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FY-3E衛星資料處理和應用研究關鍵技術攻克

來源:中國氣象報   發布時間:2019年12月16日16:12
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  中國氣象報記者 王亮

  近日,由國家衛星氣象中心承擔的公益性行業(氣象)科研專項——“風云三號晨昏軌道衛星資料處理和應用關鍵技術研究”在京通過驗收。經歷1000多個日夜的技術攻關,項目團隊攻克了風云三號E星紅外高光譜資料、雙頻微波主動探測資料、夜間微光資料處理和應用中的多項關鍵技術,研究成果對補充目前全球數值預報6小時同化窗內衛星觀測資料空白、提升全球數值天氣預報時效和準確率有重要作用。

  ■風云三號E星是國際上首顆氣象應用的晨昏軌道對地觀測衛星,將進一步體現風云三號衛星的全球觀測資料價值和業務獨特性

  晨昏軌道衛星是指太陽同步近極地軌道衛星中軌道降交點地方時間在上午6時左右的衛星,觀測地方時間總在凌晨和傍晚。風云三號晨昏軌道衛星(風云三號E星)預計將于2020年發射,是風云三號03批計劃中的首發衛星,也是國際上首顆氣象應用的晨昏軌道對地觀測衛星。

  目前,歐洲和美國業務極軌氣象衛星采用歐洲Metop衛星負責上午軌道、美國NPP衛星負責下午軌道,雙邊全球資料業務交換和共享的協作組網觀測模式。我國第二代極軌氣象衛星風云三號也已經完成升級換代,并實現了上下午衛星組網觀測的業務能力,其中在軌的風云三號C星觀測時間接近歐洲的Metop衛星,風云三號D星觀測時間接近美國的NPP衛星。

  “上述衛星觀測時間要么集中在10時左右,要么集中在13時左右,從數值天氣預報模式同化要求來看,每6小時同化時間窗內全球總有兩條至三條軌道的衛星觀測空白區?!痹擁椖控撠熑?、國家衛星氣象中心副主任張鵬表示,雖然風云三號衛星的數據質量已經過歐美數值模式檢驗,并公認具有穩定優良的質量,但由于風云三號C星和D星分別和歐洲Metop衛星、美國NPP衛星觀測時間及區域重復,其資料在歐美全球數值天氣預報模式中僅作為業務同化資料的備份。與國外同期Metop衛星、NPP衛星相比,風云三號衛星的全球觀測資料價值沒有得到充分體現,業務獨特性有必要進一步提升。

  為此,針對風云三號E星資料處理和應用的關鍵技術,該項目聯合國家氣象中心,中國氣象局上海臺風研究所、廣州熱帶海洋氣象研究所,福建省氣象臺等單位開展聯合技術攻關。

  ■試驗結果表明,晨昏軌道衛星資料對全球數值預報有一定正效果;模擬仿真計算、同化模塊等重要成果已應用于晨昏軌道衛星和載荷的設計、研制中

  項目團隊發展了基于大氣頂輻射特征光譜加權、雙頻雙極化復雜海面散射、月球微光散射等的大氣輻射傳輸計算方法,實現了晨昏軌道衛星紅外高光譜大氣探測儀、風場測量雷達和中分辨率光譜成像儀-微光型三臺新型遙感儀器的模擬仿真計算,生成了仿真模擬數據集。在儀器仿真模擬基礎上,完成了晨昏軌道衛星溫度變化大和光照條件復雜情況下的地理幾何定位,光譜和輻射定標、儀器靈敏度分析等預處理關鍵技術攻關。

  項目團隊研發了適用于晨昏軌道紅外高光譜、風場雷達、微波溫濕度計的同化模塊,試驗結果表明晨昏軌道衛星資料對全球數值預報有一定正效果,尤以南半球更明顯。針對晨昏軌道太陽高度角低、光照條件復雜的特點,開發了晨霧、大火、強對流等相應的識別算法,該算法已經應用于風云四號靜止衛星晨昏時段信息提取,并取得了良好應用效果。

  目前,項目團隊已將上述研究成果集成至“衛星觀測模擬與資料預處理綜合演示平臺”,并具備衛星觀測數據模擬計算、預處理計算、正演仿真結果顯示、同化產品與天氣監測產品顯示等功能。此外,項目研究成果已經在中分辨率光譜成像儀-微光型動態范圍分析、雜散光仿真與抑制等方面得到應用,有效推動了晨昏軌道衛星和載荷的設計與研制工作;紅外高光譜大氣探測儀的攻關成果已經應用于風云三號D星地面應用系統建設,在應用領域的研究工作將明顯推進晨昏軌道衛星發射后資料的應用速度和應用效益。

  “此項研究重點聚焦,成果豐富,將進一步提升風云衛星的國際影響力?!表椖框炇諏<医M組長、中國科學院院士曾慶存表示,發展以數值天氣預報為主要應用目標的風云三號晨昏軌道衛星,未來將在天氣會商,熱帶氣旋和其他極端氣象災害預警,氣候監測、空氣質量監測等工作中具備獨特優勢,并將在國際業務衛星舞臺形成同歐美既各有特色又優勢互補的合作局面。

  (來源:《中國氣象報》12月16日三版 責任編輯:申敏夏)

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