楊忠東，張 鵬，谷松巖，朱愛軍，胡秀清，楊 軍

(中國氣象局 國家衛(wèi)星氣象中心,北京 100081)

FY-3衛(wèi)星應(yīng)用和發(fā)展

楊忠東，張 鵬，谷松巖，朱愛軍，胡秀清，楊 軍

(中國氣象局 國家衛(wèi)星氣象中心,北京 100081)

回顧了風(fēng)云三號(hào)(FY-3)衛(wèi)星的應(yīng)用和發(fā)展歷程。介紹了FY-3衛(wèi)星裝載的成像、大氣探測、輻射收支探測、大氣成分監(jiān)測和空間環(huán)境監(jiān)測器5類儀器包，可實(shí)現(xiàn)從紫外、可見光、近紅外、中紅外、熱紅外到微波的多種電磁波譜段的遙感和探測。給出了地面應(yīng)用系統(tǒng)生成的大氣、陸地、海洋和空間天氣等科學(xué)和應(yīng)用領(lǐng)域的衛(wèi)星遙感信息產(chǎn)品及其分辨率與精度。列舉了部分典型的FY-3衛(wèi)星數(shù)據(jù)在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、臭氧和二氧化碳等大氣成分和氣候監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)果。展望了未來FY-3衛(wèi)星的發(fā)展，其中包含的4顆衛(wèi)星，按晨昏、上午、下午近極地太陽同步軌道衛(wèi)星3顆和傾斜軌道降水測量衛(wèi)星1顆布局安排，組網(wǎng)完整的FY-3業(yè)務(wù)衛(wèi)星的綜合觀測能力將有極大的提高，帶動(dòng)我國氣象衛(wèi)星應(yīng)用進(jìn)入成熟發(fā)展階段。

FY-3衛(wèi)星； 有效載荷； 遙感信息產(chǎn)品； 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)； 大氣成分和氣候監(jiān)測； 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測； 災(zāi)害監(jiān)測； 組網(wǎng)觀測

0 引言

FY-3衛(wèi)星是我國第二代極地軌道太陽同步氣象衛(wèi)星，其主要任務(wù)是為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)提供全球均勻分辨率的氣象參數(shù)；研究全球變化包括氣候變化規(guī)律，為氣候預(yù)測提供各種氣象及地球物理參數(shù)；監(jiān)測大范圍自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境；為各種專業(yè)活動(dòng)提供全球任一地區(qū)的氣象信息，可實(shí)現(xiàn)全球、全天候、多光譜、三維、定量的對(duì)地氣象與環(huán)境綜合探測。FY-3A星于2008年5月27日發(fā)射成功。作為我國新一代風(fēng)云極軌氣象衛(wèi)星的首發(fā)試驗(yàn)試用衛(wèi)星，A星裝載了先進(jìn)探測儀器11種，具有有效載荷多、運(yùn)動(dòng)部件多的特點(diǎn)，且大部分儀器屬于首次上星，儀器的定量探測性能要求高、技術(shù)復(fù)雜、研制難度大，整星研制水平與國際同類氣象衛(wèi)星相當(dāng)[1]。2008年11月，A星正式投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行，標(biāo)志著我國極軌氣象衛(wèi)星成功地完成了技術(shù)升級(jí)換代，實(shí)現(xiàn)了新的跨越發(fā)展。FY-3B星于2010年11月5日發(fā)射成功。FY-3A、B星上、下午星組網(wǎng)探測使我國繼美國之后成為世界上第二個(gè)具有此項(xiàng)能力的國家，使全球資料的觀測時(shí)效從12 h提高到4.5 h。FY-3C星于2013年9月23日發(fā)射成功。作為FY-3系列衛(wèi)星的首顆業(yè)務(wù)星，C星成功發(fā)射及穩(wěn)定運(yùn)行標(biāo)志著我國第二代極軌氣象衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了從試驗(yàn)試用型向業(yè)務(wù)服務(wù)型的轉(zhuǎn)變；衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命從3年提高到5年，實(shí)現(xiàn)了高時(shí)效的全球中高分辨率光學(xué)成像觀測能力，預(yù)計(jì)可使我國全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)精度提高3%，其資料將在天氣預(yù)報(bào)、氣候及氣候變化研究、自然災(zāi)害和空間環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，為防災(zāi)減災(zāi)、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。

從20世紀(jì)90年代初FY-3衛(wèi)星的需求論證開始，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，F(xiàn)Y-3衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了技術(shù)升級(jí)換代和上、下午星組網(wǎng)觀測，每顆衛(wèi)星裝載遙感儀器10多臺(tái)套，空間分辨率從千米量級(jí)提高到百米量級(jí)，通過紫外、可見、紅外和微波的全波譜探測，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全球天氣、氣候、生態(tài)環(huán)境和自然災(zāi)害的綜合遙感。FY-3衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)系列化發(fā)展、業(yè)務(wù)化運(yùn)行，初步實(shí)現(xiàn)了從試驗(yàn)試用型向業(yè)務(wù)服務(wù)型的轉(zhuǎn)變。FY-3衛(wèi)星在臺(tái)風(fēng)、洪澇、干旱等自然災(zāi)害的監(jiān)測中發(fā)揮了不可或缺的作用。進(jìn)入21世紀(jì)，全國因臺(tái)風(fēng)、洪澇災(zāi)害死亡或失蹤人數(shù)平均比20世紀(jì)90年代減少了約70%，直接經(jīng)濟(jì)損失平均減少約40%，氣象衛(wèi)星功不可沒。據(jù)估算，氣象衛(wèi)星投入產(chǎn)出效益比超過1∶40，是我國民用遙感衛(wèi)星中應(yīng)用范圍最廣、效益發(fā)揮最好的衛(wèi)星。本文介紹了FY-3衛(wèi)星的應(yīng)用和發(fā)展。

1 衛(wèi)星遙感儀器和信息產(chǎn)品

FY-3衛(wèi)星是國內(nèi)搭載遙感探測儀器最多的對(duì)地遙感衛(wèi)星，衛(wèi)星創(chuàng)新性地采用了先進(jìn)的綜合對(duì)地觀測衛(wèi)星總體技術(shù)、高可靠衛(wèi)星姿態(tài)控制技術(shù)、先進(jìn)的定量遙感技術(shù)、天地一體化的數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理技術(shù)、全球三維大氣高精度定量反演技術(shù)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)衛(wèi)星資料同化應(yīng)用技術(shù)和地球氣候系統(tǒng)衛(wèi)星信息提取及應(yīng)用等多項(xiàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從二維遙感成像到三維綜合大氣探測，從單一的光學(xué)探測到紫外、可見、紅外和微波的全譜段寬波譜探測，從寬覆蓋公里級(jí)觀測提高到百米級(jí)觀測，從國內(nèi)組網(wǎng)接收到全球南北極組網(wǎng)接收等四大技術(shù)跨越，其整體探測能力和應(yīng)用達(dá)到當(dāng)今國際先進(jìn)水平。

FY-3衛(wèi)星具有有效載荷多、探測類型多、運(yùn)動(dòng)部件多的特點(diǎn)，且大部分儀器屬于首次上星，遙感探測儀器的定量性能要求高、技術(shù)復(fù)雜、研制難度大。

1.1遙感儀器

FY-3衛(wèi)星具備對(duì)大氣、海洋和地表狀態(tài)進(jìn)行全球、全天候條件下的多光譜和三維精確觀測的能力，能為提高中國及其他亞洲國家，乃至全世界的天氣預(yù)報(bào)的質(zhì)量和自然災(zāi)害與環(huán)境的監(jiān)測水平做出貢獻(xiàn)[2-3]。FY-3A，B，C星均載有五大類(儀器包)十多種成像和探測等儀器，其中成像儀器包有可見光與紅外輻射計(jì)(VIRR)，中分辨率光譜成像儀(MERSI)，微波輻射成像儀(MWRI)；大氣探測儀器包有大氣紅外探測儀(IRAS)，微波溫度探測儀(MWTS)，微波濕度探測儀(MWHS)和掩星探測儀(GNOS)；輻射收支探測儀器包有太陽輻射監(jiān)測儀(SIM)和地球輻射測量儀(ERM)；大氣成分臭氧儀器包有紫外臭氧垂直廓線探測儀(SBUS)和臭氧總量探測裝置(TOU)；空間環(huán)境監(jiān)測儀器包有空間環(huán)境監(jiān)視器(SEM)。相關(guān)儀器技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2遙感信息產(chǎn)品

FY-3衛(wèi)星遙感探測應(yīng)用信息產(chǎn)品由通常意義上的二級(jí)和三級(jí)產(chǎn)品組成，即大氣物理參數(shù)、云、地表參數(shù)和?？窄h(huán)境參數(shù)。大氣與地球物理參數(shù)是在一級(jí)地理定位、輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用輻射傳輸原理開發(fā)的科學(xué)算法計(jì)算分析得到。二級(jí)產(chǎn)品主要用于天氣分析與預(yù)報(bào)、災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測。三級(jí)產(chǎn)品是按10 d、1月、1年的時(shí)間序列時(shí)間空間合成二級(jí)產(chǎn)品后得到的統(tǒng)計(jì)分析產(chǎn)品，主要用于氣候研究[4-5]。所有產(chǎn)品都是以HDF分層數(shù)據(jù)格式構(gòu)建的，便于使用者提取和顯示。大氣和云產(chǎn)品包括溫度和濕度資料、大氣穩(wěn)定性指數(shù)、可降水總量、云檢測、云頂溫度、云的類型和云可見光厚度。陸地與海洋表面產(chǎn)品包括植被指數(shù)、陸地覆蓋(植被類型)、雪蓋、地表反射率、地表溫度、洪水指數(shù)、全球火災(zāi)、海平面溫度、海洋水色/葉綠素和海冰覆蓋?？臻g氣象產(chǎn)品包括太陽質(zhì)子、太陽離子、太陽電子、潛在輻射量和單一事件觀測。具體見表2。表2中：NDVI為歸一化植被指數(shù)；BRDF為雙向反射函數(shù)；TBD為待定。FY-3A星的2008年7月19日14軌全球真彩色合成圖像如圖1所示。圖1由地面應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行自動(dòng)生成，圖中白色大氣云團(tuán)、藍(lán)色海面，以及褐色和綠色的陸地真實(shí)清晰可見，由于時(shí)間是夏季，北極地區(qū)極晝明亮，南極地區(qū)極夜黑暗。原始數(shù)據(jù)圖像空間分辨率為250 m。

表1 FY-3衛(wèi)星遙感探測儀器技術(shù)參數(shù)

表2 FY-3衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)生成的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品

圖1 FY-3A星中分辨率光譜成像儀夏季全球影像鑲嵌圖(2008年7月19日)Fig.1 Summer global image by MERSI of FY-3A satellite on July 19, 2008

2 衛(wèi)星遙感應(yīng)用

FY-3衛(wèi)星的三項(xiàng)最主要應(yīng)用任務(wù)為天氣預(yù)報(bào)、氣候監(jiān)測和環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測。第一個(gè)任務(wù)是獲取全球溫度和濕度資料，以及云、輻射和其他氣象參數(shù)，以提高天氣預(yù)報(bào)的精確度，尤其是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品的精確度。第二個(gè)任務(wù)是全球氣候監(jiān)測，包括用于短期氣候預(yù)測研究的輻射平衡、雪蓋、海平面溫度、溫室氣體和臭氧層監(jiān)測。第三個(gè)任務(wù)是對(duì)生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害的全球遙感與監(jiān)測。

從國際發(fā)展趨勢來看，極軌氣象衛(wèi)星采用光學(xué)、微波等綜合觀測手段，實(shí)行上午星和下午星組網(wǎng)業(yè)務(wù)觀測；衛(wèi)星功能先進(jìn)，綜合觀測能力強(qiáng)，定量精度高。歐美氣象衛(wèi)星的遙感儀器從光學(xué)到微波種類齊全，性能指標(biāo)先進(jìn)；光學(xué)及微波輻射定標(biāo)能力、數(shù)據(jù)產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)?zāi)芰ε涮R全。氣象衛(wèi)星綜合應(yīng)用水平較高，衛(wèi)星資料在數(shù)值預(yù)報(bào)模式資料同化中占有的比例已大于90%。風(fēng)云衛(wèi)星在此還需要做更多工作，迎頭趕上。

2.1數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式應(yīng)用

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的支柱。預(yù)報(bào)產(chǎn)品的影響、精確度的局限性和及時(shí)性都取決于大氣物理和化學(xué)過程的初始場描述的精準(zhǔn)與否。FY-3衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)包括風(fēng)、溫度、濕度、云、降水、氣溶膠及其他大氣狀態(tài)相關(guān)信息。這些觀測數(shù)據(jù)資料對(duì)提高數(shù)值預(yù)報(bào)中初始場的精度十分重要。

同化應(yīng)用氣象衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)可極大地改進(jìn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度。歐洲中期天氣數(shù)值預(yù)報(bào)中心(ECMWF)于20世紀(jì)90年代初率先開展了衛(wèi)星資料在數(shù)值預(yù)報(bào)中的同化應(yīng)用研究，之后美國、加拿大和日本相繼開展了資料同化業(yè)務(wù)。相較而言，ECMWF的數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)是目前氣象衛(wèi)星資料同化最好的系統(tǒng)，其預(yù)報(bào)分析場能以分辨儀器0.1 K的觀測系統(tǒng)誤差，對(duì)新觀測資料的質(zhì)量及同化效果給出公認(rèn)的相對(duì)權(quán)威、客觀的評(píng)價(jià)。

文獻(xiàn)[6]用較準(zhǔn)確的ECMWF數(shù)值預(yù)報(bào)平臺(tái)，對(duì)我國FY-3衛(wèi)星的三個(gè)大氣探測儀器和微波成像儀數(shù)據(jù)進(jìn)行了同化應(yīng)用評(píng)價(jià)研究，并對(duì)該儀器觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量及在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用潛力進(jìn)行了驗(yàn)證與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：總體與國際同類先進(jìn)儀器相當(dāng)，其中微波溫度計(jì)的靈敏度指標(biāo)高于設(shè)計(jì)水平，表明我國在這方面的實(shí)際研制水平較高；消除觀測系統(tǒng)偏差后，F(xiàn)Y-3A星4個(gè)儀器的數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)同化應(yīng)用的要求；同化FY-3A星數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度有改進(jìn)，時(shí)效有所延長，并得到國際同行的認(rèn)可。

文獻(xiàn)[7]以WRF-3DVar模式的數(shù)值同化模塊作為開發(fā)基礎(chǔ)，在變分同化框架中建立FY-3衛(wèi)星微波溫度儀和微波濕度儀資料的直接變分同化系統(tǒng)，用FY-3衛(wèi)星微波探測數(shù)據(jù)進(jìn)行了臺(tái)風(fēng)莫拉克預(yù)報(bào)同化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：FY-3A星顯著增強(qiáng)對(duì)地球系統(tǒng)的綜合探測能力，尤其對(duì)海上臺(tái)風(fēng)的觀測能力。數(shù)值模式對(duì)微波垂直探測資料同化試驗(yàn)表明，同化后，模式初始場能更合理地反映海上臺(tái)風(fēng)環(huán)流形勢及溫濕條件，并對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)效果有積極的改善作用。

文獻(xiàn)[8]在WRF3Dvar中擴(kuò)展了FY-3A星微波探測資料同化功能和RTTOV微波云雨粒子散射RTTOV-SCATT模塊接口，針對(duì)FY-3A同化應(yīng)用、云檢測方案、偏差訂正調(diào)整和云雨條件下亮溫模擬的試驗(yàn)，分析得到結(jié)論：研究個(gè)例中FY-3A星微波資料的使用對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)有明顯改善；對(duì)FY-3A星的MWTS，MWHS使用單窗區(qū)通道作為云檢測時(shí)，選擇合適閥值可得到較好預(yù)報(bào)效果；用FY-3A星資料導(dǎo)出的偏差訂正系數(shù)可改善偏差訂正結(jié)果，并提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

2.2氣候監(jiān)測應(yīng)用

氣候變化導(dǎo)致了人類生存環(huán)境的變化。觀測與研究表明：二氧化碳、甲烷等溫室氣體，以及臭氧和氣溶膠是影響氣候變化的主要因子。FY-3衛(wèi)星上遙感儀器的使用將是對(duì)全球氣候變化的敏感因子進(jìn)行持續(xù)觀測和評(píng)估的有效途徑。

文獻(xiàn)[9]根據(jù)紅外分光計(jì)光譜通道特征，發(fā)展了對(duì)應(yīng)的大氣輻射傳輸計(jì)算模式以大氣分子吸收光譜數(shù)據(jù)集為初始譜線輸入資料利用該模式模擬計(jì)算紅外分光計(jì)在CO2吸收帶的10個(gè)通道輻射率測值對(duì)CO2濃度變化的響應(yīng)，并對(duì)比了其與大氣溫度和水汽、O3等氣體濃度誤差對(duì)輻射率測值的影響，探討了利用FY-3衛(wèi)星探測大氣CO2濃度的可行性。結(jié)果表明：通道4最適于監(jiān)測大氣CO2濃度的變化。

文獻(xiàn)[10]對(duì)FY-3衛(wèi)星全球臭氧總量反演和真實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果的分析表明：FY-3衛(wèi)星紫外臭氧總量探測儀成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)全球臭氧總量分布, 特別是廣為關(guān)注的南極地區(qū)和青藏高原地區(qū)臭氧異常變化的連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與已有的研究成果相符，證實(shí)了FY-3衛(wèi)星紫外臭氧總量探測儀全球臭氧總量的反演精度與國際同類衛(wèi)星相當(dāng)。文獻(xiàn)[11]用FY-3B星的臭氧垂直探測儀和NOAA的臭氧探測資料, 監(jiān)測2011年3月1日～4月5日北極地區(qū)臭氧低值事件發(fā)生發(fā)展全過程，發(fā)現(xiàn)臭氧低值區(qū)臭氧總量為200～250 DU, 局部極低值約200 DU, 達(dá)到臭氧洞水平, 較通常水平低100～200 DU。此次北極臭氧低值事件始于3月1日, 終于4月5日，期間經(jīng)歷擴(kuò)展-消亡、圍繞極地自西向東方向旋轉(zhuǎn)、由極區(qū)沿經(jīng)線向中緯度擴(kuò)散等多個(gè)發(fā)展變化過程。這次非常罕見的北極地區(qū)臭氧低值事件影響范圍除極區(qū)外, 還波及從歐洲到俄羅斯中部的廣大人口密集地區(qū), 導(dǎo)致這些地區(qū)地表紫外線強(qiáng)度的急劇增強(qiáng), 對(duì)人類身體健康和環(huán)境造成重要影響, 對(duì)此需引起高度關(guān)注。

2.3生態(tài)環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測

我國各種自然災(zāi)害有廣泛的地理分布和較高的發(fā)生率，通常會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。防災(zāi)減災(zāi)的一個(gè)主要目標(biāo)就是建立監(jiān)測衛(wèi)星遙感系統(tǒng)并組成一個(gè)三維自然災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。作為監(jiān)測天氣擾動(dòng)和其衍生災(zāi)害的主要手段，F(xiàn)Y-3衛(wèi)星有不可取代的地位，在與臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴、洪水、干旱、雪、沙塵暴、霧和霾，以及農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、生態(tài)和環(huán)境災(zāi)害相關(guān)的宏觀動(dòng)態(tài)的大尺度自然災(zāi)害領(lǐng)域中尤為重要。植被、干旱和作物生長的監(jiān)測需要?dú)庀笮l(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)資料[12]。FY-3衛(wèi)星提供的全球空間分辨率250 m的多光譜數(shù)據(jù)對(duì)全球植被動(dòng)態(tài)、作物生長和世界主要糧食作物的產(chǎn)量估計(jì)有重要的作用。

2.4綜合應(yīng)用

FY-3衛(wèi)星數(shù)據(jù)和產(chǎn)品已在天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測、自然災(zāi)害和環(huán)境監(jiān)測、資源開發(fā)、科學(xué)研究等多個(gè)重要領(lǐng)域，以及氣象、海洋、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、電力、水利、交通、測繪、航空、航天等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，世界許多國家和地區(qū)都在接收和利用FY-3衛(wèi)星資料。歐洲氣象衛(wèi)星組織業(yè)務(wù)接收FY-3衛(wèi)星所有軌道的資料，并與中國氣象局建立專線交換衛(wèi)星資料；美國計(jì)劃建立中美氣象通信專線與我國交換FY-3衛(wèi)星數(shù)據(jù)；加拿大、芬蘭、英國、澳大利亞、巴西等國均在接收或計(jì)劃接收FY-3衛(wèi)星資料。FY-3衛(wèi)星的發(fā)展，帶動(dòng)了我國的氣象衛(wèi)星及衛(wèi)星應(yīng)用進(jìn)入成熟發(fā)展階段，逐步形成“業(yè)務(wù)穩(wěn)定可靠、產(chǎn)品適用定量、信息充分共享、服務(wù)優(yōu)質(zhì)高效”的應(yīng)用格局，使氣象衛(wèi)星的應(yīng)用深度和廣度明顯提升，在政府決策、防災(zāi)減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，以及國家安全和國防建設(shè)中發(fā)揮顯著作用。

3 發(fā)展展望

2018年以后，從第五顆衛(wèi)星開始FY-3系列將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。該階段共包含衛(wèi)星4顆，按晨昏、上午、下午近極地太陽同步軌道衛(wèi)星3顆和傾斜軌道降水測量衛(wèi)星1顆布局安排。

FY-3晨昏衛(wèi)星在確保極軌氣象衛(wèi)星全球成像和大氣垂直探測觀測業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，側(cè)重?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)的應(yīng)用目標(biāo)，對(duì)天氣會(huì)商、熱帶氣旋和其他極端氣象災(zāi)害預(yù)警、氣候監(jiān)測、空氣質(zhì)量監(jiān)測、太陽和空間天氣觀測具有獨(dú)特優(yōu)勢。

FY-3上午衛(wèi)星在確保極軌氣象衛(wèi)星全球成像和大氣垂直探測觀測業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，側(cè)重地球表面成像觀測，主要應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)及研究。

FY-3下午衛(wèi)星在確保極軌氣象衛(wèi)星全球成像和大氣垂直探測觀測業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，側(cè)重大氣成分定量探測和氣候變化監(jiān)測，探測數(shù)據(jù)可用于天氣預(yù)報(bào)、大氣化學(xué)和氣候變化監(jiān)測業(yè)務(wù)及研究等。

FY-3降水測量衛(wèi)星主要用于災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強(qiáng)降水監(jiān)測，提供全球中低緯度地區(qū)降水三維結(jié)構(gòu)信息，對(duì)提高降水氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供支持。

FY-3晨昏星、上午星、下午星和降水測量衛(wèi)星在滿足現(xiàn)代氣象觀測核心業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，側(cè)重點(diǎn)不同，功能互補(bǔ)，相互配合，組網(wǎng)形成完整的低軌氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)綜合觀測能力。組網(wǎng)觀測后，我國全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式中衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的更新時(shí)效由現(xiàn)在的6 h提高到4 h，可將預(yù)報(bào)精度提高約3.0%，預(yù)報(bào)時(shí)效延長約24 h，衛(wèi)星全球觀測頻次可達(dá)4小時(shí)/次，將氣象災(zāi)害監(jiān)測時(shí)效提高近1倍，就能較容易地捕捉到如暴雨、強(qiáng)對(duì)流等云團(tuán)生命周期較短的比較嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣過程。

FY-3衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高時(shí)效全球百米量級(jí)分辨率光學(xué)成像觀測、高精度光學(xué)微波組合大氣溫濕度垂直分布探測、氣候變化溫室氣體探測、風(fēng)場精確探測和降水測量五大主要能力，遙感儀器必須通過多星搭配配置，即同時(shí)保證核心觀測能力，合理配置氣候、風(fēng)場探測和降水測量能力。

組網(wǎng)完整的FY-3業(yè)務(wù)衛(wèi)星的綜合觀測能力將具有六大特色。第一，高時(shí)效的全球百米量級(jí)分辨率光學(xué)成像觀測能力；第二，高精度光學(xué)微波組合大氣溫度濕度垂直分布探測能力；第三，氣候變化溫室氣體探測能力；第四，主動(dòng)遙感儀器風(fēng)場精確探測能力；第五，主動(dòng)遙感儀器降水測量能力；第六，太陽和空間環(huán)境綜合探測能力。

總體的應(yīng)用目標(biāo)是瞄準(zhǔn)氣象衛(wèi)星國際發(fā)展先進(jìn)水平，按全面推進(jìn)氣象現(xiàn)代化的發(fā)展理念和要求，建成世界一流的風(fēng)云極軌氣象衛(wèi)星觀測體系，實(shí)現(xiàn)我國第二代極軌氣象衛(wèi)星的三星組網(wǎng)業(yè)務(wù)化觀測，帶動(dòng)我國氣象衛(wèi)星應(yīng)用進(jìn)入成熟發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)氣象現(xiàn)代化所確定的2020年氣象衛(wèi)星及應(yīng)用發(fā)展目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)觀測儀器全波段在軌星上絕對(duì)輻射定標(biāo)，其中紅外波段在軌定標(biāo)誤差0.4 K，微波波段在軌定標(biāo)誤差0.8 K，可見近紅外波段在軌定標(biāo)誤差5%，滿足氣象現(xiàn)代化方案中明確提出的定量應(yīng)用目標(biāo)需求。實(shí)現(xiàn)高光譜儀器在軌星上光譜定標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)晨昏、上午、下午星組網(wǎng)觀測，獲取數(shù)值預(yù)報(bào)同化應(yīng)用需要的全球溫、濕廓線，降水，以及云、輻射等氣象參數(shù)，滿足保障氣象領(lǐng)域核心業(yè)務(wù)，提升天氣預(yù)測預(yù)報(bào)能力的需求。在降水測量衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降水測量，與被動(dòng)微波和光學(xué)成像遙感結(jié)合，實(shí)現(xiàn)降水和云雨大氣參數(shù)遙感探測，獲取融化層高度和厚度信息，為提高降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，優(yōu)化云微物理參數(shù)化方案提供支撐。

獲取全球溫室氣體和臭氧分布，監(jiān)測全球輻射收支、冰雪覆蓋、海面溫度，提供短期氣候預(yù)測、氣候變化預(yù)估所需的遙感信息，滿足提高應(yīng)對(duì)氣候變化能力和提升國家在國際舞臺(tái)的主導(dǎo)權(quán)和話語權(quán)的需求。監(jiān)測自然災(zāi)害、生態(tài)與環(huán)境，為國家各部門和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域提供全球及區(qū)域的遙感信息，滿足提高天氣氣候?yàn)?zāi)害與突發(fā)事件應(yīng)對(duì)能力，提升氣象防災(zāi)減災(zāi)綜合能力的需求。開展太陽、空間環(huán)境及其效應(yīng)、極光和電離層監(jiān)測，提高空間天氣監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)能力，滿足空間天氣預(yù)報(bào)和保障服務(wù)的需求。

FY-3 03批衛(wèi)星將明顯提升氣象衛(wèi)星的定量化觀測精度，進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的應(yīng)用深度、廣度和定量化應(yīng)用，進(jìn)一步推進(jìn)遙感信息在政府決策、防災(zāi)減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，以及國家安全和國防建設(shè)中發(fā)揮更顯著和重要的作用。

4 結(jié)束語

本文介紹了FY-3衛(wèi)星應(yīng)用及其發(fā)展。FY-3衛(wèi)星作為我國發(fā)展最早的遙感衛(wèi)星，其成功研制與發(fā)射，填補(bǔ)了我國在衛(wèi)星平臺(tái)、星載遙感儀器制造等領(lǐng)域的大量技術(shù)空白，推動(dòng)了我國微波遙感、紅外面陣焦平面探測、光學(xué)輻射定標(biāo)等技術(shù)的快速發(fā)展，極大地推進(jìn)了我國航天技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。FY-3衛(wèi)星已在我國國民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。FY-3衛(wèi)星的發(fā)展，也將不斷提高我國氣象事業(yè)的國際地位與影響力。

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ApplicationandDevelopmentofFY-3MeteorologicalSatellite

YANGZhong-dong，ZHANGPeng，GUSong-yan，ZHUAi-jun，HUXiu-qing，YANGJun

(National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing,100081, China)

The application and development of FY-3meteorological satellite were reviewed in this paper. The five kinds of payload packages on FY-3satellite were introduced, which included imaging, atmosphere explore, radiation budget explore, atmospheric composition explore and space environment monitoring. The remote sensing and explore with spectrum band of multiply electromagnetic wave from ultraviolet, visible light, near-infrared, mid-infrared, far-infrared to microwave. The sensing products and their resolution and accuracy of atmosphere, land, ocean and space weather in science and application areas were presented, which were produced by the ground segment system of FY-3satellite. The typical application examples of FY-3satellites in numerical weather forecast, atmospheric monitoring of composition such as ozone and carbon dioxides and climatic monitoring, ecological environment monitoring and disaster monitoring. The future development of FY-3satellite was prospected. In the future, it will form a network of4FY-3satellites which the three are twilight, morning and afternoon polar sun-synchronous satellites and the one is inclined LEO satellite for precipitation measuring. The integrated explore abilities of FY-3networking satellites will be upgraded greatly, which will promote Chinese meteorological application to mature.

FY-3meteorological satellite; payload; sensing product; numerical weather forecast; atmospheric composition and climatic monitoring; ecological environment monitoring; disaster monitoring; networking observation

1006-1630(2017)04-0001-07

2017-07-20；

：2017-07-27

楊忠東(1964—)，男，研究員，F(xiàn)Y-3衛(wèi)星和碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師。曾獲中國氣象學(xué)會(huì)首屆鄒競蒙氣象科技人才獎(jiǎng)，入選中國氣象局首批科技領(lǐng)軍人才，入選國家百千萬人才工程，并被授予“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”。主要從事氣象衛(wèi)星遙感科學(xué)研究和應(yīng)用、地面應(yīng)用系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)等工作。

P414.4

：ADOI:10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.04.001