4月16日9時36分，我國首顆低傾角軌道降水測量衛(wèi)星——風云三號G星，搭乘長征四號乙運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。

(資料圖片)

這是繼美國、日本聯(lián)合發(fā)射專用降水測量衛(wèi)星之后，國際上第三顆發(fā)射的主動降水測量衛(wèi)星，全球降水星家族首添“中國造”。自此，我國成為全球唯一同時業(yè)務(wù)運行晨昏、上午、下午和傾斜四條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。

風云三號G星考核壽命為6年，由中國航天科技集團有限公司第八研究院抓總研制，地面應(yīng)用系統(tǒng)由中國氣象局負責研制建設(shè)和運行。這顆新發(fā)“降水星”有何亮點？將如何更精準地預報天氣？

對降水進行“CT”掃描

降水是水循環(huán)的重要組成部分。氣候變化背景下氣象災(zāi)害頻發(fā)，對降水系統(tǒng)瞬時結(jié)構(gòu)和全球分布特征的認識，成為防災(zāi)減災(zāi)、理解全球氣候變化的重要內(nèi)容。

風云三號G星是我國第20顆風云氣象衛(wèi)星?！帮L云三號G星的發(fā)射有助于發(fā)揮我國低軌氣象衛(wèi)星觀測網(wǎng)的整體優(yōu)勢，將顯著改善全球暴雨等災(zāi)害早期預警能力?！敝袊鴼庀缶志珠L陳振林說。

傳統(tǒng)上，降水資料的獲取主要通過雨量計、地基雷達等手段，但由于地面設(shè)備配置數(shù)量有限且分布不均，難以獲取大范圍高空間分辨率的地面降水信息。

“一方面地基降水測量雷達在海上有大量盲區(qū)，而海上的臺風是影響我國非常重要的天氣系統(tǒng)，此前我們對臺風降水的監(jiān)測缺乏精確手段；另一方面則是地形的遮擋，比如在西南地區(qū)山區(qū)，大量的地形遮擋使得地面雷達也存在諸多監(jiān)測盲區(qū)?！眹倚l(wèi)星氣象中心副主任張鵬說，衛(wèi)星能夠彌補這些盲區(qū)，助力降水監(jiān)測和預警。

據(jù)第八研究院風云三號G星總師錢斌介紹，風云三號G星搭載了我國首套“空中雨量計”——星載Ku、Ka雙頻降水測量雷達，將雷達觀測分辨率高和衛(wèi)星觀測范圍廣的優(yōu)勢結(jié)合起來。該星具備自上而下獲取三維結(jié)構(gòu)信息的能力，就如同對大氣降水進行“CT”掃描，獲得降水精細的立體結(jié)構(gòu)信息。

此外，風云三號G星Ku頻段和Ka頻段雷達同步工作，可以利用大氣中不同高度層的降水粒子對兩個頻段雷達輻射微波信號反射率不同的特性，區(qū)分雨和雪，并對降水進行精確估計。Ku頻段有利于探測強降水，Ka頻段有利于探測弱降水。兩者結(jié)合形成的雙頻探測，能夠精準感知407公里軌道高度內(nèi)地球大氣0.2毫米/小時如毛毛雨般的降水強度變化。

首次運行于低傾角軌道

與很多低軌衛(wèi)星采用太陽同步軌道不同，風云三號G星采用傾角為50度的低傾角軌道。風云氣象衛(wèi)星首次運行于低傾角軌道有何原因？

“太陽同步軌道的傾角略大于90度，衛(wèi)星每一圈都會經(jīng)過地球南北極，其針對極區(qū)觀測效率較高，但對中低緯度地區(qū)觀測效率偏低。而風云三號G星的主要觀測對象是大多發(fā)生在中低緯度地區(qū)的降水。”錢斌說，風云三號G星采用低傾角軌道，其運動范圍集中在南北緯50度之間，能夠更高效、更精準地觀測地球降水。

但選用低傾角軌道也面臨外部熱環(huán)境變化復雜的挑戰(zhàn)。對于運行在這種軌道上的衛(wèi)星，太陽在一段時間內(nèi)會照射衛(wèi)星的左側(cè)面，但過一段時間，又會照射衛(wèi)星的右側(cè)面。

為確保衛(wèi)星始終以同一側(cè)面面向太陽，穩(wěn)定衛(wèi)星的外部熱環(huán)境，航天科技工作者們?yōu)轱L云三號G星量身定制了一套自動掉頭工作模式。在軌運行過程中，當太陽光從軌道面的一側(cè)運動到另一側(cè)時，風云三號G星將自動旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)前后掉頭，始終以同一側(cè)面面向太陽，保障星上儀器一直處于舒適的溫度區(qū)間。

為災(zāi)害性降水提供高精度觀測資料

中國氣象局副局長曹曉鐘表示，風云三號G星是我國首顆對降水進行主動測量的衛(wèi)星，通過星地雷達融合應(yīng)用可實現(xiàn)全球三維大氣、云和降水結(jié)構(gòu)探測，將應(yīng)用于臺風、暴雨和其他極端災(zāi)害性天氣監(jiān)測預報，同時在生態(tài)環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、健康等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

在壽命周期內(nèi)，風云三號G星將有效監(jiān)測海上臺風內(nèi)部云、雨的發(fā)展過程，為暴雨、暴雪等災(zāi)害性降水提供高精度觀測資料，進一步提高全球數(shù)值天氣預報效能。

“數(shù)值預報模式對降水的預報本身就存在難點，而風云三號G星能讓降水監(jiān)測精度提高一大截，這些觀測資料進入數(shù)值模式后能夠助力提升降水預報能力?！睆堸i說，“在科學研究跟機理探索方面，通過衛(wèi)星積累長期、大量的觀測資料，有助于我們深入研究降水發(fā)生和發(fā)展機理。”

針對我國降水氣候?qū)W特征，風云三號G星將著重開展其資料在華南和江淮暴雨監(jiān)測分析及預報中的應(yīng)用研究，青藏高原地區(qū)降水氣候?qū)W研究以及北方冷云降水特征機理研究。

未來6個月，風云三號G星將按照“邊測試、邊應(yīng)用、邊服務(wù)”思路開展在軌測試，以充分驗證衛(wèi)星平臺、載荷、星地一體化指標，并全力應(yīng)對主汛期暴雨、臺風等氣象災(zāi)害。

截至目前，我國共有8顆風云氣象衛(wèi)星在軌運行，正持續(xù)為全球126個國家和地區(qū)提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。

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