风云四号静止轨道气象卫星成像仪典型观测区域设计

风云四号气象卫星是我国新一代静止轨道气象卫星,采用三轴稳定姿态控制方式,极大地提高对地观测精度及观测频次,同时也对有效载荷观测模式的灵活设计提出了更高要求。星上装载的静止轨道辐射成像仪是我国静止轨道气象卫星携带的同类仪器中最为先进的。利用最先进的观测仪器,提高观测效率,在气象服务中发挥更大的作用是气象卫星应用的根本。深入探讨了风云四号静止轨道气象卫星成像仪的工作模式,首次针对不同的观测需求提出了灵活的成像仪观测区域设计方案,有效满足典型区域的不同观测需求,在成像仪在轨测试中发挥了重要作用,为开展业务运行奠定了坚实的基础。     

气象卫星可见光红外光学成像仪发展沿革

该文回顾了环境气象卫星可见光红外光学成像遥感仪器50多年的发展历程,从不同时期在轨运行的近百台 (套) 仪器中选择了12种作为代表,结合仪器功能性能技术指标和应用需求梳理分析了其历史发展脉络和主流业务发展趋势,并初步探讨了创新发展方向。50多年的发展可以分为3个阶段:早期探索20年, 美国第1代探索性仪器,开创了气象卫星对地观测的先河;初步应用20年, 基本形成初步应用格局,欧洲、中国等开始发展自己的环境气象卫星光学成像遥感仪器;稳定应用和进步发展10多年。新一代极轨卫星可见光红外光学成像遥感仪器,其典型特征是光谱波段20个以上,谱段带宽窄,光谱范围全面覆盖0.4~15 μm,辐射测量精度高,空间分辨率为200~1000 m,其改进型仪器代表了未来极轨气象卫星主流业务发展趋势。静止气象卫星可见光红外光学成像遥感仪器未来主流业务发展方向的典型特点是光谱波段15个以上,谱段带宽较窄,光谱范围全面覆盖0.4 ~15 μm,辐射测量精度高,空间分辨率为500~2000 m,圆盘图成像速度可达到分钟级,区域扫描速度更快。     

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。     

FY-4A AGRI热红外通道辐射定标的精确外场评估

Fengyun-4A(FY-4A)卫星是2016年12月11日发射的我国新一代对地静止气象卫星,它配备了先进的成像仪和测深仪,可提供高时空和光谱分辨率的探测信息,用于天气气候相关的监测、预警和预报。多通道扫描成像辐射计(AGRI)是FY-4A卫星平台挂载的关键辐射成像仪器,重点用于云观测,并利用高时间分辨率的特征进行天气过程追踪。AGRI的红外辐射通道具有全光路的星上红外定标系统,与FY-2上的红外可见自旋扫描辐射计(VISSR)相比,无论在定量标定、成像速度和空间分辨率方面均有了显著改善。FY-4A AGRI的在轨运行状态和星上辐射定标水平的精确评估,对红外通道产品应用具有重大意义。     

葵花8号辐射率资料同化在一次川渝暴雨预报中的应用研究

新一代静止气象卫星葵花8号(Himawari-8)上搭载的静止轨道成像仪AHI (Advanced Himawari Imager)凭借其高时空分辨率可以对重庆地区暴雨进行连续观测。本文选取2019年4月19日的一次区域性暴雨天气过程为试验个例,采用WRF (Weather Research and Forecasting)中尺度模式进行数值模拟。基于WRFDA (Weather Research and Forecasting model Data Assimilation)同化系统对葵花8号静止气象卫星的AHI辐射率资料进行相应的质量控制和云检测,进而开展循环同化试验,考察卫星资料同化对这次强对流天气过程预报结果的改进。结果表明在同化AHI红外辐射率资料之后,辐射传输模式模拟的亮温和观测亮温更为接近。此外,AHI水汽通道辐射率资料同化有效提高了对各层高度上的风场、水汽场、雷达回波等要素特征的分析效果,并且使模式的初始条件更逼近真实的大气状态。研究发现同化AHI水汽通道辐射率资料后模拟的降水整体分布与实际情况更为接近,主要雨带位置以及强降水中心的精确程度显著高于背景场的预报效果。经过...     

东亚多卫星集成降水业务系统

静止气象卫星与极轨气象卫星的集成应用,能够充分发挥静止气象卫星与极轨气象卫星的各自优势。东亚多卫星集成降水业务系统采用拉格朗日集成算法,利用静止气象卫星的红外观测信息计算的红外冷云移动矢量,为极轨气象卫星微波降水的发展提供约束条件,实现了静止气象卫星红外观测信息与极轨气象卫星微波降水的集成,综合了两类卫星观测的优势。同时业务系统的设计考虑了多数据分级管理、多业务单元的协同工作和插件式的系统整体框架,为业务系统合理、快速处理多种来源的红外观测数据、微波降水数据,以及未来的数据更迭和算法更新提供了必要保障。     

黑龙江一次强天气过程中对流云合并的观测和机理分析

选取黑龙江强天气过程中对流云合并的典型个例,综合利用静止/极轨气象卫星、新一代多普勒天气雷达、地面气象观测以及NCEP再分析资料,对过程中出现的对流系统合并现象进行观测和分析,讨论合并过程的影响及其合并机制。研究发现对流云合并有利于对流云的发展、加强,且合并后很可能会引起短时强降水、冰雹、大风等灾害性天气;合并区域垂直方向和水平u、v方向上的风场和海平面气压场是对流云合并有利的动力因子,可为短时灾害性天气的预报预警提供参考。     

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...     

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。     

欧洲的地球同步气象卫星计划——“METEOSAT”卫星

全球气象卫星系统只有通过由若干个气象卫星所组成的联合系统,才能保证在空间和时间上连续地对大气进行观测。这种联合气象卫星系统计划在1976年以后实现。欧洲空间研究组织各成员国将共同为这个气象卫星观测系统提供一颗同步气象卫星。近十年来,在气象学领域内,正从区域观测和半球观测转向全球观测,建立世界天气监视网。而要建立全球系统必须要采用新的技术装备和科学方法,如气象卫星、数值模式、高速计算机、高速资     

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。     

面向应急响应常态化的风云四号B星快速成像仪指挥控制系统

面向多种灾害频发的应急观测任务,现有地面应用系统响应能力无法满足常态化的高时效性观测需求。为发挥风云四号B星(FY-4B)快速成像仪灵活、快速的载荷性能优势,通过设计应急响应与常规观测一致的观测模式及时间表,规划中国及全圆盘区域,建立智能决策观测任务的自动化星地指挥调度系统,在保证卫星安全前提下实现载荷应急观测快速部署,全业务流程响应平均不超过30 min。该系统有效减少频繁变更观测任务所引起的星地资源压力,保证遥感数据连贯性,已在汛期服务及各类灾害气象保障中发挥重要数据支撑作用。     

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AHI观测的全天气条件海表温度反演

基于搭载在日本新一代静止气象卫星Himawari-8上的先进葵花成像仪(Advanced Himawari Imager,AHI)观测资料,研究了高时空分辨率的、全天气条件的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)反演算法。本算法包括两步:第一步,根据云检测算法划分晴空和云区,然后利用非线性SST(NLSST)方程由红外亮温估计晴空SST;第二步,在有云区,先由前5 d同一时刻的晴空SST进行初步补缺,然后再利用Barnes插值完善云区SST估计和进行异常点平滑。最终得到时间分辨率为10 min、空间分辨率为0.05°的全天气条件海温分布。利用移动浮标的观测SST验证,晴空区SST估计的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均误差(Mean Error,ME)分别为0.857 K和0.017 K。全天气条件SST估计的RMSE和ME分别为0.872 K和-0.005 K。     

FY 4A卫星数据可视化及应用

2016年12月11日我国发射了FY-4A新一代静止气象卫星,其高时间和空间分辨率能够加强航空气象中的监测应用,为了更好地应用FY-4A卫星的各类观测产品,本文利用Python语言实现对FY-4A卫星AGRI观测仪器所探测的2km、4km分辨率的全圆盘和中国区域可见光、红外图像资料及7.8km分辨率闪电监测资料进行解码并可视化显示出图,将绘制的卫星图像与国家卫星气象中心网站对外开放的卫星云图进行对比。结果表明:两者显示较为一致,可以用于航空气象业务。Python语言语法简练,对于卫星HDF和NC格式数据读取速度快,Python的Numpy工具包基于矩阵的运算能快速处理卫星观测数据,Basemap库中多种投影方式可供业务应用,值得推广。     

日本陆地自动天气站

日本气象研究所曾对安装在某孤岛上作为对地静止气象卫星的资料收集系统的全自动天气站的实际模型进行了试验。有两类资料收集平台:一是船舶,飘移浮标站及运载气球系统等国际自动观测平台;二是陆地自动站与固定浮标站的单独自动观测平台。本文所介绍的是陆地全自动天气站。该系统主要设计要求是:1.将耗电量减到最小,以便能够使用容量最小的电池。2.使维修间隔保持在一年以上。3.造价低。一、气象仪器观测项目及精度如表1所示。除了雨量器和气压表外,所有的仪器全部安装在6米高的塔上,无线电装置及其天线也应安装在塔的附近。7分贝增益的9圈螺旋形天线的长度为200厘米,直径24厘米。     

用与时俱进的精神推动气象卫星事业的发展

1我国气象卫星事业与世界气象卫星事业同步发展我国气象卫星事业是随着世界气象卫星事业的发展而逐步成长起来的。从1960年美国成功发射世界第一颗气象卫星以来,世界气象卫星事业从实验到业务、从民用到军用、从极轨卫星到静止卫星、从单一仪器观测到综合仪器观测、从获取定性资料到获取定量资料、从观测功能到兼有数据收集和转发等通信功能、从一个国家到多个国家、从单星系统到双星系统、从单独工作到全球联网,已获得了显著的进步,取得了巨大的成就。至今已有美国、前苏联、欧洲空间局、日本、中国、印度等国家发射了气象卫星,目前中国是…     

气象卫星

气象卫星是通过其携带的仪器装置进行气象观测和气象通信的卫星,目前有两个基本的类型：极轨气象卫星和静止气象卫星。极轨气象卫星是近极地太阳同步轨道卫星的简称。它对地球的观测,南北方向靠卫星在轨道上的运行完成,东西方向靠卫星上仪器横向扫描完成;而一圈接着一圈村地球的观测,则是通过地球的自转逐步实现的,一颗极轨卫星12小时可观测全球一遍,两颗星正交配置（卫星轨道平面互成90度正交状态）则6小时可观测地球一遍。静止气象卫星是对地球相对静止轨道卫星的简称,静止气象卫星位于地球赤道近36000km的上空,自西向东,以同地…     

日本GMS低云风的若干统计特征及应用于北太平洋西部风场分析的初步试验

气象卫星对气象科学的发展起着重大的作用。静止气象卫星对广大热带海洋区域提供的气象资料,对热带的天气分析和预报起着特别重要的作用。美国、欧洲空间厅和日本已开展了静止卫星云图云风测定业务。许多研究已证明,卫星云风与同高度无线电测风相当一致。而且在天气分析和预报以及大气环流的研究中是很有价值的气象资料。Hub—     

气象卫星及其产品在天气气候分析和环境灾害监测中的应用概述

随着气象卫星技术的发展,卫星观测能力不断提升,全球气象卫星观测体系逐步形成。美国、欧洲和中国都建立了极轨和静止气象卫星观测系统,日本、韩国等国家也拥有各自的气象卫星。与卫星发展初期相比,现在的气象卫星在空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率以及波段覆盖范围等方面都有了极大的提高。与之相伴,气象卫星遥感资料应用也取得了长足的进步。卫星应用领域不断拓展,新的资料处理方法不断涌现,数据使用也完成了从定性向定量的跨越。本文将在总结目前气象卫星遥感载荷观测能力的基础上,着重介绍卫星资料在天气分析、环境灾害监测以及气候变化研究方面的应用。