曹冬杰;王淑荣;
风云三号卫星(FY-3)是中国第二代极轨气象卫星,紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)是该卫星11个主要星载遥感仪器之一。阐述了卫星发射前和发射后紫外臭氧垂直探测仪定标、数据及产品验证的结果。主要内容包括仪器发射前的定标和特性描述、在轨监测、臭氧垂直廓线反演产品检验,以及其产品在2011年北极严重臭氧损耗中的监测应用。紫外臭氧垂直探测仪发射前定标,实验室定标不确定性估计大约为4.7%,在轨监测表明漫反射板反射率252nm通道大约衰减15%,其他11个通道大约衰减3%~5%。与美国NOAA卫星同类载荷SBUV/2s反演产品进行比较,FY-3A SBUS反演产品相对差异百分率大约为±7%,而FY-3B SBUS产品相对偏差百分率大约为±6%。利用FY-3 SBUS臭氧垂直廓线监测2011年春季北极严重臭氧损耗,表明从对流层上层到平流层下部的臭氧损耗占臭氧总量损耗的70%~80%。
2013年04期 v.3 108-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 3045K] [下载次数：305 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：15 ] |[阅读次数：0 ] - 邱红;胡丽琴;张艳;陆段军;齐瑾;
风云三号B星(FY-3B)携带的地球辐射探测仪(ERM)通过窄视场(NFOV)扫描和宽视场(WFOV)非扫描方式来观测地球大气。每种视场包括两个宽带通道,即光谱范围在0.2~50μm的全波段通道和在0.2~4.3μm之间的短波通道。将ERM观测去滤波的长波辐射、短波辐射与美国地球观测系统(EOS)Aqua卫星携带的云和地球辐射能量系统(CERES)飞行模式(FM)3中观测数据对比来检验ERM的定标。ERM的长波辐射和短波辐射与CERES数据具有较好的相关性,二者之间存在一定系统偏差。利用CERES数据对ERM数据做光谱订正。经过订正后,ERM长波辐射偏差会从-3.00W/(sr·m2)减小到-0.60W/(sr·m2),短波辐射的偏差从6.00W/(sr·m2)减小到4.00W/(sr·m2)。根据ERM在轨内定标数据分析了ERM长波及短波通道辐射响应的稳定性,结果显示全波通道长波部分较为稳定并且变化率小于1.5%,与之相比,短波通道变化较大,变化率超过3%。这些变化可能是由于探测器的退化而引起的,NFOV短波通道在轨运行8个月后因故障失效。
2013年04期 v.3 116-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 3243K] [下载次数：387 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 黄聪;李嘉巍;余涛;薛炳森;王春琴;张贤国;曹光伟;刘丹丹;唐伟;
中国气象卫星风云三号A/B星上的星载空间环境监测器(SEM),具有探测3~300兆电子伏(Mev)能量范围的质子通量和0.15~5.7Mev能量范围的电子通量的能力。同时该监测器可以探测重离子组成成分,卫星表面电位,传感器累积的辐射剂量以及单粒子事件。从监测器中得到的空间环境信息可以用来进行卫星安全设计、科学研究、辐射带模型开发研究,以及空间天气监测和灾害预警。介绍了监测仪器的特性和在轨期间的定标算法,以及在空间天气事件监测和载人航天飞行服务中的应用范例。
2013年04期 v.3 126-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 8879K] [下载次数：199 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 杨虎;李小青;游然;武胜利;
风云三号卫星(FY-3)为极轨系列卫星,目前为止分别于2008年5月和2010年10月发射了上午轨道(A)和下午轨道(B)两颗卫星。微波成像仪(MicroWave Radiometer Imager,MWRI)是装载于FY-3上的重要遥感仪器。该仪器为10通道双极化微波成像仪器,中心观测频率设置为10.65,18.7,23.8,36.5和89.0GHz,每个频点有垂直(V)和水平(H)两个探测通道。获取的对地观测亮温数据可用于定量获取大气降水、水汽、海面风速、海温、海冰分布、土壤湿度和陆表温度等地球物理参数信息。目前微波成像仪运行状态稳定,每天获取两次全球覆盖数据。主要介绍微波成像仪定标状况和主要业务产品算法。
2013年04期 v.3 136-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 5081K] [下载次数：446 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：42 ] |[阅读次数：0 ] - 邹晓蕾;赵娟;翁富忠;秦正坤;
风云三号B星(FY-3B)搭载的微波成像仪(MWRI)包括5个频率(10.65,18.7,23.8,36.5,89.0GHz),每个频率都有垂直极化和水平极化两个通道。研究发现,MWRI资料在陆地上有无线电频率干扰(RFI)现象,这些干扰信号通常可以用谱差法和主分量分析法(PCA)进行识别。主分量分析法是利用自然辐射的观测具有全通道相关性的特征,能够从自然辐射中识别出无线电频率干扰信号。在投影到第一主成分上的高值区,通常存在无线电频率干扰。然而,谱差法和主分量分析法都不能可靠地识别出在冰雪覆盖面和有散射效应的地表上的干扰信号,因为在这些区域10.65和18.7GHz通道之间的亮温差也有大的正值。因此,利用标准化的主分量分析法来改进对无线电频率干扰的识别和探测。新的识别方法目前能够有效地应用于微波成像仪资料中干扰信号的识别。微波成像仪资料在10.65GHz频率上的无线电频率干扰信号广泛分布在欧洲和日本,但在中国和美国较少出现。
2013年04期 v.3 144-153页 [查看摘要][在线阅读][下载 11490K] [下载次数：195 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：0 ]