答:氣象衛星選擇極軌道有什麼優缺點?

2020-11-23 騰訊網

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空少問答

小課堂

第127期

9

月

2

日

周

一

答：氣象衛星選擇極軌道有什麼優缺點？

上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！

空少正解

上期我們講到，9月初這個時間點與「風雲」系列氣象衛星有著特殊的緣分——風雲衛星最早的FY-1A衛星和FY-1B衛星分別在1988年9月7日和1990年9月3日發射升空。後來我國又發射了FY-1C和FY-1D衛星。風雲一號氣象衛星都是極軌道衛星，軌道高度在900千米附近，並且是經過地球極區上空的，所以稱「極軌道」。

FY-1A衛星發射

（來源：國家衛星氣象中心/國家空間天氣監測預警中心https://fy4.nsmc.org.cn/service/cn/satellite/FY1A.html）

那麼問題來了，氣象衛星選擇極軌道有什麼優缺點呢？

那麼首先就要說到，氣象衛星要做什麼觀測。氣象衛星搭載各種對地探測儀器，能夠獲取全球或地區的多種大氣、海表和陸地表面特性參數，能夠在森林、草原、火災、水災、大霧、雪災、沙塵暴等災害和環境監測等領域發揮重要作用。例如在天氣預報中最常說的雲圖，它來自紅外線圖象探測，對紅外線探測數據的分析可以確定雲的高度和類型、計算地面和水面的溫度，可以應用於多個領域監測，甚至包括火災。

極軌道衛星的主要目的不是去監測地球兩極，而是儘可能的飛遍全世界的上空——所謂的全球性。與極軌道衛星相對應的是地球同步軌道衛星，它可以長期停留在某個地區上空，我國的風雲二號衛星就是這樣的衛星，它飛行的高度約為3萬6千千米，與地球的自轉是同步的。而像風雲一號衛星這樣的極軌道衛星，它們的軌道傾角接近於90度，軌道高度低、飛行速度快，並不能和地球的自轉同步，而是利用它們飛行時地球的自轉來使它們的軌道移動到其他地區的上空。簡單的說如下圖動圖所示，假如沒有其他外力的話極軌道衛星的軌道面在宇宙中是不轉動的，當它飛完一圈、飛下一圈的時候，內側的地球已經自西向東轉過了一段距離，從地面上看就反映為衛星軌道自東向西、逐漸移動，轉一定圈數之後就幾乎飛過了全球地區的上空。全球觀測不止是能夠在較短的時間內觀測了很多地區，其全球性的數據也有助於建立天氣預報有關的模型以及氣候方面的研究。。

極軌道衛星遍歷全球的動圖（來源：https://thumbs.gfycat.com/AdvancedMeaslyIbadanmalimbe-max-1mb.gif）

實際當中極軌道的衛星的軌道更加複雜，因為地球不是均勻的球形，在赤道區域會比較凸起，引力較大，所以衛星經過赤道附近上空時還會受到額外的力，讓軌道面在宇宙中、也就是相對地心也發生轉動。軌道面相對地面和地心的這兩種轉動也是有意義的，經過計算之後，我們可以設計出讓衛星經過每個地區時當地的時間（比如總是當地中午12點）都相同、或者軌道面始終朝向太陽（稱為太陽同步軌道）衛星軌道。例如風雲一號衛星飛行的實際就是太陽同步軌道，其軌道傾角不是剛好經過極區上空的90°，而是比90°大一點。

太陽同步軌道，衛星軌道面隨著地球公轉而旋轉（來源：http://tornado.sfsu.edu/Geosciences/classes/m415_715/Monteverdi/Satellite/seasons.jpg）

另一方面，經過這些計算，選定的極軌道衛星所對應軌道高度往往只有幾百到一千多千米，相比地球同步軌道衛星這些軌道是非常非常低的。低軌道衛星的數據探測精度要高得多。

至於極軌道衛星的缺點，簡單的來說，一來也是最重要的一點是衛星不斷的運動、無法對某個地區連續觀測；二來衛星飛行高度較低，受到的擾動、阻力等也較多，通常壽命較短；三來極區上空一些區域高能帶電粒子等較多，容易造成儀器故障。

留言區·精選

@萌萌的

優點：每隔12小時可獲得一份全球的氣象資料。

缺點：因地球自轉，雲圖資料不連續。

@雨天

優點：不用軌道調整，利用地球自轉即可獲得全區雲圖。缺點：獲得雲圖的大小受制於地球自轉和軌道周期，不能按需調整。

感謝大家的支持，我們下期再見！

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