[科普中国]-气象卫星

气象卫星实质上是一个高悬在太空的自动化高级气象站，是空间、遥感、计算机、通信和控制等高技术相结合的产物。

由于轨道的不同，可分为两大类，即：太阳同步极地轨道气象卫星和地球同步气象卫星。前者由于卫星是逆地球自转方向与太阳同步，称太阳同步轨道气象卫星；后者是与地球保持同步运行，相对地球是不动的，称作静止轨道气象卫星，又称地球同步轨道气象卫星。①极轨气象卫星。飞行高度约为600～1500千米，卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的交角，这样的卫星每天在固定时间内经过同一地区2次，因而每隔12小时就可获得一份全球的气象资料。②同步气象卫星。运行高度约35800千米，其轨道平面与地球的赤道平面相重合。从地球上看，卫星静止在赤道某个经度的上空。一颗同步卫星的观测范围为100个经度跨距，从南纬50°到北纬50°，100个纬度跨距，因而5颗这样的卫星就可形成覆盖全球中、低纬度地区的观测网。

按是否用于军事目的分为军用气象卫星和民用气象卫星。

在气象预测过程中非常重要的卫星云图的拍摄也有两种形式：一种是借助于地球上物体对太阳光的反向程度而拍摄的可见光云图，只限于白天工作；另一种是借助地球表面物体温度和大气层温度辐射的程度，形成红外云图，可以全天候工作。

1 轨道（低和高轨两种）。

2 短周期重复观测。

3 成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。

4 资料来源连续实时性强、成本低。

轨道：气象卫星采用太阳同步轨道或地球静止卫星轨道。为了保证云图的质量，气象卫星的太阳同步轨道呈圆形，偏心率要求小于千分之一，倾角大于90°，高度一般在800～1500公里，以便飞经地球各地区时获取的图像具有相同的光照条件。地球静止轨道气象卫星对位置保持的精度要求不高，东西向为0.5°左右，南北向为1°左右，偏心率小于千分之一。

姿态控制：为了保证云图的图片质量，气象卫星必须具有很高的姿态稳定性。太阳同步轨道气象卫星要求姿态的变化率小于千分之几度每秒，地球静止轨道气象卫星要求姿态的变化率小于0.0002度/秒和小于0.002度每半小时。气象卫星对姿态的控制精度，要求一般为0.5°～1°。

数据传输：气象卫星的数据传输有4种：气象遥感仪器获得的原始数据向地面数据处理中心站传输，常用频段为1700兆赫，数据传输速率较高，最高可达28兆比特/秒；气象遥感仪器获得的数据经卫星上初步处理后，实时向地面发送云图等气象资料，常用频段为137兆赫和1700兆赫，数据传输速率较低；气象遥感仪器获得的数据经传到地面作各种数据处理后，再通过气象卫星向各地广播云图等气象资料，常用频段为1700兆赫；收集地面气象站、海洋自动浮标和设置在无人值守地区的自动气象站所获得的温度、压力、湿度等环境资料，常用频段为401和468兆赫。

气象卫星主要观测内容包括：

①卫星云图的拍摄。

②云顶温度、云顶状况、云量和云内凝结物相位的观测。

③陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙，以及海洋表面状况的观测，如海洋表面温度、海冰和洋流等。

④大气中水汽总量、湿度分布、降水区和降水量的分布。

⑤大气中臭氧的含量及其分布。

⑥太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以及地气体系向太空的红外辐射。

⑦空间环境状况的监测，如太阳发射的质子、α粒子和电子的通量密度。

这些观测内容有助于我们监测天气系统的移动和演变；为研究气候变迁提供了大量的基础资料；为空间飞行提供了大量的环境监测结果。

中国“风云家族”早已声名在外，目前超过2500国内用户及多达70多个国家和地区，接收与利用风云卫星资料。风云系列卫星更被世界气象组织列入国际气象业务卫星序列，是东半球气象预报的主力。

1969年，时任总理周恩来指示：“要搞我们自己的气象卫星。”经过数十年发展，中国成功发射4颗风云一号、 7颗风云二号、3颗风云三号卫星，其中风云系列的单号为极轨气象卫星，双号为静止轨道气象卫星。目前风云三号卫星已全面取代风云一号卫星，风云二号亦正被风云四号取代。风云四号则是中国第二代静止轨道气象卫星，在时间分辨率、空间分辨率、探测谱段和探测要素等方面更胜风云二号。1

中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。卫星云图的清晰度可与美国“诺阿”卫星云图媲美，但由于星上元器件发生故障，它只工作了39天。后成功发射了四颗极轨气象卫星（风云号）和三颗静止气象卫星（风云二号），经历了从极轨卫星到静止卫星，从试验卫星到业务卫星的发展过程。

同时还建立了以接收风云卫星为主、兼收国外环境卫星的卫星地面接收和应用系统，在气象减灾防灾、国民经济和国防建设中发挥了显著作用。

目前，我国的极轨气象卫星和静止气象卫星已经进入业务化，在轨运行的卫星分别是风云一号D星（2002年发射）和风云二号C星（2004年发射）。我国是世界上少数几个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家之一，是世界气象组织对地观测卫星业务监测网的重要成员。

风云二号系列静止气象卫星是我国第一代静止气象卫星，计划发射7颗，即风云二号A/B/C/D/E/F/G，两颗试验星（风云二号A/B），六颗业务星（风云二号C/D/E/F/G/H）。

从1997年服役至今的风云二号，可每15分钟进行一次全球观测、每6分钟进行一次区域观测，为中国和世界气候监测及天气预报提供实时动态资料，预报准确率可达90%。2

风云三号极轨气象卫星的技术指标达到欧美最新一代气象卫星水平，可从二维遥感成像到三维综合大气探测，从单一光学探测到全谱段宽波谱探测，从公里级观测提高到百米级观测，从国内组网接收到全球组网接收。3

2016年12月11日零时11分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号卫星。

风云四号卫星是我国静止轨道气象卫星从第一代（风云二号）向第二代跨越的首发星，也是我国首颗地球同步轨道三轴稳定定量遥感卫星，使用全新研制的SAST5000平台，设计寿命7年。卫星成功突破了代表国际前沿的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等20余项核心关键技术，装载四种先进有效载荷，整体性能达到国际先进水平。

风云四号的主用户为中国气象局。卫星投入使用后，可更加精确地开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测。卫星装载的闪电成像仪能1秒钟拍500张闪电图，探测区域范围内的闪电频次和强度，在国内首次提供闪电预警。风云四号能每3分钟对台风区域进行观测，可弥补目前在轨卫星云图分辨率不够高的缺点，还将对灾害及环境监测、人工影响天气、空间天气研究等提供有力支撑。4

1958年美国发射的人造卫星开始携带气象仪器， 1960年4月1日，美国首先发射了第一颗人造试验气象卫星，截止到1990年底，在30年的时间内，全世界共发射了116颗气象卫星，已经形成了一个全球性的气象卫星网，消灭了全球4/5地方的气象观测空白区，使人们能准确地获得连续的、全球范围内的大气运动规律，做出精确的气象预报，大大减少灾害性损失。据不完全统计，如果对自然灾害能有3—5天的预报，就可以减少农业方面的30%~50%的损失，仅农、牧、渔业就可年获益1.7亿美元。例如，自1982年至1983年，在中国登陆的33次台风无一漏报。1986年在广东 汕头附近登陆的8607号台风，由于预报及时准确，减少损失达10多亿元。

1960年4月1日，美国发射了世界上第一颗试验性气象卫星“泰罗斯”1号。这颗试验气象卫星呈18面柱体，高48厘米，直径107厘米。星上装有电视摄像机、遥控磁带记录器及照片资料传输装置。它在700千米高的近圆轨道上绕地球运转1135圈，共拍摄云图和地势照片22952张，有用率达60%。具有当时最优秀的技术性能。美国从1960年至1965年间，共发射了10颗“泰罗斯”气象卫星，其中只有最后两颗才是太阳同步轨道卫星。1966年2月3日，美国研制并发射了第一颗实用气象卫星“艾萨”1号，它是美国第二代太阳同步轨道气象卫星，轨道高度约1400千米，云图的星下点分辨率为4000米。从1966年至1969年间，共发射了9颗，获得了大量气象资料。它的发射成功开辟了世界气象卫星研制的新领域，大大减少了由于气象原因造成的各种损失。

1969年，苏联首次发射了“流呈”I型气象卫星，采用太阳同步轨道，通常保持2～3颗卫星运行在相互垂直的轨道平面上。这样就可以提供全球气象资料。后来这类卫星由“流星”2型卫星系列所取代。“流星”2型卫星系列是获得全球覆盖的卫星系列。

日本发射了两颗地球静止气象卫星，欧洲；空间局发射了两颗地球静止轨道气象业务卫星，印度也发射了通信广播和气象多用途卫星。

中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。卫星云图的清晰度可与美国“诺阿”卫星云图媲美，但由于星上元器件发生故障，它只工作了39天。后成功发射了四颗极轨气象卫星（风云号）和三颗静止气象卫星（风云二号），经历了从极轨卫星到静止卫星，从试验卫星到业务卫星的发展过程。

中国的极轨气象卫星和静止气象卫星已经进入业务化，在轨运行的卫星分别是风云一号D星（2002年发射）和风云二号C星（2004年发射）。中国是世界上少数几个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家之一，是世界气象组织对地观测卫星业务监测网的重要成员。

美国有史以来科学性能最强的一颗气象卫星预定于2016年11月19日发射升空。在距离地球35800公里（约为地球到月球距离的1/10）的最佳位置上，地球同步运行环境卫星-R系列（GOES-R）将拍摄席卷美国的天气和大气现象的图像。GOES-R能够每隔30秒钟拍摄一张图像，远远快于当前GOES气象卫星几分钟的拍摄时间间隔。这种快速的拍摄功能使得该气象卫星能够追踪雷暴、飓风以及其他猛烈风暴的发展变化。5

气象卫星的发展经历了试验和应用两个阶段。除美国和苏联外，日本和欧洲空间局于1977年也先后发射了气象卫星，这些国家和组织都参加世界气象组织 (WMO)安排的全球大气研究计划的第一期全球试验。主要的气象卫星系列有：

①“流星”号气象卫星系列：见“流星”号卫星。

②“泰罗斯”号气象卫星系列：美国发射的世界第一个试验气象卫星系列，1960～1965年共发射10颗，除最后两颗为太阳同步轨道外，其余的轨道倾角为48°和58°。

③“艾萨”号卫星：美国第一代太阳同步轨道气象业务应用卫星。1966～1969年间先后发射了9颗，轨道倾角约102°，轨道高度约1400公里，云图的星下点分辨率为4公里。

④“泰罗斯N/诺阿”卫星系列：见“泰罗斯N/诺阿”卫星。

⑤“静止气象卫星”(GMS) ：日本的地球静止轨道气象业务应用卫星，共2颗，分别于1977年和1981年发射，可见光和红外云图的星下点分辨率分别为1.25公里和5公里。

⑥“气象卫星”(Meteosat)：欧洲空间局的地球静止轨道气象业务卫星，共2颗，分别于1977年和1981年发射，可见光、红外云图和水汽图的星下点分辨率分别为2.5公里、5公里和5公里。

⑦“地球静止环境业务卫星”：见“地球静止环境业务卫星”。

⑧“印度卫星”(INSAT：印度的通信、广播和气象多用途卫星，它的可见光和红外云图的星下点分辨率分别为2.7公里和11公里。