[科普中国]-风云三号气象卫星

组成

“风云三号”装载的探测仪器有：10通道扫描辐射计、20通道红外分光计、20通道中分辨率成像光谱仪、臭氧垂直探测仪、臭氧总量探测仪、太阳辐照度监测仪、4通道微波温度探测辐射计、5通道微波湿度计、微波成像仪、地球辐射探测仪和空间环境监测器。

“风云三号”配置的有效载荷多，研制起点高，技术难度大，卫星总体性能将接近或达到欧洲正在研制的METOP和美国即将研制的NPP极轨气象卫星水平。“风云三号”卫星研制成功将使中国在极轨气象卫星领域更进一步缩小与美国、欧洲等发达国家的差距，接近或赶上其发展水平，增强中国参与国际合作和国际竞争的能力。

主要任务卫星的主要任务是：

天气预报

特别是中期数值天气预报，提供全球的温、湿、云辐射等气象参数；

监测

监测大范围自然灾害和生态环境。

研究全球环境变化

探索全球气候变化规律，并为气候诊断和预测提供所需的地球物理参数；

为军事气象和航空，航海等专业气象服务

它可以提供全球及地区的气象信息。

新一代的极轨气象卫星“风云三号”经过8年研制，在2008年5月27日11时2分29秒于太原卫星发射中心，由长征四号运载火箭成功送入太空，标志着中国气象卫星和卫星气象事业发展进入了新的历史阶段。

原始影像数据“风云三号”装载的探测仪器有：10通道扫描辐射计、20通道红外分光计、20通道中分辨率成像光谱仪、臭氧垂直探测仪、臭氧总量探测仪、太阳辐照度监测仪、4通道微波温度探测辐射计、5通道微波湿度计、微波成像仪、地球辐射探测仪和空间环境监测器。

“风云三号”配置的有效载荷多，研制起点高，技术难度大，卫星总体性能将接近或达到欧洲正在研制的METOP和美国即将研制的NPP极轨气象卫星水平。“风云三号”卫星研制成功将使中国在极轨气象卫星领域更进一步缩小与美国、欧洲等发达国家的差距，接近或赶上其发展水平，增强中国参与国际合作和国际竞争的能力。它实现了我国气象卫星从单一遥感成像到地球环境综合探测、从光学遥感到微波遥感、从千米级分辨率到百米级分辨率、时间周期为每天，从国内接收到极地接收等卫星技术的“四大突破”。风云三号卫星主要用于有关大雾、冰凌、积雪覆盖、水情、火情等方面的监测服务2。

应用目的1、为中期数值天气预报提供全球均匀分辨率的气象参数。

2、研究全球变化包括气候变化规律，为气候预测提供各种气象及地球物理参数。

3、监测大范围自然灾害和地表生态环境。

4、为各种专业活动(航空、航海等)提供全球任一地区的气象信息，为军事气象保障服务。

数据传输数据传输采用3个信道。第一个是L波段实时数据(HRPT) 传输信道，1698-1710MHz，码速率为4.2Mbps(RS编码后)，作除中分辨率光谱成像仪以外的所有探测数据的实时传输，全球范围内发送。第二个是X波段实时数据(MPT)传输信道，7750-7850MHz, 码速率为18.7Mbps(RS编码后)，进行中分辨率光谱成像仪数据的实时传输。第三个是X波段延时数据 (DPT) 传输信道，8025～8400MHz，码速率为93Mbps(RS编码后)，进行星上存储延时回放数据的传输。在数据传输中，格式标准为CCSDS推荐的AOS标准，将与美国和欧洲的下一代气象卫星的数传数据格式一致。

星上存储回放的数据分为两类，一类为全球覆盖，每天有白天和夜晚两个时次，此类资料有除中分辨率成像光谱仪外所有探测器原分辨率的资料，包含扫描辐射计10通道1.1公里分辨率原始数据。另一类数据是地球任选地区的中分辨率光谱成像仪局地资料。3

技术参数技术参数参见下图。

特点优势风云3号卫星的研制工作已经进行多年，大家称它为“奥运星”，只是恰逢2008年北京奥运会之前发射，它将在奥运期间，和风云二号气象卫星一起，共同为奥运会提供气象保障服务。风云3号01星的发射准备工作进行顺利，进场测试情况良好。中国气象局国家卫星气象中心负责的地面应用系统工程建设，包括资料接收、处理、产品生成和分发等，风云3号于2008年下半年发射成功。

风云三号是新一代极轨卫星，其主要特点应该从三方面来讲。

将实现对大气的三维探测

因为卫星上携带有先进的微波探测仪器和红外垂直探测仪，不光可以了解云和大气的表面特性，而且可以了解大气温度湿度的垂直结构分布，这对天气预报特别是对数值预报有十分关键的作用。

实现全球高分辨率观测

对全球气候和自然灾害监测有重要价值。风云三号卫星有很强的的星上存储能力，可以存储全球观测到的数据。同时，中国气象局已经和瑞典进行合作，在北极地区建立了数据接收业务，可以获取全球观测资料，并传输到北京。

实现了全天候和全天时工作

风云三号卫星不受白天和黑夜的限制，也不受各种天气状况的影响，可以在各种条件下工作，提供24小时的观测服务。这对遥感科技工作而言，是一个福音。

多项第一

2000年9月，国家批准风云三号卫星立项。风云三号卫星是中国自主研制并达到国际先进水平的新一代极轨气象卫星，它创造了诸多第一。

星载有效载荷数量第一：它采用新型卫星平台，装载着11台高性能的有效载荷探测仪器，在国内卫星上是首次。

单机活动部件数量第一：它的20台单机有活动部件35个，是国内卫星活动部件最多的。

气象卫星观测功能第一：它的遥感仪器观测谱段从真空紫外线、紫外线、可见光线、红外线一直到微波频段样样齐全，既有光学遥感，又有微波遥感，能实现全天候、全天时、多光谱、三维、定量探测，与欧美新一代气象卫星处于同一发展水平。

报道说，风云三号卫星发射成功后，最长3周后就可完全投入使用，它不仅为北京奥运会提供更加精细化的气象服务，还将使中国的中期数字化气象预报成为可能。

星载遥感器FY -3( 01 批) 气象卫星载有 8 种遥感器，各有其独特的作用，同时又能相互补充，结合起来应用，我们首先分析各遥感器的作用，并与 NOAA 卫星相应的遥感器的性能进行对比分析。

可见光红外扫描辐射计这一遥感器是由 FY -1 继承下来的，仍具有10个通道，但对 1 个通道的光谱范围作了调整 , 即将0. 94μ m 通道调整为1.325～1.395μm。无论在 FY-3 还是在 NOAA 卫星中，扫描辐射计都是一个最重要的基本的探测器，用它的资料可生成各种云图 、云参数、海面温度、植被指数、射出长波辐射、积雪、海冰、气溶胶、地面反照率等一系列产品，还可进行多种自然灾害和生态环境监测 。然而，NOAA卫星的扫描辐射计 AVH RR 只有5个通道，对于卷云和云的相态的判识、积雪和低云的判识等都有一定的困难，而这些参数对于天气预报、气候预测和军事气象等方面又是非常重要的，FY-1C/D 和 FY-3 所增加的5个通道将主要用于这一方面问题的解决，同时可用于全球海洋水色监测。在可见光和近红外波段 , 积雪和低云的反射率都很高，而其热红外通道的表面亮温值也相差不大，因而很难区别 。然而1.55～1.64μ m 通道对于积雪的反射率却很低，用其很容易将积雪和低云区别。增加这一通道还有利于卷云判识和土壤温度的监测 。

1.325～1.395μm 通道处于水汽吸收带 , 在此通道水云的反射率大大降低 ,而冰云的反射率较高，这与 1.55 ～1.64μm 通道的状况恰恰相反，因而对比此二通道反射率可进行卷云的判识，这是在FY-3中安排的一个新的通道。

红外分光计和微波辐射计FY-3上的红外分光计和微波温度探测辐射计与NOAA卫星上的红外分光计HIRS和微波辐射计MSU在性能上很接近，主要用于探测大气温度和湿度廓线，还可以用以反演射出长波辐射、臭氧总含量、云量、云顶温度和高度、洋面温度、陆地表面温度、冰雪覆盖和降水率等。

NOAA 卫星的 HIRS 有 20 个通道，FY-3的红外分光计有26个通道，性能大体一致，所增加的 6个通道中有 5 个通道中波长位于0.885μm、0.94μ m、1.24μ m、和1.64μm，可增强云相态、积雪 、低层水汽 、植被指数、气溶胶的探测能力，还有一通道位于 4.19μm，在 CO2 吸收带，用于测量大气 CO2含量。FY-3的微波温度探测辐射计有4个通道，性能与 NOAA 卫星中的MSU大体一致。FY-3中的微波湿度探测辐射计属于新一代的微波遥感器，性能与NOAA-15中首次装载的微波湿度计(AMSU-B)大体相当，技术先进，将大大增强水汽、云水含量和降水的探测能力，特别是将空间分辨率提高到15km 左右，将能有效对台风、暴雨等强对流天气进行监测。

臭氧和地球辐射收支探测器FY -3 上的臭氧和地球辐射收支探测器与美国 NOAA 卫星等上的同类仪器在性能上基本相同，只是根据我国目前的技术条件作了一些适应性修改。FY-3 该组探测器共有4个，可同时探测臭氧含量的垂直分布和总量的空间分布，探测太阳辐射和宽窄两种视场的地球辐射，因而对这两个重要气象参数的探测功能是很完整的。

微波成像仪NOAA 卫星中没有装载微波成像仪 , 而美国国防气象卫星( DMSP) 1987 年起载有微波成像仪SSM/I，它在 19.35、37.0、85. 5GHz 具有双极化通道 ,在 22. 235GH z 具有垂直极化通道。通过这些通道探测大气和地球表面放射和反射的微波辐射，可反演出洋面风速、洋面温度、土壤湿度、云中液态水含量、降水强度、水汽含量、海冰和积雪等气象和地球物理参数。

FY-3 的微波成像仪的性能与 SSM/I 比较接近，都是采用圆锥扫描，地面分辨率略高于 SSM/I，主要区别是增加了10.65 和 150GHz 双极化通道(150GHz 为试验通道)，因此增强了洋面风速、土壤湿度、洋面温度、降水等的探测能力。4

中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪是新的一代气象和地球环境探测卫星中的一种主要遥感器，具有非常先进的技术，它在可见光、近红外、短波红外和热红外波段设几十个通道，光谱分辨率大大提高，具有云、地表、海表和大气多种参数的综合探测能力。目前的典型仪器是美国 EOS 中装载的 MODIS，它具有 36 个通道。在可见光至短波红外波段有 20 个通道，其中两个通道星下点分辨率具有 250m，其中心波长与NOAA 卫星中 AVHRR 的第1、2 通道相当，另有 5个通道星下点分辨率为 500m，因而大大提高了对自然灾害和生态环境的监测能力；在星下点分辨率1000m 的通道中，有 9 个海洋水色通道，具有美国专用的海洋水色卫星中海洋水色探测仪 Seaw ifs 同样的探测能力，它还有 3 个低层水汽探测通道， 利用0.94μm 水汽吸收带对太阳光的吸收探测大气低层水汽，此外还有1个中心波长在 1.375μ m 的卷云探测通道。在热红外波段有 16 个通道主要用于陆地和海表温度、云参数、大气温湿廓线、臭氧含量等的探测，具有 NOAA 卫星中扫描辐射计红外通道的探测能力，同时还具有红外分光计 H IRS 的一定的探测能力，然而却将其空间分辨率由17km 提高到1km。

FY-3 (01批) 的中分辨率成像光谱仪具有20个通道,其中 19 个处于可见光、近红外和短波红外波段，其通道的设置基本上与 EOS 中的 MODIS 一致，所不同的是减掉了 1.240、1.375μm 两个通道，原因是前者探测器灵敏度太低，后者因为在扫描辐射计中已具有此通道，同时增加了一个 0.94μ m 水汽吸收带通道。然而在热红外光谱区，MODIS 的16 个通道所具有的性能我国目前技术水平还难于达到，因此留在 FY-3 的 02 批卫星中再补上这一
光谱区的通道,即分阶段实现。为了使 FY-3 现在的中分辨率成像光谱仪加强对地表特性的监测能力，我们将250m 空间分辨率的通道增加到5个，其中包含一个10.5 ～ 12.5μm 热红外窗区通道，这也是一个特色 。

FY-3 中分辨率成像光谱仪与 MODIS 还有一个差别是扫描范围较大，具有 ±55.4°，和扫描辐射计一致。4

装载载荷“ 风云三号”卫星质量为2298.5千克，将采用三轴稳定姿态控制方式。它是瞄准国际先进技术水平而设计的卫星，技术含量高、系统复杂、研制难度大，是国内投资最大、功能最强的对地观测卫星。风云三号卫星装载有扫描辐射计、红外分光计、微波温度计、微波湿度计、中分辨率光谱成像仪、微波成像仪、紫外臭氧总量探测仪、紫外臭氧垂直探测仪、地球辐射探测仪、太阳辐射监测仪和空间环境监测仪等11台有效载荷。

发射过程首颗发射2008年5月27日11时02分，中国首颗新一代极轨气象卫星风云三号在太原卫星发射中心用中国自行研究的“长征四号丙”运载火箭发射升空。这颗装载10余种先进探测仪器的卫星升空后，将使中国气象观测能力得到质的飞跃。

第二颗2010年11月5日，中国“风云三号”第二颗气象卫星成功发射。这是中国首次发射极轨气象卫星下午星，它将和“风云三号”A星组成上下午双星同时在轨运行的格局。

发射成功

2010年11月5日凌晨，“长征四号丙”运载火箭在太原卫星发射中心，把第二颗“风云三号”气象卫星送入预定轨道。这颗卫星将与第一颗“风云三号”组网运行，由原来的一天全球扫描2次变为4次，从而提高对台风、雷暴等灾害性天气的的观测能力。据悉，“长征四号丙”运载火箭和“风云三号”气象卫星均为上海航天技术研究院总研制。据了解，除了天气预报外，“风云三号”B星还有监测干旱、水灾、沙尘暴等自然灾害和生态环境、全球冰雪覆盖和臭氧分布以及区域空气质量的能力，甚至还能对全球粮食产量进行预估。

根据计划，中国将在未来10年发射14颗气象卫星。

第三颗北京时间2013年9月23日11时许，中国在太原卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭，将第三颗“风云三号”气象卫星成功发射升空，卫星顺利进入预定轨道。

中国第三颗“风云三号”气象卫星将与正在轨运行的两颗“风云三号”气象卫星组网运行，进一步提高中国气象观测能力和中期天气预报能力。

“风云三号”气象卫星是中国第二代极轨气象卫星，可在全球范围内实施全天候、多光谱、三维、定量探测，主要为中期数值天气预报提供气象参数，并监测大范围自然灾害和生态环境，同时为研究全球环境变化、探索全球气候变化规律以及航空、航海等提供气象信息。

中国第一颗和第二颗“风云三号”气象卫星为试验应用星，分别于2008年5月和2010年11月成功发射，仍在轨稳定运行。“风云三号”气象卫星实现三星组网后，其观测数据更新时效将由12小时缩短为6小时，从而大幅提高中国气象观测能力和中期天气预报能力。

这次第三颗“风云三号”气象卫星发射，是中国“长征”系列运载火箭第181次航天飞行。5

项目启动日前，由陕西省气象局农业遥感信息中心和西安市气象局建设的风云三号卫星地面接收系统通过论证。

据悉，该接收系统具有对当前FY-3、NOAA、TERRA、NPP系列卫星多颗传感器实时接收预处理功能，并且硬件部分可以满足国产中高分辨率资源卫星数据接收需要。同时，在省气象局建设卫星数据应用中心，软件部分针对SMART在陕西省的本地化应用进行深度改造，对当前的应用分析、支撑发布平台将按照陕西省市业务需求进行整合，在天气领域利用FY3微波传感器提供多种对流天气参数、在气候领域提供长时间序列卫星数据的统计分析滤波、FY3在环境领域增加霾污染事件监测、气溶胶光学特性反演、PM10、PM2.5反演、大气质量评价等功能。

另据，通过此项目的实施将大大提升陕西省市两级卫星遥感业务服务能力，对全省遥感业务、科研提供充足的数据和工具支持，同时也标志着陕西省气象部门卫星遥感业务现代化取得重要进展。6