FY-2产品在济南“7.18”大暴雨临近预报中的应用

利用常规观测资料、地面加密资料和FY-2产品对济南市"7.18"大暴雨的天气形势、云图演变特征及中尺度系统发生、发展和移动的情况进行了分析。结果表明:地面的中尺度辐合中心和中尺度辐合线是造成此次大暴雨的直接原因;强降水发生在中尺度低压中心附近,随其移动而移动;在减弱的云团右后方不断有新的云团生成,从γ尺度发展到β尺度,水汽条件充足时发展成边界清晰、结构密实的α尺度;大暴雨中心与云顶亮温TBB的最低值中心及强度有密切关系;FY-2产品在大暴雨临近预报中发挥着重要作用。

一次西南低涡造成华南暴雨过程的FY-2卫星观测分析

2008年6月11-13日华南发生了一次西南涡暴雨天气过程,其中,广西区有6个台站11日20时至12日20时的降水打破6月雨量历史纪录,分别为东兰306 mm、环江218 mm、灵川270 mm、桂林251 mm、柳城177 mm和田林163 mm。采用FY-2卫星云图资料、NCEP再分析资料、常规观测资料及地面降水资料,对这次强降水过程的暴雨云团及其影响系统和环境场作了分析研究。结果表明:(1)红外和水汽图像配合,可以反映西南低涡发展东移过程中低层辐合带云系、高空扰动云系和弱冷空气的不同作用,云图的演变过程可以刻画强降雨发生时低层辐合、高层辐散的气流结构。(2)本次广西特大暴雨过程可分为两个阶段,第一阶段主要是西南涡东南侧的暖区降水,对流云团分布范围较广,中尺度对流系统具有涡旋状云系结构;第二阶段有弱冷空气南下,在边界层辐合线的组织下,中尺度对流系统组织成线状云带,南移消失。过程中,无论是红外云顶亮温随时间的演变,或者是红外与水汽亮温差的时间演变均可以反映云团的演变过程,并与强降水有较好对应关系。在局地要素满足暴雨发生的必要条件下,监测多通道亮温的急剧下降,可作为重要指标提前2～3 h预警强降雨的发生。(3)西南低涡暴雨云团出现在西南涡东南和南侧的南风盛行区域,云团发展伴有低空急流加强,同时,云系发展与500 hPa正涡度平流的贡献有关。

基于FY-2C数据的地表温度反演验证——以黄河源区玛曲为例

地表温度是气候、水文和生态等研究领域的基本参数,在地表水量和能量平衡的研究和应用中发挥着十分重要的作用。强烈的异质性是地表温度反演精度不高的主要原因之一。该文以黄河源区玛曲为研究区,评估FY-2C数据的地表温度反演精度,为将来温度反演算法和产品的进一步发展提供依据。首先,以与FY-2C相同空间分辨率的MODIS地表温度产品（MOD11B1）为地表温度真值,对反演的地表温度进行了验证;然后,利用研究区内20个采样点的土壤温度（5 cm）实测数据对反演结果进行验证。结果表明,FY-2C地表温度与MODIS温度产品具有较好的相关性,相关系数在0.72-0.95之间,均方根误差在0.44-3.87 K之间,平均均方根误差为1.90 K;反演结果和实测数据的相关系数为0.69。

FY-2E与FY-2C红外分裂窗通道光谱响应差异的对比分析

在遥感数据定量应用中,卫星通道的光谱响应函数是影响定量产品反演算法、精度和获取的地球特征物理量的关键因素之一。针对FY-2E红外分裂窗通道光谱响应函数的调整,利用NOAA AVHRR卫星相应通道的定标查找表、青海湖实测的水面辐亮度和大气状态数据,以及利用PLANK方程模拟的全动态范围内的辐亮度等数据对FY-2E与FY-2C红外分裂窗通道的差异进行了深入分析,发现由于光谱响应调整导致通道的探测波段发生变化,将影响到卫星探测的下垫面物理特性反演。同时,由于对FY-2E光谱响应函数的调整,使其红外分裂窗通道的亮温差相对于FY-2C在整个动态范围内都明显的增加,将进一步提高FY-2E卫星红外分裂窗通道的定量反演能力。

FY-2C高时间分辨率扫描数据在强对流云团监测中的应用研究

利用我国首次获取的静止气象卫星平均10分钟观测间隔的高时间分辨率数据对2011年6月28日～29日发生的一次强对流云团特征进行分析。Hovmller分析图清晰地展示出在高时间分辨率观测条件下云团中心冷核的演变特征。高时间分辨率卫星资料与地面降水量进行联合分析,可推知对流云团中冷核的演变与地面小时降水量大值的落区间有很好的一致性;10分钟雨量资料联合前推1小时内7次平均10分钟观测间隔的卫星红外1通道亮温,分析可知地面雨量较大时,云顶像元亮温具有持续降低或维持低温状态的特点。反映出在对流性强降水中,冷且具有一定稳定性的云顶是产生大降水的主要特征。研究结果显示,静止气象卫星的高时间分辨率观测可很好地捕捉到强对流云团发展的演变特征,利用FY-2C静止气象卫星红外1通道亮温、红外1通道与水汽通道亮温差在高时间分辨率观测中的时差特征变量,可实现对强对流云团初生的有效监测,为强对流云团的预测预报提供支撑。

FY-2卫星的空间环境数据接收及警报系统

介绍了FY-2卫星探测数据的流通过程及接收处理.首先在FY-2卫星及探测器系统中,环境探测数据被收集、调制并发射,再由地基数据接收及解调系统将数据信号放大、解调还原并发送,最后由数据处理及警报系统将数据接收处理、保存显示,并对太阳质子事件、X耀斑进行自动电话报警.该系统是保障航天器安全和提高抗辐照水平的重要手段.

基于模板的FY-2一级杂散光模拟

对FY-2扫描辐射计的光机结构进行了简化,确定出在其南北步进中对杂散光模板变化产生影响的仅仅是折镜边缘,据此结论对产生一级杂散光的相关机械边框建立空间坐标,通过投影方法得出在任意步进位置的杂散光进入区域,并通过对杂散光区域的像元数计数和制作视频文件的方式检查其变化的连续性。从信号光分布最小的世界时19时图像出发,使用快速卷积的方法,进行了点光源、月牙状亮边和地球全图的模拟杂散光形成的计算,得出的结果与实际杂散光的现象较为接近,成为进一步以图像处理方式消除杂散光的基础。

FY-2C星在天气与环境监测服务中的应用

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星地面应用系统应用服务中心(ASC)的功能。分析了ASC利用C星监测资料生成如热带气旋监测、雾监测、土壤湿度、火情监测、水情监测、积雪监测和海冰监测等部分人机交互产品的原理和处理方法。实际应用结果表明,C星资料在环境与灾害性天气的监测分析、预报和预警等方面发挥了重要作用。

基于插值的FY-2静止气象卫星地理定位数据处理方法研究

根据简化网格,利用插值的方法生成FY-2的地理定位数据。从生成的结果来看,该算法简单实用,能较好地符合要求,达到图像定位的目的。

FY-2C星电源分系统及其在轨性能

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星电源分系统的组成、技术指标和工作原理,以及太阳电池阵、Cd-Ni蓄电池组和电源控制设备等主要部件的设计和改进。遥测数据分析结果显示,C星太阳电池阵功率裕度优于设计要求,采用BSFR太阳电池对方阵工作温度影响不明显,地影轨道72 min地影蓄电池最大放电深度减小,涓流态第三极电性能信号与A,B星一致。在轨运行结果表明,C星电源分系统各部件状态良好,能满足任务要求。国内首次用于地球静止轨道空间电源工程的BSFR太阳电池方阵性能稳定,蓄电池组容量增大,简化了地影期卫星地面管理,改善卫星地影期环境工作温度;解决了A,B星进出影电源分系统自主转电时全调节母线电压的负冲。

FY-2卫星综合测试系统自动测试技术

介绍了FY-2气象卫星综合测试系统的组成和性能,给出系统软硬件的配置和设计原则。分析了系统自动测试设计中应用的智能专家测试库、监控终端的智能显示和智能化测试控制模式等技术。该系统具有自动执行测试程序、捕获瞬态故障和报警等功能,其自动化和智能化测试程度较高,不仅提高了测试效率,而且所需操作人员较少。

FY-2C星地面应用分系统指令与数据获取站

介绍了风云二号(FY-2)C星地面应用分系统数据与指令接收站(CDAS)的主要技术指标、工作流程,以及与C星的星地接口与地面应用分系统其他部分的接口。说明了CDAS的天伺馈、信道、图像获取(IAS)、三点测距(TRRR)、数据收集(DCP)、遥测遥控(TT&C)、卫星模拟器、标校、时间统一、低速信息传输(LRIT)信息编码与发送等子系统的组成与功能。阐述了C星CDAS的设计原则,以及用群调技术实现DCP的数据解调、用扩频伪码进行TRRR定位、图像处理、TT&C增加图形化界面控制、正交相移键控(QPSK)解调器抗长连“1”功能等关键技术。在轨测试和试运行期间,C星的CDAS不仅解决暴露的问题,而且进行适应性调整。验收前测试结果表明,其功能及技术指标满足业务运行要求,设备工作正常、性能稳定。

基于FY-2卫星数据的青海东部春季不同类型降水过程云参数特征

卫星资料在气象业务中的应用越来越广泛,有效识别云的宏微观物理参数将有利于人影业务的发展。利用2005—2007年春季青海省东部地区FY-2卫星观测资料,针对不同形态、等级的降水过程,反演该区域降水云的宏微观物理参数,并与降水量做相关分析。结果表明:青海东部FY-2卫星反演的春季降水云粒子有效半径大多为8~65μm,云顶温度大多为215~240 K,云层厚度大都在1 500~5 200 m之间,云水含量大多为10~150 g·cm-2,但不同形态、量级降水过程反演的云特征参数值及其与地面降水量的相关性差异较明显。

FY-2C星多通道扫描辐射计及其在轨运行

介绍了风云二号(FY-2)C静止气象卫星多通道扫描辐射计的性能、组成和工作原理,以及为适应将3通道改为5通道而完成的5通道焦平面、光学系统、结构、电子学、红外探测器、辐射致冷器、光学薄膜和第二扫描结构等主要设计改进。卫星的在轨测试和运行结果表明,C星扫描辐射计在第一代自旋静止气象卫星上实现了包括中波红外的5通道同时对地观测,图像质量总体优于同类GMS-5,METEOSAT-5静止气象卫星,与目前应用的GOES-9三轴稳定静止气象卫星基本相当。

FY-2C星辐射定标及其结果分析

介绍了风云二号(FY-2)C星发射前后红外与水汽波段的地面真空辐射定标、星上黑体定标和地面辐射校正场定标,以及可见光波段的地面太阳定标、积分球定标、地面辐射校正场定标和太阳像的原理与方法。给出了C星不同波段不同定标法的结果。分析表明,C星采用的定标方法均有效,并互为补充和验证。为进一步提高定标精度,还可对环境温度模拟、二次曲线拟合、减小积分球定标误差和光谱响应等作相应的改进。

基于月球观测的FY-2G中波红外波段在轨调制传递函数评价与图像复原

针对风云二号(FY-2)中波红外波段地球目标图像空间分辨率低的问题,提出了从月球图像中提取刃边目标进行调制函数(MTF)计算,根据图像质量评价参数进行图像复原提高图像空间分辨率的方法。首先根据FY-2定位模型设计了月球可视位置算法,搜索到月球图像;通过一阶微分、极值匹配等处理,基于傅里叶变换得到FY-2G中波红外波段在轨MTF评价曲线。然后,根据MTF计算结果,采用维纳滤波器对中波红外波段图像进行复原;以像素平均梯度、功率谱分量和以及图像信息熵作为评价参数,通过3种评价参数的变化确定合理的滤波参数。最后,得到经过MTF复原的高分辨率图像。实验结果显示,应用提出的方法,不仅MTF计算正确,图像复原有效,空间分辨率得到提高,还保证了图像复原前后能量的一致性。

FY-2C星控制分系统设计

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星双自旋稳定控制分系统的组成、功能和技术指标,以及卫星起旋控制、章动角与摇摆角控制、敏感器设计和消旋子系统设计等关键技术。C星在轨运行情况表明,控制分系统工作正常、性能稳定,圆满完成了起旋、主动章动控制、测定姿、姿态机动、转速调整、定点捕获和天线消旋对地定向等任务,技术指标满足任务书要求。

FY-2气象卫星的数据处理

介绍了风云二号(FY-2)静止气象卫星数据处理过程中的图像配准与定位、定标与辐射的大气订正,以及产品定量处理等的原理和过程。给出了FY-2C星的主要定量产品。

应用FY-2地表蒸散产品监测西南特大干旱

基于能量平衡原理的卫星遥感地表蒸散产品具有清晰明确的物理含义,广泛地应用于遥感干旱监测领域。本研究以中国能量与水平衡监测系统(CEWBMS)和近11年的静止卫星遥感数据集为基础,利用FY-2/VISSR数据生成相对蒸散距平百分率(Percentage of Relative Evapotranspiration Anomaly,PRETA)产品,应用于全国范围的旱情连续监测。与极轨卫星同类产品相比,基于FY-2的PRETA产品在监测范围和频次上都具有明显的优势。由于距平百分率的引入,PRETA干旱指数等级划分不再与季节和地域气候类型等因素相关。针对2009年秋季至2010年春季西南大旱的监测结果进行了对比分析和统计,结果表明PRETA干旱指数真实客观地反映了旱情时空变化,面平均的PRETA和降水距平百分率时间序列变化趋势显示出良好的一致性,PRETA与10 cm土壤相对湿度有较高的相关性。本研究为实时、大范围、高分辨率、定量和动态卫星遥感监测干旱提供了切实可行的方法。

FY-2C星热设计的优化及其在轨性能

为改善风云二号(FY-2)C气象卫星有效载荷扫描辐射计及其他星上仪器的热环境温度,采用前太阳屏增加散热面、二次分离环提高散热能力,以及重组与补充热控电加热器方案对其热控分系统进行了优化,并用仿真分析和局部试验替代了热平衡试验验证。C星飞行结果表明,优化后的热控分系统具有良好的调控和适应能力,工作稳定,性能指标全部满足要求。说明C星的热设计优化正确有效,为扫描辐射计光机提供了优良的热环境温度。