科研動態|風雲三號氣象衛星B星微波溼度計在軌運行10周年

2020-11-30 騰訊網

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風雲三號（FY-3）衛星是我國新一代系列化、業務化運行的極軌氣象衛星。B星（FY-3B）是該系列的第二顆星，於2010年11月5日發射。星上裝載的微波溼度計（MWHS）由中國科學院國家空間科學中心（以下簡稱「空間中心」）微波遙感技術院重點實驗室研製，於2010年11月11日開機工作。該載荷圓滿完成了在軌考核的各項測試，儀器工作狀態穩定，性能良好，所有指標滿足任務要求，靈敏度和探測精度均達到國際先進水平。由於其在軌運行的出色表現，得到了用戶的高度評價，被譽為風雲三號衛星上的亮點載荷，已在軌正常運行10周年（壽命考核為3年），累計獲取約242G字節的有效遙感數據，是迄今為止國內壽命最長的星載微波輻射計。

圖一：FY-3B微波溼度計

FY-3B微波溼度計為全功率型微波輻射計，在軌正常工作模式下，兩副偏置拋物面天線在掃描機構驅動下，以跨軌連續變速掃描方式完成周期性對地和定標源觀測。在8/3秒的掃描周期內，以天底點為中心對地觀測掃描張角為±53.35度，連續採樣98個點，採樣間隔為1.1度，包括183.31GHz和150GHz兩個工作頻率。其中水汽吸收線183.31GHz為主探測頻率，在其附近設置了三個通道，分別探測大氣850hPa, 500hPa和300hPa高度層水汽的分布特徵；窗區150GHz為輔助探測頻率，設置雙極化探測通道，用於探測近地表的背景微波輻射，主要用於探測全球降雨檢測、大氣溼度廓線及強降雨等，可以為颱風內部結構以及強降雨落區預測和分析提供全天時全天候監測資料。

圖二：FY-3B微波溼度計全球亮溫圖（150GHz V極化）

圖三：FY-3B星微波溼度計在Hermine颱風中的應用（2016年）

在對FY-3B星微波溼度計資料進行了長期的跟蹤和評價後，歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）認為，FY-3B星微波溼度計數據質量可靠，對模式預報產生的影響已與歐洲或美國的同類儀器相當，資料改進了模式對對流層中層和高層溼度場的分析，增強了衛星觀測系統的強壯性（魯棒性）。從2014年9月24日開始，ECMWF開始在其業務預報模式中使用FY-3B星微波溼度計資料，標誌著我國微波溼度輻射測量精度和觀測穩定性獲得國際用戶的認可，衛星遙感定量化應用取得重大突破。

截至目前，風雲三號已發射4顆星，均搭載了微波溼度計，C星和D星在B星基礎上針對探測頻率和性能指標進行了升級換代，多星組網觀測大大提升了我國對天氣氣候系統星載監測探測能力。課題組人員在重點研發項目的支持下，正在針對B星10年的有效觀測數據，開展在軌不確定分析，建立基礎氣候數據集（FCDR）。

圖四：FY-3A/B/C/D星微波溼度計在軌靈敏度對比

風雲三號B星微波溼度計在我國氣象業務部門也得到了具體應用。GSI系統同化FY-3B微波溼度計資料後，通過分析場增量，改善了模式初始場，尤其是對對應雨區溼度場改善明顯。在降水預報業務中，同化FY-3B微波溼度計後預報降水分布與實況更為一致，對預報降水落區和降水強度均有貢獻。

（a) 水汽混合比增量 （b) 溫度增量 （c) 緯向風增量 (d) 經向風增量

圖五：FY-3B 微波溼度計在2014年7月13日華南暴雨過程中的應用

(a) 雨量計實況降水分布（2014年7月13日7時）

(b) 同化FY3B微波溼度計前後預報效果

圖六：微波溼度計同化效果比對（2014年7月13日7時）

風雲三號05星微波溼度計性能繼續大幅提高，目前已經交付衛星總體開展各種發射前試驗，預計2021年上半年發射，屆時，微波溼度計將為全球數值天氣預報提供更高性能的微波觀測資料，在氣象監測和模式預報中發揮作用，更好的為氣象和氣候業務服務。

圖七：風雲三號05星微波溼度計和研製團隊

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