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FY-3E卫星资料处理和应用研究关键技术攻克

来源:中国气象报   发布时间:2019年12月16日16:12
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  中国气象报记者 王亮

  近日,由国家卫星气象中心承担的公益性行业(气象)科研专项——“风云三号晨昏轨道卫星资料处理和应用关键技术研究”在京通过验收。经历1000多个日夜的技术攻关,项目团队攻克了风云三号E星红外高光谱资料、双频微波主动探测资料、夜间微光资料处理和应用中的多项关键技术,研究成果对补充目前全球数值预报6小时同化窗内卫星观测资料空白、提升全球数值天气预报时效和准确率有重要作用。

  ■风云三号E星是国际上首颗气象应用的晨昏轨道对地观测卫星,将进一步体现风云三号卫星的全球观测资料价值和业务独特性

  晨昏轨道卫星是指太阳同步近极地轨道卫星中轨道降交点地方时间在上午6时左右的卫星,观测地方时间总在凌晨和傍晚。风云三号晨昏轨道卫星(风云三号E星)预计将于2020年发射,是风云三号03批计划中的首发卫星,也是国际上首颗气象应用的晨昏轨道对地观测卫星。

  目前,欧洲和美国业务极轨气象卫星采用欧洲Metop卫星负责上午轨道、美国NPP卫星负责下午轨道,双边全球资料业务交换和共享的协作组网观测模式。我国第二代极轨气象卫星风云三号也已经完成升级换代,并实现了上下午卫星组网观测的业务能力,其中在轨的风云三号C星观测时间接近欧洲的Metop卫星,风云三号D星观测时间接近美国的NPP卫星。

  “上述卫星观测时间要么集中在10时左右,要么集中在13时左右,从数值天气预报模式同化要求来看,每6小时同化时间窗内全球总有两条至三条轨道的卫星观测空白区。”该项目负责人、国家卫星气象中心副主任张鹏表示,虽然风云三号卫星的数据质量已经过欧美数值模式检验,并公认具有稳定优良的质量,但由于风云三号C星和D星分别和欧洲Metop卫星、美国NPP卫星观测时间及区域重复,其资料在欧美全球数值天气预报模式中仅作为业务同化资料的备份。与国外同期Metop卫星、NPP卫星相比,风云三号卫星的全球观测资料价值没有得到充分体现,业务独特性有必要进一步提升。

  为此,针对风云三号E星资料处理和应用的关键技术,该项目联合国家气象中心,中国气象局上海台风研究所、广州热带海洋气象研究所,福建省气象台等单位开展联合技术攻关。

  ■试验结果表明,晨昏轨道卫星资料对全球数值预报有一定正效果;模拟仿真计算、同化模块等重要成果已应用于晨昏轨道卫星和载荷的设计、研制中

  项目团队发展了基于大气顶辐射特征光谱加权、双频双极化复杂海面散射、月球微光散射等的大气辐射传输计算方法,实现了晨昏轨道卫星红外高光谱大气探测仪、风场测量雷达和中分辨率光谱成像仪-微光型三台新型遥感仪器的模拟仿真计算,生成了仿真模拟数据集。在仪器仿真模拟基础上,完成了晨昏轨道卫星温度变化大和光照条件复杂情况下的地理几何定位,光谱和辐射定标、仪器灵敏度分析等预处理关键技术攻关。

  项目团队研发了适用于晨昏轨道红外高光谱、风场雷达、微波温湿度计的同化模块,试验结果表明晨昏轨道卫星资料对全球数值预报有一定正效果,尤以南半球更明显。针对晨昏轨道太阳高度角低、光照条件复杂的特点,开发了晨雾、大火、强对流等相应的识别算法,该算法已经应用于风云四号静止卫星晨昏时段信息提取,并取得了良好应用效果。

  目前,项目团队已将上述研究成果集成至“卫星观测模拟与资料预处理综合演示平台”,并具备卫星观测数据模拟计算、预处理计算、正演仿真结果显示、同化产品与天气监测产品显示等功能。此外,项目研究成果已经在中分辨率光谱成像仪-微光型动态范围分析、杂散光仿真与抑制等方面得到应用,有效推动了晨昏轨道卫星和载荷的设计与研制工作;红外高光谱大气探测仪的攻关成果已经应用于风云三号D星地面应用系统建设,在应用领域的研究工作将明显推进晨昏轨道卫星发射后资料的应用速度和应用效益。

  “此项研究重点聚焦,成果丰富,将进一步提升风云卫星的国际影响力。”项目验收专家组组长、中国科学院院士曾庆存表示,发展以数值天气预报为主要应用目标的风云三号晨昏轨道卫星,未来将在天气会商,热带气旋和其他极端气象灾害预警,气候监测、空气质量监测等工作中具备独特优势,并将在国际业务卫星舞台形成同欧美既各有特色又优势互补的合作局面。

  (来源:《中国气象报》12月16日三版 责任编辑:申敏夏)

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