新消息丨助力降水高精度監(jiān)測 解析風(fēng)云三號(hào)G星亮點(diǎn)

4月16日9時(shí)36分，我國首顆低傾角軌道降水測量衛(wèi)星——風(fēng)云三號(hào)G星，搭乘長征四號(hào)乙運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。

(資料圖片)

這是繼美國、日本聯(lián)合發(fā)射專用降水測量衛(wèi)星之后，國際上第三顆發(fā)射的主動(dòng)降水測量衛(wèi)星，全球降水星家族首添“中國造”。自此，我國成為全球唯一同時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行晨昏、上午、下午和傾斜四條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。

風(fēng)云三號(hào)G星考核壽命為6年，由中國航天科技集團(tuán)有限公司第八研究院抓總研制，地面應(yīng)用系統(tǒng)由中國氣象局負(fù)責(zé)研制建設(shè)和運(yùn)行。這顆新發(fā)“降水星”有何亮點(diǎn)？將如何更精準(zhǔn)地預(yù)報(bào)天氣？

對(duì)降水進(jìn)行“CT”掃描

降水是水循環(huán)的重要組成部分。氣候變化背景下氣象災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)降水系統(tǒng)瞬時(shí)結(jié)構(gòu)和全球分布特征的認(rèn)識(shí)，成為防災(zāi)減災(zāi)、理解全球氣候變化的重要內(nèi)容。

風(fēng)云三號(hào)G星是我國第20顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星。“風(fēng)云三號(hào)G星的發(fā)射有助于發(fā)揮我國低軌氣象衛(wèi)星觀測網(wǎng)的整體優(yōu)勢，將顯著改善全球暴雨等災(zāi)害早期預(yù)警能力。”中國氣象局局長陳振林說。

傳統(tǒng)上，降水資料的獲取主要通過雨量計(jì)、地基雷達(dá)等手段，但由于地面設(shè)備配置數(shù)量有限且分布不均，難以獲取大范圍高空間分辨率的地面降水信息。

“一方面地基降水測量雷達(dá)在海上有大量盲區(qū)，而海上的臺(tái)風(fēng)是影響我國非常重要的天氣系統(tǒng)，此前我們對(duì)臺(tái)風(fēng)降水的監(jiān)測缺乏精確手段；另一方面則是地形的遮擋，比如在西南地區(qū)山區(qū)，大量的地形遮擋使得地面雷達(dá)也存在諸多監(jiān)測盲區(qū)。”國家衛(wèi)星氣象中心副主任張鵬說，衛(wèi)星能夠彌補(bǔ)這些盲區(qū)，助力降水監(jiān)測和預(yù)警。

據(jù)第八研究院風(fēng)云三號(hào)G星總師錢斌介紹，風(fēng)云三號(hào)G星搭載了我國首套“空中雨量計(jì)”——星載Ku、Ka雙頻降水測量雷達(dá)，將雷達(dá)觀測分辨率高和衛(wèi)星觀測范圍廣的優(yōu)勢結(jié)合起來。該星具備自上而下獲取三維結(jié)構(gòu)信息的能力，就如同對(duì)大氣降水進(jìn)行“CT”掃描，獲得降水精細(xì)的立體結(jié)構(gòu)信息。

此外，風(fēng)云三號(hào)G星Ku頻段和Ka頻段雷達(dá)同步工作，可以利用大氣中不同高度層的降水粒子對(duì)兩個(gè)頻段雷達(dá)輻射微波信號(hào)反射率不同的特性，區(qū)分雨和雪，并對(duì)降水進(jìn)行精確估計(jì)。Ku頻段有利于探測強(qiáng)降水，Ka頻段有利于探測弱降水。兩者結(jié)合形成的雙頻探測，能夠精準(zhǔn)感知407公里軌道高度內(nèi)地球大氣0.2毫米/小時(shí)如毛毛雨般的降水強(qiáng)度變化。

首次運(yùn)行于低傾角軌道

與很多低軌衛(wèi)星采用太陽同步軌道不同，風(fēng)云三號(hào)G星采用傾角為50度的低傾角軌道。風(fēng)云氣象衛(wèi)星首次運(yùn)行于低傾角軌道有何原因？

“太陽同步軌道的傾角略大于90度，衛(wèi)星每一圈都會(huì)經(jīng)過地球南北極，其針對(duì)極區(qū)觀測效率較高，但對(duì)中低緯度地區(qū)觀測效率偏低。而風(fēng)云三號(hào)G星的主要觀測對(duì)象是大多發(fā)生在中低緯度地區(qū)的降水。”錢斌說，風(fēng)云三號(hào)G星采用低傾角軌道，其運(yùn)動(dòng)范圍集中在南北緯50度之間，能夠更高效、更精準(zhǔn)地觀測地球降水。

但選用低傾角軌道也面臨外部熱環(huán)境變化復(fù)雜的挑戰(zhàn)。對(duì)于運(yùn)行在這種軌道上的衛(wèi)星，太陽在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)照射衛(wèi)星的左側(cè)面，但過一段時(shí)間，又會(huì)照射衛(wèi)星的右側(cè)面。

為確保衛(wèi)星始終以同一側(cè)面面向太陽，穩(wěn)定衛(wèi)星的外部熱環(huán)境，航天科技工作者們?yōu)轱L(fēng)云三號(hào)G星量身定制了一套自動(dòng)掉頭工作模式。在軌運(yùn)行過程中，當(dāng)太陽光從軌道面的一側(cè)運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)時(shí)，風(fēng)云三號(hào)G星將自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)前后掉頭，始終以同一側(cè)面面向太陽，保障星上儀器一直處于舒適的溫度區(qū)間。

為災(zāi)害性降水提供高精度觀測資料

中國氣象局副局長曹曉鐘表示，風(fēng)云三號(hào)G星是我國首顆對(duì)降水進(jìn)行主動(dòng)測量的衛(wèi)星，通過星地雷達(dá)融合應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)全球三維大氣、云和降水結(jié)構(gòu)探測，將應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)、暴雨和其他極端災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)報(bào)，同時(shí)在生態(tài)環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、健康等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

在壽命周期內(nèi)，風(fēng)云三號(hào)G星將有效監(jiān)測海上臺(tái)風(fēng)內(nèi)部云、雨的發(fā)展過程，為暴雨、暴雪等災(zāi)害性降水提供高精度觀測資料，進(jìn)一步提高全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)效能。

“數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)降水的預(yù)報(bào)本身就存在難點(diǎn)，而風(fēng)云三號(hào)G星能讓降水監(jiān)測精度提高一大截，這些觀測資料進(jìn)入數(shù)值模式后能夠助力提升降水預(yù)報(bào)能力。”張鵬說，“在科學(xué)研究跟機(jī)理探索方面，通過衛(wèi)星積累長期、大量的觀測資料，有助于我們深入研究降水發(fā)生和發(fā)展機(jī)理。”

針對(duì)我國降水氣候?qū)W特征，風(fēng)云三號(hào)G星將著重開展其資料在華南和江淮暴雨監(jiān)測分析及預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究，青藏高原地區(qū)降水氣候?qū)W研究以及北方冷云降水特征機(jī)理研究。

未來6個(gè)月，風(fēng)云三號(hào)G星將按照“邊測試、邊應(yīng)用、邊服務(wù)”思路開展在軌測試，以充分驗(yàn)證衛(wèi)星平臺(tái)、載荷、星地一體化指標(biāo)，并全力應(yīng)對(duì)主汛期暴雨、臺(tái)風(fēng)等氣象災(zāi)害。

截至目前，我國共有8顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星在軌運(yùn)行，正持續(xù)為全球126個(gè)國家和地區(qū)提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。

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