中国新一代极轨气象卫星——风云三号

风云三号(简称FY-3)是中国第2代极地轨道气象卫星系列。它的第1颗星———风云三号A星(FY-3A)于2008年5月27日上午11时02分33秒在山西太原卫星发射中心发射升空。新一代极轨气象卫星主要是实现全球、全天候、三维、定量、多光谱遥感,以满足现代气象业务,特别是数值天气预报业务的发展,同时监测大范围气象及其衍生自然灾害和生态环境变化,为研究全球气候变化规律,进行气候诊断和预测提供地球物理参数,为农、林、交通、海洋、水文等多领域提供服务。FY-3A携带11个对地观测仪器,其观测数据通过星地链路进入地面接收站,并在数据处理和服务中心(国家卫星气象中心大楼内)汇集。在强大的计算机和网络支撑下,利用科学算法对仪器遥感数据进行处理,生成各类产品,提供给用户使用。FY-3A发射后,经过半年的在轨测试和试运行,于2009年初正式投入业务运行,卫星和地面系统状态稳定,工作正常。文中较系统全面地介绍了卫星轨道、数传、仪器、数据接收、处理和产品等,尤其分析了星载仪器的主要技术特征,并给出了部分产品应用实例。

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

气象卫星的红外窗区通道（8～12μm）对于通常大气气溶胶几乎没有响应，但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶，尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征：一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减，造成卫星探测到的地气系统亮温降低，这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI；二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同，11／μm比12／μm的比辐射率低，从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法，针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发，输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品，这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星，而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C，它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。

用气象卫星遥感方法监测中国季风区气候敏感带蒸散量的年际变化

提出了一种较新的计算全年蒸散量的方法,即利用气象卫星NOAA/AVHRR的归一化植被指数来宏观监测蒸散量,并选择同时具有各类典型生态类型的敏感区进行实验。该敏感区位于中国东北地区,包括荒漠、干草原、草甸草原、森林区、农耕区等多种生态环境。实验结果证明了实际蒸散量与生态类型具有相关性;并利用1990、1991、1992三个典型年份进行了蒸散量的年际变化分析,找到对季风影响最敏感的生态区。

中国气象卫星应用需求数据库初探

世界各国发展气象卫星的根本目的是获取地球大气物理参数,满足卫星用户尤其是自己国家卫星用户的应用需求。气象卫星应用需求数据库,以定量指标的形式明确给出应用对卫星资料各方面的需求,通过卫星资料满足应用需求的能力评估,牵引气象卫星不断向前发展。文章回顾和评述了中国气象卫星及其应用需求研究的发展历程,探讨了建立中国气象卫星应用需求数据库的必要性。采用WMO调查方法,设计并进行了中国气象卫星的应用需求调查,揭示了现阶段中国气象卫星应用需求数据库研究的不足,对进一步的研究方向提出了建议。

用气象卫星遥感监测沙尘暴的方法和初步结果

本文在简要介绍气象卫星探测特点的基础上，着重讨论了利用ＮＯＡＡ卫星、ＦＹ－ＩＣ卫星和ＧＭＳ－５及ＦＹ－２Ｂ卫星上的星载扫描辐射仪监测沙尘暴的原理和方法。最后以２０００年４月６～７日发生在我国内蒙古地区至华北一带的强沙尘暴为例，说明用这种手段不仅能监测到沙尘暴的发生，还能有效地监测其发展和演变，是监测和预警沙尘暴的重要手段和依据。

气象卫星多通道信息监测沙尘暴的研究

介绍了利用气象卫星多通道信息监测沙尘暴的原理和方法。并利用此技术方法对 2 0 0 0年 3— 4月北方沙尘暴过程进行了监测 ,分析了影响北京地区沙尘暴过程的沙源和可能路径 。

利用南海水面开展我国静止气象卫星红外通道在轨辐射定标

中国遥感卫星辐射校正场以青海湖水面作为遥感卫星红外探测通道外场辐射定标的场地.我国静止气象卫星风云二号(FY-2)系列是自旋稳定卫星,其红外通道无法进行在轨时的星上绝对定标,而青海湖对于位于东经105°赤道上空的FY-2卫星来说,卫星天顶角有36°,超过了外场辐射校正测量规范要求.本文介绍了利用我国南海海面水体辐射,进行与静止气象卫星的同步测量试验,开展卫星红外通道在轨外场辐射定标处理的可行性研究.在分别对FY-2B与FY-2C的测量数据处理后,初步确定我国南海海面可以作为我国静止气象卫星在轨辐射定标的场地.

采用辐照度基法对FY-1C气象卫星可见近红外通道进行绝对辐射定标

介绍另一种在轨卫星传感器绝对辐射定标———辐照度基法定标 ,并利用敦煌辐射校正场对FY 1C卫星可见近红外通道进行定标。通常的反射率基法定标 ,表观反射率计算的一个重要误差来源是对气溶胶散射的近似计算。辐照度基法定标采用实际测量的漫射与总辐射比来代替辐射传输计算的气溶胶散射。利用该方法对FY 1C卫星的 5次定标结果表明 ,大部分日期辐照度基法和反射率基法定标结果非常吻合 ,肯定了辐照度基法的正确性 ,但在气溶胶含量较大时 ,辐照度基法提高定标精度的优点显现出来 ,能够减少辐射传输模式对气溶胶散射计算带来的误差 。

利用风云-1C气象卫星监测南疆沙尘暴研究

利用我国新近发射的风云 -1C极轨气象卫星 ,对 1999年 5月 13～ 14日发生在塔里木盆地至河西走廊西部的沙尘暴与浮尘扬沙天气进行分析。发现本次沙尘暴过程仅发生在盆地南部并沿昆仑山、阿尔金山等山脉北麓向偏东方向移动 ,然后影响到敦煌附近并逐渐减弱为浮尘扬沙天气。同时进行天气气候学分析和解释。说明风云 -1C在环境监测方面可以发挥极好作用。

气象卫星遥感地表温度推算近地表气温方法研究

气温是各种植物生理、水文、气象、环境等模式或模型中的一个非常重要的近地表气象参数。多年来气温数据以离散的常规气象站点观测为主,连续分布的格点气温数据则以站点资料插值而得到,分辨率低,无法反映地形等下垫面因素对局地气温的影响,在农业气候区划等研究中具有一定的局限性。随着卫星遥感地表温度算法的日趋成熟,为探讨卫星遥感地表温度数据在气温观测中的可能性和可行性,利用全中国2340个站点1998—2007年的逐旬平均最高气温数据,以及相应时段的NOAA/AVHRR旬最高地表温度数据,以线性回归及拟合模型为主,通过考虑植被指数、土地覆盖类型、季节、风速、气压、降水等各类影响因子,建立了旬最高地表温度与旬平均最高气温间的推算模型,并利用未参与建模的2002—2003年的常规气象站点气温数据,同时与推算气温和插值气温结果进行对比分析。结果表明,利用卫星遥感地表温度数据推算的旬值气温数据可取得较高的精度,尤其在地形复杂地区以及站点稀疏地区精度明显高于插值气温结果。

气象卫星条件植被指数监测土壤状况

本文介绍用１９８５—１９９１年ＮＯＡＡ卫星标准化植被指数（ＮＤＶＩ）资料进行处理生成的条件植被指数（ＶＣＩ），研究我国土壤的湿度状况，并阐述了应用ＶＣＩ，结合常规资料进行综合分析，监测由于干旱或大范围洪涝所造成的宏观植被状况变化的情况。研究结果表明，用气象卫星资料可以对我国的干旱、洪涝状况进行宏观动态监测。

风云二号气象卫星图像自动几何精校正

介绍了一种风云二号(FY-2)卫星图像自动几何精校正系统和方法。首先获得标称图坐标系下的二值化地标模板,然后通过Bayes后验概率,获得二值化FY-2待匹配图像;通过最大相关系数方法将地标模板与FY-2标称图进行匹配,获得地标偏移量;再通过质量控制获得匹配成功的地标对,实现自动的地标匹配。最后,应用DLT变换对FY-2图像进行几何精校正。大量的测试数据表明,该方法能够有效改进FY-2可见光通道图像定位精度。几何精校正后,可见光通道图像在南北方向上的定位精度提高了31.06%,东西方向上的定位精度提高了45.21%。分析指出FY-2可见光通道图像几何精校正前后,定位精度在星下点地方时正午前后均达到最佳状态,且南北方向上的定位精度优于东西方向上的精度。同时,统计分析结果表明,提出的方法成功率达到95.29%。

基于高光谱资料对FY-1C/1D气象卫星进行交叉定标

介绍了利用AQUA卫星高光谱AIRS资料对FY-1C、FY-1D气象卫星热红外通道进行交叉定标的方法及定标结果。首先利用卫星轨道预报软件预报出AQUA与FY-1C以及AQUA与FY-1D卫星交叉点,再对交叉区域卫星资料进行像元投影和像元匹配,像元匹配包括时间、观测角度、环境均匀性等检验。以AIRS探测结果作为辐射基准,利用其观测值和FY-1卫星热红外通道光谱响应函数进行光谱匹配,最终得到FY-1卫星热红外通道的准真值并与FY-1卫星的业务产品进行比较分析。对FY-1C、FY-1D两年多卫星资料进行多次交叉比对,结果表明FY-1C通道4比AIRS观测亮温低1.3K左右,通道5低3.6K左右;而FY-1D通道4比AIRS观测亮温低0.3K左右,通道5低3.6K左右。这个准真值与FY-1观测的计数值进行再定标得到新的定标系数。

基于Internet/Intranet的气象卫星资料检索系统

描述一个国家级的气象卫星资料Web检索系统的方案设计和实现。该方案采用Web浏览器/Web服务器/数据库服务器三层体系结构,实现并发布了基于Internet/Intranet的气象卫星资料编目检索业务系统。检索系统建立在HP UX操作系统上,以NetscapeEnterpriseServer为Web服务器,Netscape公司的LiveWire为中间件,Sybase为数据库管理系统。检索系统重点突破了可视化地图框定检索关键技术,实现了快视图浏览、编目检索、各类客户端可控制的图像动画等功能。

新一代气象卫星资料处理系统并行调度算法研究与应用

气象卫星地面系统资料处理中心每天要处理大量数据,对于时效性、可靠性的要求非常高。文中借鉴蚁群并行处理算法的思想,结合资源预留策略、动态优先级增加策略以及服务器虚拟化应用概念,提出了一个基于性能预测、计算连接权重的动态并行调度算法——信息素动态加权法,在一定程度上实现了高可用性集群(HPC)中的动态负载平衡,协助系统迅捷、准确地找出最佳服务器响应处理请求,从而提高高性能大型数据处理中心对大容量实时数据的处理效率。

用气象卫星对东亚季风区的生态过渡带的遥感监测研究

用极轨气象卫星的归一化植被指数(NDVI)对中国东亚季风区的生态过渡带(样带)进行遥感监测研究。研究结果表明,在过渡带内的各个生态区的NDVI与东亚季风进退的关系极为密切。在正常季风年NDVI有正常分布;在异常季风年,NDVI呈反常分布;把遥感过渡带内季风气候的变化简化为遥感生态区植被指数的变化。分析了在过渡带内主要生态区,即荒漠草原、干草原、草甸草原、农耕区、森林区ND-VI的变化规律,以及旬NDVI与旬降水量之间的关系。在过渡带内每年NDVI随时间变化的曲线形状可以作为每年季风气候变化特征的量度。

FY-3A气象卫星VIRR云检测产品与IRAS的匹配

通过查找表方法进行FY-3A气象卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radi-ometer,VIRR)云检测产品与红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder,IRAS)之间的匹配实验,使VIRR云检测产品与IRAS具有一致的空间分辨率,为IRAS大气温湿度廓线的反演提供可靠的云检测信息。实验中分别采用模拟的VIRR云检测结果与IRAS数据进行匹配,并将匹配结果与原始云检测信息进行对比分析,验证查找表方法进行两者之间匹配处理的可行性。

风云三号气象卫星红外分光计探测大气CO_2浓度的通道敏感性分析

依据红外分光计(InfraRed At mospheric Sounder,IRAS)光谱通道特征,发展了基于IRAS的大气辐射传输计算模式。以大气分子吸收光谱数据集(HIgh resolution TRANsmission,HITRAN)2004为初始谱线输入资料,利用该模式模拟计算IRAS在CO2吸收带的10个通道辐射率测值对CO2浓度变化的响应,并对比了其与大气温度和水汽、O3等气体浓度误差对辐射率测值的影响,探讨了利用风云三号气象卫星探测大气CO2浓度的可行性。结果表明,IRAS的通道4最适于用来监测大气CO2浓度的变化,当CO2体积混合比浓度变化在10×10-6时,对应的辐射率变化同仪器等效噪声辐射率相当,所以IRAS在理想状态下,最高可分辨的大气CO2浓度变化约为10×10-6。

风云三号气象卫星地面数据接收远程故障诊断系统设计及应用

以风云三号气象卫星国内外多家地面站数据接收故障排查需求为背景,基于Java 1.6,在Eclipse 3.6平台上开发了风云三号气象卫星数据接收远程故障诊断系统,分析了总体框架、构建了故障诊断规则库、阐述了工作流程。该系统可实现对分布式地面站数据接收设备运行状态的远程集中监视、通过解析设备状态报告文件触发自动故障诊断和基于规则的故障诊断,生成故障报告并导入专家经验库,支持文本和图形两种查看方式。经过业务实践检验,该系统界面友好,能够帮助知识工程师远程精准定位故障单元,有效提高了排故效率,增强了集成运行控制中心对各地面站数据接收业务的远程监管能力,对提高风云三号气象卫星及同类卫星数据接收的质量具有一定的实际意义。

L与X波段气象卫星信道概率统计特性

为研究大气空间物理层对气象卫星通信的影响,将影响气象卫星信道特性的天气状态分为晴空少云、多云和阴雨天气3种情况,根据不同的静态信道特性分别推导了地面接收气象卫星信号的包络变化规律服从Rayleigh分布(阴雨天气)、Rice分布(部分阴影遮挡)、Lognormal分布(全阴影遮挡)和Gauss分布(晴空少云),并建立了相应的概率分布(PDF)仿真模型。计算机仿真结果表明:不同传输特性下接收信号组成成分的不同造成其包络概率密度曲线的差异,仿真模型与理论模型的概率密度曲线符合程度很好,验证了理论分析的正确性和有效性,为分析地面接收的气象卫星的数据误码率提供了理论基础。