分類: 天文 常識(shí)詞典 編輯 : 常識(shí) 發(fā)布 : 12-09

閱讀 :786

氣象衛(wèi)星是指監(jiān)測天氣變化的人造衛(wèi)星，人造衛(wèi)星事實(shí)上有多種用途，包括通信、資源與環(huán)境監(jiān)測以及定位、導(dǎo)航等等。廣義的說監(jiān)測氣候變動(dòng)、稀有氣體含量以及決定雨量、氣溶膠含量的衛(wèi)星也可稱為氣象衛(wèi)星。1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，開啟了太空時(shí)代的新-。美國接著也急起直追，後來在1960年發(fā)射了第一顆氣象衛(wèi)星TIROS-1號(hào)，接收到的資料可組合成云圖，以做為天氣分析的參考之用。過去四十多年來已超過百顆氣象衛(wèi)星升空，它們從提供定性的云圖進(jìn)步到提供氣溫、水汽、風(fēng)、雨量和其他氣象變數(shù)的觀測結(jié)果，這些資料填補(bǔ)了海洋、沙漠、高山和極區(qū)等測站缺乏地區(qū)的空隙，對(duì)天氣分析和預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度的改善有莫大的助益。此外，氣象衛(wèi)星還可以用來監(jiān)測臺(tái)風(fēng)和其他風(fēng)暴系統(tǒng)以及地球氣候及其變動(dòng)。

基本上說，在世界天氣守視網(wǎng)（World Weat-er Watc-）的任務(wù)下，全球有兩種氣象衛(wèi)星系統(tǒng)，一為太陽同步衛(wèi)星（sun-sync-ronous satellite），另一為地球同步衛(wèi)星（geosync-ronous satellite）。太陽同步衛(wèi)星在同樣的地方時(shí)通過赤道上空，大部分會(huì)通過南北極附近，因此又稱為繞極軌道衛(wèi)星（polar orbiting satellite）。現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)中的這種衛(wèi)星包括NOAA-14號(hào)到18號(hào)，稱為NOAA系列衛(wèi)星。在正常情況下，這系列衛(wèi)星平均高度約810~850公里，周期約101分鐘，每天通過某一地點(diǎn)附近上空兩次。

另一種氣象衛(wèi)星具有地球同步軌道，這種衛(wèi)星位於赤道上空約-00公里處，繞地球運(yùn)行的角速度和地球自轉(zhuǎn)角速度一樣，在地面上看來幾乎在同一地點(diǎn)上空，故也有地球靜止衛(wèi)星（geostationary satellite）的名稱。在世界天氣監(jiān)視網(wǎng)下，有6顆地球同步衛(wèi)星同時(shí)作業(yè)，主要任務(wù)是監(jiān)測快速發(fā)展的風(fēng)暴，如局地劇烈風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)等，并且藉由-云的移動(dòng)估計(jì)風(fēng)速、風(fēng)向。

有些氣象衛(wèi)星不屬於太陽和地球同步衛(wèi)星，舉例說下面將提到的TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）衛(wèi)星和福爾摩沙3號(hào)衛(wèi)星（Formosat-3）。

大氣的衛(wèi)星遙測，根據(jù)觀測的幾何圖形可分為天底探測（nadir sounding）和臨邊探測（limb sounding）兩類。天底探測是指衛(wèi)星往下方（但不只是正下方）觀測，接收來自下方地表和大氣放出的和反射的輻射信號(hào)，以便決定它們的物理性質(zhì)的技術(shù)，一般氣象衛(wèi)星和地球資源衛(wèi)星主要使用這個(gè)方法。天底探測的輻射計(jì)以多個(gè)頻道觀測地表和大氣，故也稱為頻譜法。這種探測法，對(duì)氣象用途來說，主要用來決定氣象變數(shù)的垂直分布和地表狀況，對(duì)定義數(shù)值預(yù)報(bào)的初始值場有莫大的助益，此外也可制作云圖，提供天氣預(yù)報(bào)的參考。

臨邊探測則是觀測地球邊緣的大氣，也就是說輻射源由大氣層外進(jìn)入大氣，再離開大氣，最後到達(dá)太空中的衛(wèi)星輻射計(jì)上，因此輻射源只通過大氣或由大氣本身所發(fā)出，完全沒有來自地表的成分，這種探測法主要用來監(jiān)測大氣中稀有氣體的含量及其變動(dòng)。下面將要提到的無線電掩星法（radio occultation）屬於臨邊探測法，其他臨邊探測法還包括臨邊掃描法（limb scanning）和掩日法（即太陽掩星法）。臨邊掃描法只接收來自大氣放出的輻射，主要的物理過程是放射（emission）；掩日法接收被大氣吸收的太陽輻射，最主要的物理過程是吸收；無線電掩星法則以低軌衛(wèi)星（low eart- orbiting satellite, LEO）接收GPS（Global Positioning System）衛(wèi)星或其他衛(wèi)星發(fā)出的無線電波，測定出相位超出量（p-ase excess），以便由此決定出彎角或折射指數(shù)的垂直分布，主要的物理過程是折射。遙測技術(shù)使用的輻射源若是人為的，則稱為主動(dòng)遙測，否則稱為被動(dòng)遙測。無線電掩星法的輻射源都是衛(wèi)星發(fā)出的電磁波，這是人為的，故屬於主動(dòng)遙測。被動(dòng)遙測的輻射源是陽光或大氣、地表放出或反射的電磁波。無線電掩星技法觀測量為相位，這是最大的特點(diǎn)，天底探測法或其他臨邊探測法大都測定來自某一方向的輻射能量。

衛(wèi)星攜帶的天底探測輻射計(jì)，通常具有可見光、紅外與微波頻道，這些頻道主要是氣體的吸收帶，但有些位於吸收很小的窗區(qū)?？梢姽忸l道是窗區(qū)，這種的頻道資料可用來拍攝可見光云圖；在夜間則用紅外3.7微米和11微米窗區(qū)頻道拍攝云圖，這兩個(gè)頻道資料也可用來反演海面溫度和云頂溫度、云量等云參數(shù)。紅外4.0微米和15微米二氧化碳頻道以及微波0.5厘米氧氣頻道可用來決定氣溫的垂直分布，在紅外二氧化碳吸收帶的測定可用來決定云頂氣壓。水汽6.3微米頻道主要用來決定水汽的垂直分布，9.6微米臭氧頻道可決定大氣中臭氧的總含量。

浮懸在在大氣中的氣溶膠可在近紅外、可見光及紫外光譜中測定出來。海冰的消長和移動(dòng)是研究氣候變化的極為重要的基本資料，衛(wèi)星可拍攝它的微波影像。

臭氧是大氣中天然存在的稀有氣體，對(duì)地球上各種生命有害的物體，大部分被平流層中的臭氧擋住了。由於人類活動(dòng)引起的臭氧減少，尤其是南極地區(qū)的臭氧洞，也可由衛(wèi)星繼續(xù)不斷的加以監(jiān)測，舉例說利用TOMS衛(wèi)星和AURA衛(wèi)星。

衛(wèi)星觀測是提供雨量連續(xù)監(jiān)測的唯一有效方法。舉例說，上面提到的的TRMM衛(wèi)星，主要科學(xué)任務(wù)是觀測熱帶和副熱帶地區(qū)的降雨和能量交換。這顆衛(wèi)星高度大約400公里，軌道傾角 ，它是第一個(gè)攜帶降雨雷達(dá)PR（Precipitation Radar）的地球觀測衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星上攜帶的另一個(gè)輻射計(jì)TMI（TRMM Microwave I-ger）屬於被動(dòng)式微波輻射計(jì)，可用來觀測熱帶地區(qū)的降雨率。

1981年1月28日我國中央氣象局衛(wèi)星資料接收站正式啟用，利用氣象衛(wèi)星拍攝的可見光和紅外云圖可偵測臺(tái)風(fēng)、高低氣壓系統(tǒng)以及惡劣天氣，即使一般社會(huì)大眾都可在每天電視臺(tái)的氣象報(bào)告中體認(rèn)到地球同步衛(wèi)星云圖的重要性，尤其臺(tái)風(fēng)即將侵襲的時(shí)候，這是由位於東經(jīng)140度赤道上空的MTSAT（Multifunctional Transport Satellite）衛(wèi)星拍攝的。

我國擁有的福爾摩沙3號(hào)衛(wèi)星已在2006年4月15日一次發(fā)射6顆低軌衛(wèi)星，每顆重量大約70 kg，軌道傾角72°，周期100分鐘。這個(gè)星系已命名為CO-IC（Constellation Observing System for Meteorology, Ionosp-ere, and Cli-te）系統(tǒng)。這種衛(wèi)星可接收大約24顆GPS衛(wèi)星發(fā)出的兩個(gè)頻率的信號(hào)。1顆低軌衛(wèi)星和24顆GPS衛(wèi)星每天造成500個(gè)掩星事件，平均分布在地球表面上，也就是說1天內(nèi)全球只有500筆彎角或折射指數(shù)垂直分布資料。福爾摩沙3號(hào)共有6顆低軌衛(wèi)星，這樣24小時(shí)內(nèi)全球就有2500到3000個(gè)掩星事件，對(duì)實(shí)際氣象業(yè)務(wù)來說是足夠的。所謂掩星事件是指GPS衛(wèi)星發(fā)出的微波通過大氣到達(dá)低軌衛(wèi)星的-上，一個(gè)有用的掩星事件通常持續(xù)1分鐘之久。如附圖所示，GPS發(fā)出的無線電波通過大氣層，抵達(dá)低軌衛(wèi)星LEO上，射線被大氣所折射，因而有彎角。在掩星事件中，在圖中從GPS到LEO衛(wèi)星的射線只畫了3條，事實(shí)上有3000條左右。

彎角或折射指數(shù)的垂直分布資料可用來進(jìn)行同化，或者在特別的情況下反演出氣壓、氣溫或水汽的垂直分布，這些資料將彌補(bǔ)測站缺乏地區(qū)氣象資料的不足，對(duì)區(qū)域性和全球性的天氣預(yù)報(bào)相當(dāng)重要。

中文關(guān)鍵字：太陽同步衛(wèi)星 , 地球同步衛(wèi)星 , 福爾摩沙3號(hào)衛(wèi)星 , 無線電掩星

英文關(guān)鍵字sun-sync-ronous satellite , geosync-ronous satellite

參考資料

曾忠一。2006?！洞髿饪茖W(xué)中的反問題 : 反演分析與同化》。臺(tái)北：國立編譯館。曾忠一。1988?！洞髿庑l(wèi)星遙測學(xué)》。臺(tái)北：渤海堂。 國家太空中心。-ttp://.nspo.gov.tw。WMO Space Programme. -ttp://ftp.wmo.int/pages/prog/sat/_en。National Oceanic and Atmosp-eric Administration. -ttp://.noaa.gov/satellites。Meteorological Satellite Center. -ttp://mscweb.kis-ou.go.jp。

下一篇:圓山天文臺(tái) 下一篇 【方向鍵 ( → )下一篇】

上一篇:天體的海市蜃樓 上一篇 【方向鍵 ( ← )上一篇】