氣象衛(wèi)星(meteorological satellite):是對(duì)大氣層進(jìn)行氣象觀測(cè)的人造衛(wèi)星,屬于一種專門的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星或遙感衛(wèi)星,具有范圍大、及時(shí)迅速、連續(xù)完整的特點(diǎn),并能把云圖等氣象信息發(fā)給地面用戶。氣象衛(wèi)星具有除一般衛(wèi)星的基本結(jié)構(gòu)和部件外,還攜帶各類遙感儀器,包括電視攝像機(jī)、紅外探測(cè)儀、射電探測(cè)儀、多譜段探測(cè)儀、氣象雷達(dá)以及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。遙感器能夠接收和測(cè)量地球及其大氣的可見(jiàn)光、紅外與微波輻射,并將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送到地面。地面接收站再把電信號(hào)復(fù)原繪出各種云層、地表和洋面圖片,進(jìn)一步處理后就可以發(fā)現(xiàn)天氣變化的趨勢(shì)。氣象衛(wèi)星所提供的氣象資料已被廣泛用于日常氣象業(yè)務(wù)、氣象科學(xué)、海洋學(xué)和水文學(xué)的研究。

  氣象遙感器:常用的氣象遙感儀器有三種:①多通道高分辨率掃描輻射計(jì):它可以獲得可見(jiàn)光與紅外的云圖。太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星的可見(jiàn)光與紅外云圖的星下點(diǎn)分辨率都在1公里左右;地球靜止軌道氣象衛(wèi)星的可見(jiàn)光云圖的星下點(diǎn)分辨率為0.9~2.5公里,紅外云圖的星下點(diǎn)分辨率為 5~12公里。②高分辨率紅外分光計(jì):它可以獲得大氣垂直溫度分布和水汽分布。③微波輻射計(jì):它配合高分辨率紅外分光計(jì)工作,可以獲得云層以下的大氣垂直溫度分布和云中的含水量。氣象觀測(cè)專用系統(tǒng)還包括衛(wèi)星所載的磁帶機(jī)等數(shù)據(jù)存貯裝置和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

  發(fā)展歷史:1958年美國(guó)發(fā)射的人造衛(wèi)星開(kāi)始攜帶氣象儀器,1960年4月1日,美國(guó)首先發(fā)射了第一顆人造試驗(yàn)氣象衛(wèi)星,截止到1990年底,在30年的時(shí)間內(nèi),全世界共發(fā)射了116顆氣象衛(wèi)星,已經(jīng)形成了一個(gè)全球性的氣象衛(wèi)星網(wǎng),消滅了全球4/5地方的氣象觀測(cè)空白區(qū),使人們能準(zhǔn)確地獲得連續(xù)的、全球范圍內(nèi)的大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律,做出精確的氣象預(yù)報(bào),大大減少災(zāi)害性損失。

1960年4月1日,美國(guó)發(fā)射了世界上第一顆試驗(yàn)性氣象衛(wèi)星“泰羅斯”1號(hào)。這顆試驗(yàn)氣象衛(wèi)星呈18面柱體,高48厘米,直徑107厘米。星上裝有電視攝像機(jī)、遙控磁帶記錄器及照片資料傳輸裝置。它在700千米高的近圓軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)1135圈,共拍攝云圖和地勢(shì)照片22952張,有用率達(dá)60%。具有當(dāng)時(shí)最優(yōu)秀的技術(shù)性能。美國(guó)從1960年至1965年間,共發(fā)射了10顆“泰羅斯”氣象衛(wèi)星,其中只有最后兩顆才是太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星。1966年2月3日,美國(guó)研制并發(fā)射了第一顆實(shí)用氣象衛(wèi)星“艾薩”1號(hào),它是美國(guó)第二代太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星,軌道高度約1400千米,云圖的星下點(diǎn)分辨率為4000米。從1966年至1969年間,共發(fā)射了9顆,獲得了大量氣象資料。它的發(fā)射成功開(kāi)辟了世界氣象衛(wèi)星研制的新領(lǐng)域,大大減少了由于氣象原因造成的各種損失。

1969年,蘇聯(lián)首次發(fā)射了“流呈”I型氣象衛(wèi)星,采用太陽(yáng)同步軌道,通常保持2~3顆衛(wèi)星運(yùn)行在相互垂直的軌道平面上。這樣就可以提供全球氣象資料。后來(lái)這類衛(wèi)星由“流星”2型衛(wèi)星系列所取代?!傲餍恰?型衛(wèi)星系列是獲得全球覆蓋的衛(wèi)星系列。

隨后,日本發(fā)射了兩顆地球靜止氣象衛(wèi)星,歐洲;空間局發(fā)射了兩顆地球靜止軌道氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星,印度也發(fā)射了通信廣播和氣象多用途衛(wèi)星。

中國(guó)1988年9月7日發(fā)射了第一顆氣象衛(wèi)星—“風(fēng)云一號(hào)”太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星。衛(wèi)星云圖的清晰度可與美國(guó)“諾阿”衛(wèi)星云圖媲美,但由于星上元器件發(fā)生故障,它只工作了39天。后成功發(fā)射了四顆極軌氣象衛(wèi)星(風(fēng)云號(hào))和三顆靜止氣象衛(wèi)星(風(fēng)云二號(hào)),經(jīng)歷了從極軌衛(wèi)星到靜止衛(wèi)星,從試驗(yàn)衛(wèi)星到業(yè)務(wù)衛(wèi)星的發(fā)展過(guò)程。

目前,中國(guó)的極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入業(yè)務(wù)化,在軌運(yùn)行的衛(wèi)星分別是風(fēng)云一號(hào)D星(2002年發(fā)射)和風(fēng)云二號(hào)C星(2004年發(fā)射)。中國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)同時(shí)擁有極軌和靜止氣象衛(wèi)星的國(guó)家之一,是世界氣象組織對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的重要成員。

觀測(cè)內(nèi)容: ①衛(wèi)星云圖的拍攝。 ②云頂溫度、云頂狀況、云量和云內(nèi)凝結(jié)物相位的觀測(cè)。 ③陸地表面狀況的觀測(cè),如冰雪和風(fēng)沙,以及海洋表面狀況的觀測(cè),如海洋表面溫度、海冰和洋流等。 ④大氣中水汽總量、濕度分布、降水區(qū)和降水量的分布。 ⑤大氣中臭氧的含量及其分布。 ⑥太陽(yáng)的入射輻射、地氣體系對(duì)太陽(yáng)輻射的總反射率以及地氣體系向太空的紅外輻射。 ⑦空間環(huán)境狀況的監(jiān)測(cè),如太陽(yáng)發(fā)射的質(zhì)子、α粒子和電子的通量密度。這些觀測(cè)內(nèi)容有助于我們監(jiān)測(cè)天氣系統(tǒng)的移動(dòng)和演變;為研究氣候變遷提供了大量的基礎(chǔ)資料;為空間飛行提供了大量的環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果。

主要衛(wèi)星系列:氣象衛(wèi)星的發(fā)展經(jīng)歷了試驗(yàn)和應(yīng)用兩個(gè)階段。除美國(guó)和蘇聯(lián)外,日本和歐洲空間局于1977年也先后發(fā)射了氣象衛(wèi)星,這些國(guó)家和組織都參加世界氣象組織 (WMO)安排的全球大氣研究計(jì)劃的第一期全球試驗(yàn)。主要的氣象衛(wèi)星系列有:

①“流星”號(hào)氣象衛(wèi)星系列:見(jiàn)“流星”號(hào)衛(wèi)星。

②“泰羅斯”號(hào)氣象衛(wèi)星系列:美國(guó)發(fā)射的世界第一個(gè)試驗(yàn)氣象衛(wèi)星系列,1960~1965年共發(fā)射10顆,除最后兩顆為太陽(yáng)同步軌道外,其余的軌道傾角為48°和58°。

③“艾薩”號(hào)衛(wèi)星:美國(guó)第一代太陽(yáng)同步軌道氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用衛(wèi)星。1966~1969年間先后發(fā)射了9顆,軌道傾角約102 °,軌道高度約1400公里,云圖的星下點(diǎn)分辨率為4公里。

④“泰羅斯N/諾阿”衛(wèi)星系列:見(jiàn)“泰羅斯N/諾阿”衛(wèi)星。

⑤“靜止氣象衛(wèi)星”(GMS) :日本的地球靜止軌道氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用衛(wèi)星,共2顆,分別于1977年和1981年發(fā)射,可見(jiàn)光和紅外云圖的星下點(diǎn)分辨率分別為1.25公里和5公里。

⑥“氣象衛(wèi)星”(Meteosat):歐洲空間局的地球靜止軌道氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星,共2顆,分別于1977年和1981年發(fā)射,可見(jiàn)光、紅外云圖和水汽圖的星下點(diǎn)分辨率分別為2.5公里、5公里和5公里。

⑦“地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星”:見(jiàn)“地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星”。

⑧“印度衛(wèi)星”:印度的通信、廣播和氣象多用途衛(wèi)星,它的可見(jiàn)光和紅外云圖的星下點(diǎn)分辨率分別為2.7公里和11公里。