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| 气象卫星 |
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| 气象卫星 |
气象卫星通常由气象观测专用系统和保障系统两部分组成。气象观测专用系统中的主要设备是气象遥感仪器。目前，常用的气象遥感仪器有三种：①多通道高分辨率扫描辐射计：它可以获得可见光与红外的云图。太阳同步轨道气象卫星的可见光与红外云图的星下点分辨率都在1公里左右;地球静止轨道气象卫星的可见光云图的星下点分辨率为0.9～2.5公里，红外云图的星下点分辨率为 5～12公里。②高分辨率红外分光计：它可以获得大气垂直温度分布和水汽分布。③微波辐射计：它配合高分辨率红外分光计工作，可以获得云层以下的大气垂直温度分布和云中的含水量。气象观测专用系统还包括卫星所载的磁带机等数据存贮装置和数据传输设备。
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
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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。
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。
气象观测对气象卫星的要求相当严格。除必须有很好的轨道和姿态保持精度、可靠性高、寿命长外，卫星上仪器的数量和质量也是关键性的因素。采用太阳同步轨道，由于星下点轨迹不断移动，因此经过一定的周期（14天左右），可实现全球覆盖，不但能够拍摄到整个地球的气象图像，而且由于卫星的偏转正好与地球绕日转动速度一致，卫星在进行拍照时能够获得最好的太阳光照条件。目前，美国、俄罗斯、日本、中国、欧洲都拥有自己的太阳同步轨道气象卫星系列，如美国的“诺阿”系列、中国的“风云一号”系列、俄罗斯的“流星”系列。太阳同步轨道气象卫星的不足之处是一张云图覆盖的区域较小，因此往往与静止气象卫星拍摄的大范围气象云图对比使用。上述国家或地区也都建有静止气象卫星观测系统，典型的有美国的GOES系列、中国的“风云二号”系列、日本的“葵花”系列等。
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气象卫星主要有极轨气象卫星和同步气象卫星两大类。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。
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②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°。
③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。
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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。
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（图1）。主要的气象卫星系列有：
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（图2）,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。
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气象卫星具有除一般卫星的基本结构和部件外，还携带各类遥感仪器，包括电视摄像机、红外探测仪、射电探测仪、多谱段探测仪、气象雷达以及数据传输设备。气象卫星的轨道一般分两种：一种是太阳同步轨道，它的轨道高度较低，能够实现全球覆盖，用于观测天气变化的细节；一种是静止轨道，它能够观测地球表面40%固定区域天气大系统的变化。这两种卫星获得的云图共同使用，可完成天气的近期和远期预报。日常气象预报是气象卫星的基本功能之一。气象卫星资料还可用于数值预报、中长期天气预报和气象科学研究。
它还可广泛用于地球环境的动态监测。利用极轨卫星上甚高分辨率扫描辐射计的资料可以监视地表和海表特征，服务于森林火灾监视、洪涝、农业病虫害、作物产量、渔业、海冰、泥沙等监测。卫星图像可以监视海冰情况，对远洋运输至关重要；可以监测河口泥沙，对航运、水利、港口的建设和发展十分重要；还可用于监测土壤温度、地表温度、高原积雪、沙暴尘暴、城市热岛、地震前兆、森林虫害、地质构造、海洋水色和环境污染等，对科技、经济、环境以及人类生活各方面都有着深刻的影响。
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