气象卫星简介
编辑气象卫星（meteorological satellite）:从太空提供地球及其大气气象观测的人造地球卫星。卫星气象观测系统的空间部分。卫星携带的各种气象遥感器接收和测量来自地球及其大气的可见光、红外线和微波辐射，以及卫星导航系统反射的电磁波。并将其转换成电信号传输到地面站。地面站重建卫星传输的电信号，并将其绘制成不同的云层、风速和方向。对地表和海面图像进行进一步处理和计算，得到各种气象数据。气象卫星具有观测范围广、观测次数多、观测时间快、观测数据质量高、不受自然和区域条件限制等特点。其提供的气象信息已广泛应用于日常气象业务、环境监测、防灾减灾、大气科学、海洋学、水文研究等领域。气象卫星也是世界上应用最广泛的卫星之一。
气象卫星概述
编辑气象卫星通常是指从空间对地球及其大气进行气象观测的人造地球卫星，属于卫星气象观测系统的空间部分。卫星携带的气象遥感器接收和测量来自地球及其大气的可见光、红外线和微波辐射，并将其转换成电信号传输到地面站。
气象卫星不仅具有一般卫星的基本结构和组成，而且还携带电视摄像机、红外探测器、无线电探测器、多光谱探测器、气象雷达和数据传输设备等各种遥感仪器。遥感器可以接收和测量来自地球及其大气的可见光、红外线和微波辐射，并将它们转换成电信号传输到地面。然后，地面接收站重建电信号并绘制各种云、地面和海洋图像。进一步处理后，可以发现天气变化的趋势。
气象卫星提供的气象资料已广泛应用于日常气象业务、气象科学、海洋学和水文研究。
气象卫星主要分类
编辑气象卫星本质上是悬浮在太空中的自动化高级气象站，是空间、遥感、计算机、通信、控制等高新技术相结合的产物。
由于轨道不同，可分为太阳同步极轨气象卫星和地球同步气象卫星两大类。前者被称为太阳同步轨道气象卫星，因为卫星与地球自转方向相反，与太阳同步;后者是地球静止轨道气象卫星，又称地球静止轨道气象卫星，与地球保持同步运行，相对地球保持静止。
①极轨气象卫星。飞行高度约为600-1500公里，卫星轨道平面与太阳始终保持相对固定的角度。这种卫星每天两次在固定时间经过同一地区，因此它们可以每12小时获得一次全球气象数据。
②同步气象卫星。运行高度约35800公里，轨道平面与地球赤道平面重合。从地球的角度看，卫星在赤道某一经度以上是静止的。同步卫星的观测范围为100个经度跨度，从50°S到50°N, 100个纬度跨度。因此，5颗这样的卫星就可以形成一个覆盖全球中低纬度地区的观测网。
根据是否用于军事目的，分为军用气象卫星和民用气象卫星。
在气象预报过程中，卫星云图的拍摄也有两种重要的形式:一是借助地球上物体的日照逆度拍摄可见光云图，仅限于白天工作;另一种方法是利用地球表面物体的温度和大气温度辐射的程度组成红外云图，可以全天候工作。
技术特点
编辑1条轨道(低轨和高轨)。
2短周期重复观测。
较大的成像面积有利于获得宏观同步信息，降低数据处理能力。
4. 实时性强，数据源成本低。
轨道
气象卫星采用太阳同步轨道或地球同步卫星轨道。为了保证云图质量，气象卫星的太阳同步轨道为圆形，偏心要求小于千分之一，倾角大于90°，高度一般在800-1500公里之间，这样在飞越地球各区域时获得的图像具有相同的光照条件。地球同步气象卫星对定位精度要求不高，东西向约0.5°，南北向约1°，偏心率小于千分之一。
姿态控制
为了保证云图质量，气象卫星必须具有较高的姿态稳定性。太阳同步轨道气象卫星要求姿态变化率小于每秒千分之几度，而地球静止轨道气象卫星要求姿态变化率小于每秒0.0002度，小于每半小时0.002度。气象卫星的姿态控制精度一般要求在0.5°~ 1°之间。
数据传输
气象卫星的数据传输方式有四种:将气象遥感仪器获取的原始数据传输到地面数据处理中心站，通用频段为1700 MHz，数据传输速率较高，最高可达每秒28兆比特;气象遥感仪器获得的数据在卫星上进行初步处理，将云图等实时气象数据发送到地面。常用的频段为137mhz和1700mhz，数据传输速率相对较低;气象遥感仪器获得的数据传输到地面进行各种数据处理，然后通过气象卫星向各地广播云图等气象数据。常用的频段是1700 MHz;采集地面气象站、海洋自动浮标、无人区域自动气象站的温度、压力、湿度等环境数据，常用频段为401和468 MHz。
气象卫星观测内容
编辑气象卫星的主要观测内容包括:
①卫星云图的拍摄。
②云顶温度、云顶状况、云量、云内凝结相的观测。
③观测陆地表面条件，如冰、雪、沙尘暴，以及观测海洋表面条件，如海洋表面温度、海冰和洋流。
④大气水汽总量、湿度分布、降水区域、降水分布。
⑤大气中臭氧的含量和分布。
⑥太阳的入射辐射，地球大气系统对太阳辐射的总反射率，地球大气系统对空间的红外辐射。
⑦监测空间环境条件，如太阳发射的质子α粒子和电子的通量密度。这些观测帮助我们监测天气系统的运动和演变;为研究气候变化提供了大量的基础数据;为航天飞行提供了大量的环境监测结果。
发展沿革
编辑1958年，美国发射了携带气象仪器的人造卫星。1960年4月1日，美国率先发射了第一颗人造气象实验卫星。到1990年底，30年间，全球共发射气象卫星116颗，形成了全球气象卫星网，消除了全球4/5地区的气象观测空白。这使人们能够准确地获得连续的和全球的大气运动模式，作出准确的气象预报，并大大减少灾难性损失。
1960年4月1日，美国发射了世界上第一颗实验气象卫星Terras-1。这颗实验气象卫星是一个18面圆柱体，高48厘米，直径107厘米。这颗卫星配备了电视摄像机、远程磁带录音机和照片数据传输设备。它在700公里高度的近圆形轨道上绕地球运行1135次，共拍摄云和地形照片22952张，利用率为60%。拥有当时最好的技术性能。从1960年到1965年，美国共发射了10颗Tiros气象卫星，其中只有最后两颗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“艾萨克一号”。它是美国第二代太阳同步轨道气象卫星，轨道高度约1400公里，云图卫星点分辨率为4000米。1966 - 1969年共发射了9颗卫星，获得了大量的气象资料。它的成功发射为世界气象卫星的发展开辟了一个新的领域，大大减少了由于气象原因造成的各种损失。
1969年，苏联发射了第一颗I型气象卫星，采用太阳同步轨道，通常保持2-3颗卫星在相互垂直的轨道平面上运行。这可以提供全球气象数据。后来，这种类型的卫星被流星2系列卫星所取代。流星2号卫星是实现全球覆盖的一系列卫星。
日本发射了两颗地球同步气象卫星，欧洲航天局发射了两颗地球同步轨道气象业务卫星，印度也发射了通信、广播和气象多用途卫星。
中国极地轨道气象卫星和地球静止气象卫星已进入商业运行，在轨卫星为风云1d(2002年发射)和风云2c(2004年发射)。中国是世界上少数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络的重要成员。
美国历史上科学能力最强的气象卫星于2016年11月19日发射升空。地球同步环境卫星- r系列(GOES-R)在距离地球35800公里(约为地球到月球距离的1/10)的最佳位置上，可以捕捉到席卷美国的天气和大气现象的图像。GOES- r能够每30秒拍摄一张图像，比之前GOES气象卫星拍摄时间间隔几分钟快得多。这种快速拍摄功能使气象卫星能够跟踪雷暴、飓风和其他猛烈风暴的发展和变化。
捕风家族
最新的气象卫星，风云一号A/B卫星，使用这种卫星信号反射技术来探测海面风速。随着全球卫星导航系统的成熟，利用卫星导航反射信号(GNSS-R技术)反演反射面物理特性和参数已成为各国的研究热点。《捉风1号》的开发建设正是针对这个方向。卫星发射升空后，Gnss-R台风观测雷达有效载荷开始工作。它接收导航信号并将其发送到海面，实现了广域地毯式搜索和海面风场探测。为什么导航信号可以成为海面风场探测的好帮手，而不用认真对待他们的工作?专家解释说，当导航信号传输到海上时，会发生镜面反射。静浪和大风大浪形成的反射信号有显著差异。
风云家族
中国“风云”家族享誉国外，国内用户超过2500人，接收和利用“风云”卫星数据的国家和地区超过70个。风云系列卫星已被世界气象组织列入国际气象业务卫星序列，是东半球气象预报的主力军。
1969年，周恩来总理指示“我们要发展自己的气象卫星”。经过几十年的发展，中国成功发射了4颗风云一号、7颗风云二号、3颗风云三号卫星，其中风云系列单星为极轨气象卫星，双星为地球静止轨道气象卫星。目前，风云三号卫星已经完全取代风云一号卫星，风云二号卫星也正在被风云四号卫星取代。风云四号是中国第二代地球同步气象卫星，在时间分辨率、空间分辨率、探测光谱和探测要素方面都优于风云二号。
风云一号
1988年9月7日，中国发射了第一颗气象卫星——风云一号太阳同步轨道气象卫星。卫星云图清晰度与美国诺亚号卫星云图相当，但由于机载部件故障，仅工作了39天。随后，又成功发射了4颗风云二号极轨气象卫星和3颗风云二号地球同步气象卫星，经历了从极轨卫星到地球同步卫星、从实验卫星到业务卫星的发展历程。
同时，建成了以接收风云卫星为主，同时接收国外环境卫星为主的卫星地面接收应用系统，在气象防灾减灾、国民经济和国防建设中发挥了重要作用。
目前，中国的极轨气象卫星和地球静止气象卫星已进入商业运行。在轨卫星分别是风云- 1d(2002年发射)和风云- 2c(2004年发射)。中国是世界上少数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络的重要成员。
风云二号
风云二号系列地球同步气象卫星是中国第一代地球同步气象卫星，计划发射7颗卫星，即风云二号A/B/C/D/E/F/G, 2颗实验卫星(风云二号A/B)和6颗运行卫星(风云二号C/D/E/ G/H)。
风云二号自1997年投入使用以来，每15分钟进行一次全球观测，每6分钟进行一次区域观测，为中国和世界气候监测和天气预报提供实时动态数据，预报精度高达90%。
风云三号
风云三号极轨气象卫星的技术指标已达到欧美最新一代气象卫星的水平。从二维遥感成像到三维大气综合探测，从单光学探测到全光谱宽带探测，从千米级观测到百米级观测，从国内网络接收到全球网络接收。
风云四号
2016年12月11日00:11，中国利用长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射了风云四号卫星。
风云四号卫星是中国第一颗从第一代(风云二号)过渡到第二代的地球同步气象卫星。它也是中国第一颗地球同步三轴稳定定量遥感卫星，使用新开发的SAST5000平台，设计寿命为7年。卫星已成功突破高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等20多项核心关键技术，处于国际前沿。它装载了四个先进的有效载荷，其整体性能达到国际先进水平。
风云四号的主要用户是中国气象局。卫星投入使用后，可以更准确地开展气象监测预警、数值预报和气候监测。卫星上安装的闪电成像仪可以在一秒钟内捕获500张闪电图，探测区域内闪电的频率和强度，并在中国首次提供闪电预警。风云四号可以每3分钟观测一次台风区域，可以弥补目前在轨卫星云图分辨率较低的不足。它还将为灾害与环境监测、人工影响天气和空间天气研究提供有力支持。
风云五号
2022年11月，据报道，中国已经启动了第三代风云低地球轨道气象卫星——风云五号的初步研究，目前正在进行新一代卫星技术的研究。
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