基本介紹
- 中文名：氣象衛星
- 外文名：Meteorological satellite
- 實質：衛星氣象觀測系統的空間部分
- 工作區域：太空
- 分類：極地軌道、同步軌道氣象衛星
- 工作內容：獲取圖像信息，發射信息
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衛星分類
氣象衛星實質上是一個高懸在太空的自動化高級氣象站，是空間、遙感、計算機、通信和控制等高技術相結合的產物。
由於軌道的不同，可分為兩大類，即：太陽同步極地軌道氣象衛星和地球同步氣象衛星。前者由於衛星是逆地球自轉方向與太陽同步，稱太陽同步軌道氣象衛星；後者是與地球保持同步運行，相對地球是不動的，稱作靜止軌道氣象衛星，又稱地球同步軌道氣象衛星。①極軌氣象衛星。飛行高度約為600～1500千米，衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的交角，這樣的衛星每天在固定時間內經過同一地區2次，因而每隔12小時就可獲得一份全球的氣象資料。②同步氣象衛星。運行高度約35800千米，其軌道平面與地球的赤道平面相重合。從地球上看，衛星靜止在赤道某個經度的上空。一顆同步衛星的觀測範圍為100個經度跨距，從南緯50°到北緯50°，100個緯度跨距，因而5顆這樣的衛星就可形成覆蓋全球中、低緯度地區的觀測網。
在氣象預測過程中非常重要的衛星雲圖的拍攝也有兩種形式：一種是藉助於地球上物體對太陽光的反向程度而拍攝的可見光雲圖，只限於白天工作；另一種是藉助地球表面物體溫度和大氣層溫度輻射的程度，形成紅外雲圖，可以全天候工作。
氣象衛星特點
1 軌道（低和高軌兩種）。
2 短周期重複觀測。
3 成像面積大，有利於獲得巨觀同步信息，減少數據處理容量。
4 資料來源連續實時性強、成本低。
軌道：氣象衛星採用太陽同步軌道或地球靜止衛星軌道。為了保證雲圖的質量，氣象衛星的太陽同步軌道呈圓形，偏心率要求小於千分之一，傾角大於90°，高度一般在800～1500公里，以便飛經地球各地區時獲取的圖像具有相同的光照條件。地球靜止軌道氣象衛星對位置保持的精度要求不高，東西向為0.5°左右，南北向為1°左右，偏心率小於千分之一。
姿態控制：為了保證雲圖的圖片質量，氣象衛星必須具有很高的姿態穩定性。太陽同步軌道氣象衛星要求姿態的變化率小於千分之幾度每秒，地球靜止軌道氣象衛星要求姿態的變化率小於0.0002度/秒和小於0.002度每半小時。氣象衛星對姿態的控制精度，要求一般為0.5°～1°。
數據傳輸：氣象衛星的數據傳輸有4種：氣象遙感儀器獲得的原始數據向地面數據處理中心站傳輸，常用頻段為1700兆赫，數據傳輸速率較高，最高可達28兆比特/秒；氣象遙感儀器獲得的數據經衛星上初步處理後，實時向地面傳送雲圖等氣象資料，常用頻段為137兆赫和1700兆赫，數據傳輸速率較低；氣象遙感儀器獲得的數據經傳到地面作各種數據處理後，再通過氣象衛星向各地廣播雲圖等氣象資料，常用頻段為1700兆赫；收集地面氣象站、海洋自動浮標和設定在無人值守地區的自動氣象站所獲得的溫度、壓力、濕度等環境資料，常用頻段為401和468兆赫。
觀測內容
氣象衛星主要觀測內容包括：
①衛星雲圖的拍攝。
②雲頂溫度、雲頂狀況、雲量和雲內凝結物相位的觀測。
③陸地表面狀況的觀測，如冰雪和風沙，以及海洋表面狀況的觀測，如海洋表面溫度、海冰和洋流等。
④大氣中水汽總量、濕度分布、降水區和降水量的分布。
⑤大氣中臭氧的含量及其分布。
⑥太陽的入射輻射、地氣體系對太陽輻射的總反射率以及地氣體系向太空的紅外輻射。
⑦空間環境狀況的監測，如太陽發射的質子、α粒子和電子的通量密度。
這些觀測內容有助於我們監測天氣系統的移動和演變；為研究氣候變遷提供了大量的基礎資料；為空間飛行提供了大量的環境監測結果。
中國氣象衛星
風雲家族
中國“風雲家族”早已聲名在外，目前超過2500國內用戶及多達70多個國家和地區，接收與利用風雲衛星資料。風雲系列衛星更被世界氣象組織列入國際氣象業務衛星序列，是東半球氣象預報的主力。
1969年，時任總理周恩來指示：“要搞我們自己的氣象衛星。”經過數十年發展，中國成功發射4顆風雲一號、 7顆風雲二號、3顆風雲三號衛星，其中風雲系列的單號為極軌氣象衛星，雙號為靜止軌道氣象衛星。目前風雲三號衛星已全面取代風雲一號衛星，風雲二號亦正被風雲四號取代。風雲四號則是中國第二代靜止軌道氣象衛星，在時間解析度、空間解析度、探測譜段和探測要素等方面更勝風雲二號。
風雲一號
中國1988年9月7日發射了第一顆氣象衛星—“風雲一號”太陽同步軌道氣象衛星。衛星雲圖的清晰度可與美國“諾阿”衛星雲圖媲美，但由於星上元器件發生故障，它只工作了39天。後成功發射了四顆極軌氣象衛星（風雲號）和三顆靜止氣象衛星（風雲二號），經歷了從極軌衛星到靜止衛星，從試驗衛星到業務衛星的發展過程。
同時還建立了以接收風雲衛星為主、兼收國外環境衛星的衛星地面接收和套用系統，在氣象減災防災、國民經濟和國防建設中發揮了顯著作用。
目前，我國的極軌氣象衛星和靜止氣象衛星已經進入業務化，在軌運行的衛星分別是風雲一號D星（2002年發射）和風雲二號C星（2004年發射）。我國是世界上少數幾個同時擁有極軌和靜止氣象衛星的國家之一，是世界氣象組織對地觀測衛星業務監測網的重要成員。
風雲二號
風雲二號系列靜止氣象衛星是我國第一代靜止氣象衛星，計畫發射7顆，即風雲二號A/B/C/D/E/F/G，兩顆試驗星（風雲二號A/B），六顆業務星（風雲二號C/D/E/F/G/H）。
從1997年服役至今的風雲二號，可每15分鐘進行一次全球觀測、每6分鐘進行一次區域觀測，為中國和世界氣候監測及天氣預報提供實時動態資料，預報準確率可達90%。
風雲三號
風雲三號極軌氣象衛星的技術指標達到歐美最新一代氣象衛星水平，可從二維遙感成像到三維綜合大氣探測，從單一光學探測到全譜段寬波譜探測，從公里級觀測提高到百米級觀測，從國內組網接收到全球組網接收。
風雲四號
2016年12月11日零時11分，中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射風雲四號衛星。
風雲四號衛星是我國靜止軌道氣象衛星從第一代（風雲二號）向第二代跨越的首發星，也是我國首顆地球同步軌道三軸穩定定量遙感衛星，使用全新研製的SAST5000平台，設計壽命7年。衛星成功突破了代表國際前沿的高精度圖像定位與配準、微振動測量與抑制等20餘項核心關鍵技術，裝載四種先進有效載荷，整體性能達到國際先進水平。
風雲四號的主用戶為中國氣象局。衛星投入使用後，可更加精確地開展天氣監測與預報預警、數值預報、氣候監測。衛星裝載的閃電成像儀能1秒鐘拍500張閃電圖，探測區域範圍內的閃電頻次和強度，在國內首次提供閃電預警。風雲四號能每3分鐘對颱風區域進行觀測，可彌補目前在軌衛星雲圖解析度不夠高的缺點，還將對災害及環境監測、人工影響天氣、空間天氣研究等提供有力支撐。
國外氣象衛星
1958年美國發射的人造衛星開始攜帶氣象儀器， 1960年4月1日，美國首先發射了第一顆人造試驗氣象衛星，截止到1990年底，在30年的時間內，全世界共發射了116顆氣象衛星，已經形成了一個全球性的氣象衛星網，消滅了全球4/5地方的氣象觀測空白區，使人們能準確地獲得連續的、全球範圍內的大氣運動規律，做出精確的氣象預報，大大減少災害性損失。據不完全統計，如果對自然災害能有3—5天的預報，就可以減少農業方面的30%~50%的損失，僅農、牧、漁業就可年獲益1.7億美元。例如，自1982年至1983年，在中國登入的33次颱風無一漏報。1986年在廣東 汕頭附近登入的8607號颱風，由於預報及時準確，減少損失達10多億元。
1960年4月1日，美國發射了世界上第一顆試驗性氣象衛星“泰羅斯”1號。這顆試驗氣象衛星呈18面柱體，高48厘米，直徑107厘米。星上裝有電視攝像機、遙控磁帶記錄器及照片資料傳輸裝置。它在700千米高的近圓軌道上繞地球運轉1135圈，共拍攝雲圖和地勢照片22952張，有用率達60%。具有當時最優秀的技術性能。美國從1960年至1965年間，共發射了10顆“泰羅斯”氣象衛星，其中只有最後兩顆才是太陽同步軌道衛星。1966年2月3日，美國研製並發射了第一顆實用氣象衛星“艾薩”1號，它是美國第二代太陽同步軌道氣象衛星，軌道高度約1400千米，雲圖的星下點解析度為4000米。從1966年至1969年間，共發射了9顆，獲得了大量氣象資料。它的發射成功開闢了世界氣象衛星研製的新領域，大大減少了由於氣象原因造成的各種損失。
1969年，蘇聯首次發射了“流呈”I型氣象衛星，採用太陽同步軌道，通常保持2～3顆衛星運行在相互垂直的軌道平面上。這樣就可以提供全球氣象資料。後來這類衛星由“流星”2型衛星系列所取代。“流星”2型衛星系列是獲得全球覆蓋的衛星系列。
日本發射了兩顆地球靜止氣象衛星，歐洲；空間局發射了兩顆地球靜止軌道氣象業務衛星，印度也發射了通信廣播和氣象多用途衛星。
中國1988年9月7日發射了第一顆氣象衛星—“風雲一號”太陽同步軌道氣象衛星。衛星雲圖的清晰度可與美國“諾阿”衛星雲圖媲美，但由於星上元器件發生故障，它只工作了39天。後成功發射了四顆極軌氣象衛星（風雲號）和三顆靜止氣象衛星（風雲二號），經歷了從極軌衛星到靜止衛星，從試驗衛星到業務衛星的發展過程。
中國的極軌氣象衛星和靜止氣象衛星已經進入業務化，在軌運行的衛星分別是風雲一號D星（2002年發射）和風雲二號C星（2004年發射）。中國是世界上少數幾個同時擁有極軌和靜止氣象衛星的國家之一，是世界氣象組織對地觀測衛星業務監測網的重要成員。
美國有史以來科學性能最強的一顆氣象衛星預定於2016年11月19日發射升空。在距離地球35800公里（約為地球到月球距離的1/10）的最佳位置上，地球同步運行環境衛星-R系列（GOES-R）將拍攝席捲美國的天氣和大氣現象的圖像。GOES-R能夠每隔30秒鐘拍攝一張圖像，遠遠快於當前GOES氣象衛星幾分鐘的拍攝時間間隔。這種快速的拍攝功能使得該氣象衛星能夠追蹤雷暴、颶風以及其他猛烈風暴的發展變化。
全球大氣研究計畫
氣象衛星的發展經歷了試驗和套用兩個階段。除美國和蘇聯外，日本和歐洲空間局於1977年也先後發射了氣象衛星，這些國家和組織都參加世界氣象組織 (WMO)安排的全球大氣研究計畫的第一期全球試驗。主要的氣象衛星系列有：
①“流星”號氣象衛星系列：見“流星”號衛星。
②“泰羅斯”號氣象衛星系列：美國發射的世界第一個試驗氣象衛星系列，1960～1965年共發射10顆，除最後兩顆為太陽同步軌道外，其餘的軌道傾角為48°和58°。
③“艾薩”號衛星：美國第一代太陽同步軌道氣象業務套用衛星。1966～1969年間先後發射了9顆，軌道傾角約102°，軌道高度約1400公里，雲圖的星下點解析度為4公里。
④“泰羅斯N/諾阿”衛星系列：見“泰羅斯N/諾阿”衛星。
⑤“靜止氣象衛星”(GMS) ：日本的地球靜止軌道氣象業務套用衛星，共2顆，分別於1977年和1981年發射，可見光和紅外雲圖的星下點解析度分別為1.25公里和5公里。
⑥“氣象衛星”(Meteosat)：歐洲空間局的地球靜止軌道氣象業務衛星，共2顆，分別於1977年和1981年發射，可見光、紅外雲圖和水汽圖的星下點解析度分別為2.5公里、5公里和5公里。
⑦“地球靜止環境業務衛星”：見“地球靜止環境業務衛星”。
⑧“印度衛星”(INSAT：印度的通信、廣播和氣象多用途衛星，它的可見光和紅外雲圖的星下點解析度分別為2.7公里和11公里。
