氣象衛星

氣象衛星具有除一般衛星的基本結構和部件外，還攜帶各類遙感儀器，包括電視攝像機、紅外探測儀、射電探測儀、多譜段探測儀、氣象雷達以及數據傳輸設備。遙感器能夠接收和測量地球及其大氣的可見光、紅外與微波輻射，并將它們轉換成電信號傳送到地面。地面接收站再把電信號復原繪出各種云層、地表和洋面圖片，進一步處理后就可以發現天氣變化的趨勢。氣象衛星所提供的氣象資料已被廣泛用于日常氣象業務、氣象科學、海洋學和水文學的研究。

常用的氣象遙感儀器有三種：①多通道高分辨率掃描輻射計：它可以獲得可見光與紅外的云圖。太陽同步軌道氣象衛星的可見光與紅外云圖的星下點分辨率都在1公里左右；地球靜止軌道氣象衛星的可見光云圖的星下點分辨率為0.9～2.5公里，紅外云圖的星下點分辨率為 5～12公里。②高分辨率紅外分光計：它可以獲得大氣垂直溫度分布和水汽分布。③微波輻射計：它配合高分辨率紅外分光計工作，可以獲得云層以下的大氣垂直溫度分布和云中的含水量。氣象觀測專用系統還包括衛星所載的磁帶機等數據存貯裝置和數據傳輸設備。

氣象衛星

1958年美國發射的人造衛星開始攜帶氣象儀器，1960年4月1日，美國首先發射了第一顆人造試驗氣象衛星，截止到1990年底，在30年的時間內，全世界共發射了116顆氣象衛星，已經形成了一個全球性的氣象衛星網，消滅了全球4/5地方的氣象觀測空白區，使人們能準確地獲得連續的、全球范圍內的大氣運動規律，做出精確的氣象預報，大大減少災害性損失。

1960年4月1日，美國發射了世界上第一顆試驗性氣象衛星“泰羅斯”1號。這顆試驗氣象衛星呈18面柱體，高48厘米，直徑107厘米。星上裝有電視攝像機、遙控磁帶記錄器及照片資料傳輸裝置。它在700千米高的近圓軌道上繞地球運轉1135圈，共拍攝云圖和地勢照片22952張，有用率達60%。具有當時最優秀的技術性能。美國從1960年至1965年間，共發射了10顆“泰羅斯”氣象衛星，其中只有最后兩顆才是太陽同步軌道衛星。1966年2月3日，美國研制并發射了第一顆實用氣象衛星“艾薩”1號，它是美國第二代太陽同步軌道氣象衛星，軌道高度約1400千米，云圖的星下點分辨率為4000米。從1966年至1969年間，共發射了9顆，獲得了大量氣象資料。它的發射成功開辟了世界氣象衛星研制的新領域，大大減少了由于氣象原因造成的各種損失。

1969年，蘇聯首次發射了“流呈”I型氣象衛星，采用太陽同步軌道，通常保持2～3顆衛星運行在相互垂直的軌道平面上。這樣就可以提供全球氣象資料。后來這類衛星由“流星”2型衛星系列所取代?！傲餍恰?型衛星系列是獲得全球覆蓋的衛星系列。

隨后，日本發射了兩顆地球靜止氣象衛星，歐洲；空間局發射了兩顆地球靜止軌道氣象業務衛星，印度也發射了通信廣播和氣象多用途衛星。

中國1988年9月7日發射了第一顆氣象衛星—“風云一號”太陽同步軌道氣象衛星。衛星云圖的清晰度可與美國“諾阿”衛星云圖媲美，但由于星上元器件發生故障，它只工作了39天。后成功發射了四顆極軌氣象衛星（風云號）和三顆靜止氣象衛星（風云二號），經歷了從極軌衛星到靜止衛星，從試驗衛星到業務衛星的發展過程。

中國的極軌氣象衛星和靜止氣象衛星已經進入業務化，在軌運行的衛星分別是風云一號D星（2002年發射）和風云二號C星（2004年發射）。中國是世界上少數幾個同時擁有極軌和靜止氣象衛星的國家之一，是世界氣象組織對地觀測衛星業務監測網的重要成員。

氣象衛星的軌道大致有兩種，一種是太陽同步軌道，一種是地球靜止軌道。按照前一種軌道運行，衛星每天對地球表面巡視兩遍，其優點是可以獲得全球氣象資料，缺點是對某一地區每天只能觀測兩次。 若運行于地球靜止軌道，則可以對地球近1/5的地區連續進行氣象觀測，實時將資料送回地面，用四顆衛星均勻地布置在赤道上空，就能對全球中、低緯度地區氣象狀況進行連續監測；它的缺點是對緯度大于55度地區的氣象觀測能力差。這兩種衛星如果同時在天上工作，就可以優勢互補。

在氣象預測過程中非常重要的衛星云圖的拍攝也有兩種形式：一種是借助于地球上物體對太陽光的反向程度而拍攝的見光云圖，只限于白天工作；另一種是借助地球表面物體溫度和大氣層溫度輻射的程度，形成紅外云圖，可以全天候工作。氣象衛星具有：1，軌道（低和高軌兩種）；2，短周期重復觀測；3，成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數據處理容量；4，資料來源連續實時性強成本低，等點。

氣象衛星主要有極軌氣象衛星和同步氣象衛星兩大類。

①極軌氣象衛星。飛行高度約為600～1500千米，衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的交角，這樣的衛星每天在固定時間內經過同一地區2次，因而每隔12小時就可獲得一份全球的氣象資料。

②同步氣象衛星。運行高度約35800千米，其軌道平面與地球的赤道平面相重合。從地球上看，衛星靜止在赤道某個經度的上空。一顆同步衛星的觀測范圍為100個經度跨距，從南緯50°到北緯50°，100個緯度跨距，因而5顆這樣的衛星就可形成覆蓋全球中、低緯度地區的觀測網。

氣象衛星

軌道：氣象衛星采用太陽同步軌道或地球靜止衛星軌道。為了保證云圖的質量，氣象衛星的太陽同步軌道呈圓形，偏心率要求小于千分之一，傾角大于90°，高度一般在800～1500公里，以便飛經地球各地區時獲取的圖像具有相同的光照條件。地球靜止軌道氣象衛星對位置保持的精度要求不高，東西向為0.5°左右，南北向為1°左右，偏心率小于千分之一。

姿態控制：為了保證云圖的圖片質量，氣象衛星必須具有很高的姿態穩定性。太陽同步軌道氣象衛星要求姿態的變化率小于千分之幾度每秒，地球靜止軌道氣象衛星要求姿態的變化率小于0.0002度/秒和小于0.002度每半小時。氣象衛星對姿態的控制精度，要求一般為0.5°～1°。

數據傳輸：氣象衛星的數據傳輸有4種：氣象遙感儀器獲得的原始數據向地面數據處理中心站傳輸，常用頻段為1700兆赫，數據傳輸速率較高，最高可達28兆比特/秒；氣象遙感儀器獲得的數據經衛星上初步處理后，實時向地面發送云圖等氣象資料，常用頻段為137兆赫和1700兆赫，數據傳輸速率較低；氣象遙感儀器獲得的數據經傳到地面作各種數據處理后，再通過氣象衛星向各地廣播云圖等氣象資料，常用頻段為1700兆赫；收集地面氣象站、海洋自動浮標和設置在無人值守地區的自動氣象站所獲得的溫度、壓力、濕度等環境資料，常用頻段為401和468兆赫。

①衛星云圖的拍攝。

②云頂溫度、云頂狀況、云量和云內凝結物相位的觀測。

③陸地表面狀況的觀測，如冰雪和風沙，以及海洋表面狀況的觀測，如海洋表面溫度、海冰和洋流等。

④大氣中水汽總量、濕度分布、降水區和降水量的分布。

⑤大氣中臭氧的含量及其分布。

⑥太陽的入射輻射、地氣體系對太陽輻射的總反射率以及地氣體系向太空的紅外輻射。

⑦空間環境狀況的監測，如太陽發射的質子、α粒子和電子的通量密度。這些觀測內容有助于我們監測天氣系統的移動和演變；為研究氣候變遷提供了大量的基礎資料；為空間飛行提供了大量的環境監測結果。

氣象衛星

氣象衛星的發展經歷了試驗和應用兩個階段。除美國和蘇聯外，日本和歐洲空間局于1977年也先后發射了氣象衛星，這些國家和組織都參加世界氣象組織 (WMO)安排的全球大氣研究計劃的第一期全球試驗。主要的氣象衛星系列有：

①“流星”號氣象衛星系列：見“流星”號衛星。

②“泰羅斯”號氣象衛星系列：美國發射的世界第一個試驗氣象衛星系列，1960～1965年共發射10顆，除最后兩顆為太陽同步軌道外，其余的軌道傾角為48°和58°。

③“艾薩”號衛星：美國第一代太陽同步軌道氣象業務應用衛星。1966～1969年間先后發射了9顆，軌道傾角約102 °，軌道高度約1400公里，云圖的星下點分辨率為4公里。

④“泰羅斯N/諾阿”衛星系列：見“泰羅斯N/諾阿”衛星。

⑤“靜止氣象衛星”(GMS) ：日本的地球靜止軌道氣象業務應用衛星，共2顆，分別于1977年和1981年發射，可見光和紅外云圖的星下點分辨率分別為1.25公里和5公里。

⑥“氣象衛星”(Meteosat)：歐洲空間局的地球靜止軌道氣象業務衛星，共2顆，分別于1977年和1981年發射，可見光、紅外云圖和水汽圖的星下點分辨率分別為2.5公里、5公里和5公里。

⑦“地球靜止環境業務衛星”：見“地球靜止環境業務衛星”。

⑧“印度衛星”(INSAT) ：印度的通信、廣播和氣象多用途衛星，它的可見光和紅外云圖的星下點分辨率分別為2.7公里和11公里。

氣象衛星

截止到1990年底，在30年的時間內，全世界共發射了116顆氣象衛星，已經形成了一個全球性的氣象衛星網，消滅了全球4/5的氣象觀測空白區，使人們能準確地獲得連續的、全球范圍內的大氣運動規律，作出精確的氣象預報，大大減少了災害性損失。據不完全統計，如果對自然災害能有3～5天的預報，就可以減少農業方面30～50%的損失，僅農、牧、漁業就可年獲益1.7億美元。

氣象衛星具有除一般衛星的基本結構和部件外，還攜帶各類遙感儀器，包括電視攝像機、紅外探測儀、射電探測儀、多譜段探測儀、氣象雷達以及數據傳輸設備。氣象衛星的軌道一般分兩種：一種是太陽同步軌道，它的軌道高度較低，能夠實現全球覆蓋，用于觀測天氣變化的細節；一種是靜止軌道，它能夠觀測地球表面40%固定區域天氣大系統的變化。這兩種衛星獲得的云圖共同使用，可完成天氣的近期和遠期預報。日常氣象預報是氣象衛星的基本功能之一。氣象衛星資料還可用于數值預報、中長期天氣預報和氣象科學研究。

它還可廣泛用于地球環境的動態監測。利用極軌衛星上甚高分辨率掃描輻射計的資料可以監視地表和海表特征，服務于森林火災監視、洪澇、農業病蟲害、作物產量、漁業、海冰、泥沙等監測。衛星圖像可以監視海冰情況，對遠洋運輸至關重要；可以監測河口泥沙，對航運、水利、港口的建設和發展十分重要；還可用于監測土壤溫度、地表溫度、高原積雪、沙暴塵暴、城市熱島、地震前兆、森林蟲害、地質構造、海洋水色和環境污染等，對科技、經濟、環境以及人類生活各方面都有著深刻的影響。