熱帶降雨測量任務衛星

“熱帶降雨測量任務”(Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM)衛星是專門用於定量測量熱帶、亞熱帶降雨的氣象衛星，屬於“地球觀測系統”(EOS)，由美國國家航空航天局(NASA)、日本宇宙開發事業團(NASDA)聯合研製．NASA負責衛星本體、4種儀器和運行系統，NASDA負責測雨雷達和衛星發射。

1997年11月27日，TRMM衛星由日本H-2運載火箭發射。為延長衛星在軌壽命，2001年8月TRMM衛星軌道高度從350km調整為402.5km。

基本介紹

• 中文名：熱帶降雨測量任務衛星
• 外文名：Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM
• 國家：美國、日本
• 發射時間：1997年
• 運載器：H-2運載火箭
• 主要功能：氣象預測

項目概況

降水是地球氣候系統的關鍵部分,它通過潛熱釋放對大氣環流系統產生很大影響。大氣所得到的能量中有四分之三來自於降水的潛熱釋放,而地球上有三分之二的降水是發生在熱帶地區。但由於熱帶地區主要是海洋,我們對地球氣候系統的關鍵部分即熱帶地區降水並沒有足夠的認識,因此人們一直在謀求一種能夠對熱帶降水進行詳細測量的方法。

TRMM衛星是1997年11月27日發射成功的。它是由美國NASA(NationalAeronautical and Space Ad-ministration)和日本NASDA(National Space Develop-mentAgency)共同研製的試驗衛星。自成功發射以來,它為氣象工作者提供了大量熱帶海洋降水、雲中液態水的含量、潛熱釋放等氣象數據。

TRMM衛星在2001年8月6日以前高度約為350 km,軌道範圍為35°S～ 35°N。圖1為TRMM衛星掃描方式示意圖。它的原設計壽命為3年,經歷了近4年的運行,衛星及其搭載的儀器工作狀態仍然良好,因此NASA決定讓它繼續服務。在2001年8月以後,為減少功耗將軌道高度提升到距地面403 km,因此所有儀器的探測範圍均有所增加。

TRMM衛星共搭載5種遙感儀器,分別為:可見光和紅外掃瞄器VIRS(Visible and Infrared Scanner)、TRMM微波圖像儀TMI(TRMM MicrowaveImager)、降水雷達PR(Precipitation Radar)、閃電圖像儀LIS(Lighting Imaging Sensor)及雲和地球輻射能量系統CERES(Clouds and the Earth' s RadiantEnergy System),其中VIRS、TMI和PR為TRMM衛星的基本降水測量儀器。

主要參數

TRMM衛星運行在傾角35°、高度(350±1.25)km、周期91.3min的非太陽同步近圓軌道上，質量3524kg，尺寸2.4m X 2.4m X4.4m，設計壽命3年。衛星為三軸姿態穩定，太陽翼呈槳形分布於衛星兩側，峰值功率1100W。通過“跟蹤與數據中繼衛星”(TDRS)進行實時傳輸的數據率為32kbit/s，延時傳輸的數據率為2Mbit/s。

有效載荷

TRMM衛星主要有效載荷：

“測雨雷達”，為電掃描主動相控陣微波雷達，由日本宇宙開發事業團和日本通信研究實驗室聯合研製。工作頻率13.796GHz和13.802GHz，可以提供三維降雨分布和陸地、海面上的定量降雨數據。該儀器質量465kg，功率250W，數據率93.2kbit/s。觀測靈敏度優於0.7mm/h，水平解析度4/3kin(天底點)，垂直解析度0.25km(天底點),幅寬215km。

“可見光紅外掃瞄器”，為被動穿軌掃描輻射計，由NASA/戈達德航天中心(GSFC)提供，休斯公司製造，共有0.63μm、1.69μm、3.75μm、10.8μm和12.0μm五個通道，可為降水測量提供雲高和雲類型等信息，也可單獨進行降水估算。該儀器質量48.6kg，功率51.2W，數據率49.8kbit/s(白天)、28.8kbit/s(夜間)。空間解析度2.2km，幅寬720km；視場+45°。

“微波成像儀”，為被動多通道/雙極化微波輻射計，NASA提供，由波音衛星系統公司製造，可以根據亮溫探測地球表面和大氣中的微波能量，頻率分別為10.7GHz、19.4GHz、21.3GHz、37.0GHz和85．5GHz(除21.3GHz採用垂直極化外，其餘頻率均為雙極化)，採用圓錐掃描方式。儀器質量66.5kg，功率54.1 w，數據率8.5kbit/s。採用偏置拋物面反射器(天線孔徑61cm)，天線掃描最大天底角為49°。水平解析度4.6～37km，幅寬760km。

“閃電成像儀”，為凝視型望遠鏡/濾波器成像系統，NASA馬歇爾航天飛行中心提供，用來測量地球上的閃電分布和變化。質量20kg，功率33W，數據率6kbit/s。視場800×800，空間解析度5km，時間解析度2ms。

“雲和地球輻射能量系統”，為3通道(0.3～100μm、0.3～5μm和8～12μm)寬頻輻射計，由NASA蘭利研究中心提供，用來測量地表及大氣發射和反射的輻射能及其分布。掃描角度±78°。空間解析度10km。

數據處理

圖2為TRMM衛星資料處理流程示意圖。TRMM科學數據信息系統TSDIS(TRMM ScienceData Information System)承擔了TRMM衛星資料的接收、實時處理和後處理工作。TSDIS接收TRMM衛星觀測的原始資料幾乎與衛星掃描同步進行。TRMM數據共有5個層次(0～ 4),它們分別代表經過不同處理的資料:第0層,以時間為序並且有質量控制的原始衛星數據;第1層,標定後的VIRS反射率/亮溫,TMI的亮溫,PR的回波功率和反射率數據,它們的解析度等於觀測儀器的像素點的大小;第2層,用第1層數據計算出的大氣狀況數據(如:降水、雲中液態水的含量、潛熱釋放等),它具有與第1層數據相同的解析度;第3層,經過空間和時間平均後得到的格點形式的氣象數據;第4層,資料分析產品和TRMM資料與其它探測資料聯合反演得到的數據產品。

意義

TRMM衛星資料在熱帶降水的測量、降水預報準確率的提高、暴雨研究、預報模式的數據同化、熱帶海面溫度反演、熱帶氣旋的觀測等方面的均有較好套用。另外,它的閃電圖像儀及雲和地球輻射能量系統的測量資料在熱帶和亞熱帶的閃電分布和氣候模式研究方面也有很大的套用價值。

可以充分地利用TRMM的數據資源來改進天氣、氣候預報的精度,同時加深對熱帶和亞熱帶地區降水特性的理解。