国外地球同步轨道气象卫星成像观测模式发展分析

经过多年的发展,国外气象卫星从定时开展全圆盘观测逐步发展到定时全圆盘观测与灵活的区域观测相结合的灵活机动观测模式。定时全圆盘观测主要用于支持大尺度天气系统追踪,数值预报应用以及气候数据集建设;区域观测主要是充分发挥新一代卫星成像仪器时间空间分辨率的优势,开展1000~2000km尺度天气系统,尤其是中小尺度快速变化的对流系统和台风的监测,为天气分析和预警服务。选取有代表性的新一代静止气象卫星两类成像仪器,以采用长线列二维扫描成像机制的美国GOES-R成像仪/欧洲MTG成像仪和采用焦平面成像机制的韩国气象海洋卫星海洋水色仪作为典型光学成像类仪器,讨论其灵活成像模式,以期为我国第二代静止气象卫星风云四号的观测模式优化提供参考。     

静止和极轨卫星陆表温度产品的改进方法

针对天气、气候和生态环境监测对较高空间分辨率静止气象卫星陆表温度及全天候极轨卫星陆表温度的需求,分别发展静止气象卫星陆表温度空间降尺度和极轨气象卫星陆表温度云下重构算法,并对其进行改进处理。其中,静止气象卫星陆表温度空间降尺度模型充分利用静止气象卫星高时频和多光谱观测的优势,基于同一卫星同一遥感器所观测的陆表温度和相关通道亮度温度的日变化特征建立非线性统计回归模型,同时考虑下垫面类型的影响,方法应用于我国静止气象卫星风云四号A星(Fengyun-4A,FY-4A)先进的静止轨道辐射成像仪(advanced geosynchronous radiation imager,AGRI)陆表温度的降尺度,结果表明,所发展的降尺度模型不仅可以将FY-4AAGRI的陆表温度由4 km降尺度到2 km,而且可以较好保持降尺度前陆表温度精度,降尺度前后陆表温度均方根误差最大为1.35 K。极轨气象卫星陆表温度云下重构则发展了DINEOF模型,并基于土地利用数据(Land-Use,LU)进行结果的二次订正,实现极轨气象卫星陆表温度的全天候获取,方法应用于极轨气象卫星FY-3D中等分辨率光谱成像仪(med...     

我国气象卫星及应用发展与展望

截止到2008年6月底,我国已成功发射了4颗风云一号极轨气象卫星、1颗风云三号极轨气象卫星和4颗风云二号静止气象卫星.目前,风云一号D星、风云二号C和D星在轨业务运行,风云三号A星正在在轨测试中.我国的气象卫星已初步实现了业务化、系列化,率先实现了国防科工委提出的我国遥感卫星从试验应用型向业务服务型转变的目标.同时,我国也已成为世界上同时拥有极轨和静止两个系列气象卫星的3个国家或国家集团之一.世界气象组织已将风云一号系列、风云二号系列和风云三号系列卫星纳入全球业务应用气象卫星序列,使我国风云卫星成为全球综合地球观测系统的重要成员.我国气象卫星在我国国民经济建设和防灾减灾中发挥了重要作用,也为区域,乃至全球许多国家的经济发展做出了重要贡献.回顾了我国气象卫星及地面应用系统的发展历程,简要总结了我国气象卫星应用所取得的重要成绩,同时对未来我国气象卫星的发展趋势和发展目标等进行了展望.     

风云四号气象卫星成像特性及其应用前景

风云四号是中国新一代静止轨道气象系列卫星,该系列卫星的设计目的是满足中国气象局2020年前后的业务应用和服务需求。风云四号系列的首发星为科研试验星,代号FY-4A,已于2016年12月14日在西昌卫星发射中心成功发射,从FY-4B开始,风云四号系列卫星将提供业务服务。成像仪是风云四号系列卫星的核心载荷之一,其成像性能比目前使用的风云二号系列卫星在时间空间分辨率、光谱通道等方面有显著提升。本文将就该仪器的工作特点、观测模式设置、光谱通道的选取和特点进行介绍,由于FY-4A卫星正在进行为期一年的在轨测试,本文还将展示在轨测试图像。     

风云四号静止卫星闪电成像仪监测原理和产品算法研究进展

静止卫星闪电成像仪通过光学成像探测实现闪电定位,能够对闪电活动进行长时间连续监测,为中国地区强对流天气预警和区域闪电活动特征研究提供观测基础。结合国外静止卫星闪电成像仪研究现状,针对风云四号静止卫星闪电成像仪工作原理和产品算法进行了介绍。     

第80页评刊

正来信截至2016年4月10日丁一超看到《我国风云四号气象卫星与日本Himawari-8/9卫星比较分析》一文中"向日葵-8/9和风云四号试验星观测资料种类对比"一表后,发现风云四号的有效载荷和观测资料种类较向日葵-8/9更多。那为什么风云四号是第二代,向日葵-8/9属于第三代,差别是二维成像观测一个是AHI一个是AGRI吗?回复(from作者)风云四号是我国静止气象卫星的第二代,第一代是风云二     

基于GRAPES四维变分的静止轨道微波观测系统模拟试验研究

地球静止轨道微波观测同时具有高频次、大视场和穿透云雨的全天候观测能力，因此中国在规划第二代静止轨道气象卫星“风云四号”系列时已经明确提出对静止轨道微波观测的需求。基于中国候选的50、118、183、380和425 GHz五频段静止轨道微波辐射计载荷方案，开展了地球静止轨道微波观测系统模拟试验，理解其观测时间分辨率、频段选取和观测误差对台风预报的影响。试验基于GRAPES全球四维变分同化系统，同化静止轨道微波模拟观测资料，以2018年台风“玛利亚”和“山竹”为例分析了静止轨道微波资料同化对台风预报的影响。试验结果表明，对于静止轨道微波资料同化应用，提高观测资料的时间分辨率、增加通道数量和降低噪声水平能够有效提升台风数值预报性能。      

风云静止气象卫星地面应用工程计算机网络系统发展

计算机网络系统是风云系列静止气象卫星地面应用工程的重要组成部分,是卫星在轨管理和卫星观测数据接收、处理、存档、服务的重要支撑。自第一颗静止气象卫星发射以来,计算机网络系统规模不断扩大,其架构经历了近二十年的滚动发展和持续改进。对该发展历程和取得的成果进行了回顾,并对未来计算机网络系统建设所面临的诸多机遇和挑战进行了分析。最后,基于灵活的作业和资源调度技术,设计了具有良好可靠性和可扩展性的我国新一代静止气象卫星风云四号地面应用工程计算机网络系统架构。     

世界各国静止气象卫星发展综述

首先阐述了美国、欧洲气象卫星组织(EUMETSAT)、日本静止气象卫星的发展历史,从自旋稳定到三轴稳定,从单一载荷到多载荷并行工作,新一代的静止气象卫星的时间、空间和光谱分辨率都大幅提高,然后重点介绍了我国静止气象卫星风云二号和风云四号,相比于自旋稳定的风云二号气象卫星,风云四号卫星的功能和性能实现了跨越式的发展,接着简单介绍了俄罗斯、印度和韩国等其他国家静止气象卫星的发展状况,最后总结了不同时期各国静止气象卫星的发展特点,这对我国后续静止气象卫星的规划和研制有重要参考意义。     

我国新一代风云气象卫星简介

介绍了我国新一代风云气象卫星风云三号研发进展,有效载荷及每种探测仪器的基本特征和探测能力,同时概述了风云四号静止气象卫星的发展目标及研究计划。     

FY-4A AGRI辐射率资料偏差特征分析及订正试验

风云四号A星（Fengyun-4A,简称FY-4A）作为我国最新一代静止气象卫星,各方面技术指标都体现了“高、精、尖”特色,处于国际领先地位。其上搭载的多通道扫描成像辐射计（Advanced Geosynchronous Radiation Imager,简称AGRI）较上一代静止卫星风云二号的可见光红外自旋扫描辐射仪观测精度更高、扫描时间更短,充分体现AGRI观测资料将有效提高“一带一路”沿线国家和地区的天气预报和灾害预警水平。偏差订正是卫星资料处理的重要环节之一,因此本文通过在WRFDA v3.9.1（Weather Research and Forecasting model’s Data Assimilation v3.9.1）搭建AGRI同化接口,利用RTTOV v11. 3辐射传输模式和GFS全球预报系统（Global Forecast System）分析场研究了FY-4A AGRI红外通道8～14晴空辐射率资料的偏差特征并进行偏差订正对比试验,分析了卫星天顶角对AGRI资料偏差订正的影响,为将来实现AGRI红外通道辐射率资料在中尺度模式中的同化应用奠定基础。结果表明:（1）通道8～10及14为正偏差,通道11～13为负偏差。水汽通道9和10偏差及其标准差相对较小,偏差海陆差异不明显。通道11～14探测高度较低,陆地上观测受地表发射率影响大,质量控制时可剔除这些通道陆地上的观测。（2）各通道偏差随卫星天顶角变化的拟合直线斜率都小于0.035,对比试验结果表明偏差与卫星天顶角的关系不明显,预报因子中无需考虑卫星天顶角的作用。（3）通道8及11～14的偏差随着目标亮温的变化比水汽通道9～10明显,偏差有较强的目标亮温依赖特征。（4）根据分析的偏差特征对2018年5月13日18时（协调世界时,下同）至15日18时进行变分偏差订正试验,系统性偏差得到了有效的订正。     

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

风云二号卫星地球观域修正算法

风云二号静止气象卫星在获取图像时, 必须使扫描辐射计的观域对准地球。卫星在轨道上受到各种摄动力的作用, 使轨道和姿态改变, 扫描辐射计的地球观域随之发生变化。卫星扫描辐射计对地球观域的偏差会影响图像定位的精度, 因此对准观域的工作是日常业务工作的一部分, 不仅在卫星定点之初启动观测时, 而且在业务运行的过程中, 都需要通过地面遥控指令进行修正。该文提出了一种风云二号静止气象卫星扫描辐射计地球观域修正量和调整方向的算法, 以替代人工目测卫星原始云图进行的卫星观域调整控制决策。这种算法的实施可以提高风云二号气象卫星云图获取作业的可靠性。     

基于风云四号成像仪云产品的视场偏差订正和影响分析

新一代静止气象卫星成像仪具有高时、空分辨率的优势,成像仪的云观测资料被广泛应用于气象领域的各项研究中。由于卫星的观测方式和地球曲率导致其存在视场偏差,与其他资料联合应用时需要考虑其影响。针对风云四号A星成像仪的视差问题,首先使用模拟的云顶高度和实际的卫星天顶角进行敏感性分析,结果证实云顶高度越高或者卫星天顶角越大则视差越大, 尤其对具有更高空间分辨率的成像仪,视差影响更需要被重视。随即分别使用CALIPSO云层数据和3套台风最佳路径集来检验视差订正前、后的多通道扫描辐射成像仪（AGRI）云检测产品和台风中心定位的精度,结果证明所用的视差订正方法是有效的,并指出在静止气象卫星资料的精确定量应用中,视差不可忽视。      

基于FY-4A卫星遥感数据分析2021年3次沙尘暴特征

FY 4A上搭载的多通道扫描成像辐射计（AGRI）无论是时间分辨率还是空间分辨率与我国第一代静止气象卫星风云二号上搭载的扫描辐射计（VISSR）相比都有了明显的改进。本文基于FY 4A AGRI成像仪IDDI(红外差值沙尘指数)和新的昼夜沙尘遥感改进算法开展2021年中国北方沙尘过程连续遥感监测处理，并系统分析了2021年3个典型个例的沙尘暴特征和影响区域。结果表明：① 3次典型沙尘过程对我国北方各省份的影响面积总计最低达到260万km2以上，最高达到300万km2以上，4月14—17日的沙尘暴影响面积最大。②2021年沙尘高发区在新疆南部、甘肃河西走廊以北以及内蒙古西部。与2019、2020年同期相比，2021年我国北方沙尘发生频次更高、影响范围更大。③新一代FY 4A静止卫星对我国沙尘过程年际变化具备更加完整的监测能力。     

Developing the science product algorithm testbed for Chinese next-generation geostationary meteorological satellites: Fengyun-4 series

Fengyun-4A (FY-4A), the first of the Chinese next-generation geostationary meteorological satellites, launched in 2016, offers several advances over the FY-2: more spectral bands, faster imaging, and infrared hyperspectral measurements. To support the major objective of developing the prototypes of FY-4 science algorithms, two science product algorithm testbeds for imagers and sounders have been developed by the scientists in the FY-4 Algorithm Working Group (AWG). Both testbeds, written in FORTRAN and C programming languages for Linux or UNIX systems, have been tested successfully by using Intel/g compilers. Some important FY-4 science products, including cloud mask, cloud properties, and temperature profiles, have been retrieved successfully through using a proxy imager, Himawari-8/Advanced Himawari Imager (AHI), and sounder data, obtained from the Atmospheric InfraRed Sounder, thus demonstrating their robustness. In addition, in early 2016, the FY-4 AWG was developed based on the imager testbed—a near real-time processing system for Himawari-8/AHI data for use by Chinese weather forecasters. Consequently, robust and flexible science product algorithm testbeds have provided essential and productive tools for popularizing FY-4 data and developing substantial improvements in FY-4 products.     

Latest Progress of the Chinese Meteorological Satellite Program and Core Data Processing Technologies

In this paper,the latest progress,major achievements and future plans of Chinese meteorological satellites and the core data processing techniques are discussed.First,the latest three FengYun(FY)meteorological satellites(FY-2H,FY-3D,and FY-4A)and their primary objectives are introduced Second,the core image navigation techniques and accuracies of the FY meteorological satellites are elaborated,including the latest geostationary(FY-2/4)and polar-orbit(FY-3)satellites.Third,the radiometric calibration techniques and accuracies of reflective solar bands,thermal infrared bands,and passive microwave bands for FY meteorological satellites are discussed.It also illustrates the latest progress of real-time calibration with the onboard calibration system and validation with different methods,including the vicarious China radiance calibration site calibration,pseudo invariant calibration site calibration,deep convective clouds calibration,and lunar calibration.Fourth,recent progress of meteorological satellite data assimilation applications and quantitative science produce are summarized at length.The main progress is in meteorological satellite data assimilation by using microwave and hyper-spectral infrared sensors in global and regional numerical weather prediction models.Lastly,the latest progress in radiative transfer,absorption and scattering calculations for satellite remote sensing is summarized,and some important research using a new radiative transfer model are illustrated.     

基于卫星云参数的短时降水动态估测方法

利用实时FY-2静止气象卫星红外云图和区域中尺度地面自动监测网加密降水资料,通过对云图进行参数化处理,采用动态相关方法分析长波红外分裂窗双谱组合、长波红外水汽双谱组合、亮温面积等各类卫星云参数与不同级别降水强度的关系,寻找当时与降水强度的最佳相关云参数化因子建立短时降水动态估测模型,并利用实时最新降水估测模型对未来3 ...     

风云气象卫星“一带一路”热带气旋监测能力与最新进展

面向风云卫星服务“一带一路”倡议,我国风云气象卫星在轨运行的静止和极轨两个系列6颗卫星,已经联合组成了服务“一带一路”星座布局,建立了风云卫星应急减灾数据服务机制。本文对利用FY-2H、FY-4A和FY-3C/D开展的“一带一路”热带气旋监测方法以及最新进展进行了概述,列举了2018年和2019年影响力较大的连续致灾热带气旋、跨海域热带气旋,以及双/三/四个热带气旋共存的典型个例。结果显示在基于风云卫星开展的“一带一路”热带气旋监测业务中,将热带气旋发生演变的原理与气象卫星不同仪器观测原理相结合,在热带气旋生命史不同阶段根据所关注的不同侧重点,分别对应应用风云气象卫星不同观测仪器,对于热带气旋全生命史监测预报有重要意义。