《衛(wèi)星氣象學(xué)》第4章-美國氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)-5-NOAA

1、4.6 NOAA系列衛(wèi)星 4.6.1 NOAA極軌衛(wèi)星系列 4.6.2 NOAA靜止衛(wèi)星系列4.6.1 NOAA極軌衛(wèi)星系列 衛(wèi)星發(fā)展歷程 儀器介紹 NOAA系列衛(wèi)星應(yīng)用美國氣象衛(wèi)星發(fā)展歷程美國的極軌氣象衛(wèi)星美國是最先把空間衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于大氣科學(xué)的國家之一，美國民用氣象衛(wèi)星的具體目標(biāo)是：（1）系統(tǒng)定時(shí)地對全球大氣系統(tǒng)進(jìn)行晝夜監(jiān)視，提供大氣溫度、水汽、風(fēng)、云分布等資料，并直接向地面發(fā)送（2）收集轉(zhuǎn)發(fā)浮標(biāo)、船舶、自動(dòng)氣象站、飛機(jī)和氣球等觀測平臺的觀測資料（3）提供業(yè)務(wù)用的衛(wèi)星資料產(chǎn)品、發(fā)展衛(wèi)星資料應(yīng)用技術(shù)美國的極軌氣象衛(wèi)星歷經(jīng)試驗(yàn)、第一代業(yè)務(wù)衛(wèi)星ESSA（艾薩）、第二代業(yè)務(wù)衛(wèi)星（ITOS-NO

2、AA15）、第三代業(yè)務(wù)衛(wèi)星（TIROS-N/NOAA67）,（ATN衛(wèi)星），至今已發(fā)展到NOAA-N業(yè)務(wù)衛(wèi)星。它的總名稱為TIROS系列衛(wèi)星（TIROS），其意思是電視紅外觀測衛(wèi)星簡稱，分為試驗(yàn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用兩個(gè)階段。TIROS試驗(yàn)衛(wèi)星從1960-1965年為TIROS系列衛(wèi)星試驗(yàn)階段，共發(fā)射10顆，其編號為AJ。主要目的是對氣象衛(wèi)星軌道、觀測儀器、姿態(tài)控制、資料傳輸?shù)软?xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為建立氣象業(yè)務(wù)系列衛(wèi)星作準(zhǔn)備。衛(wèi)星帶有廣角、中角和窄角光導(dǎo)攝像機(jī)和中、低分辨率紅外輻射儀等，獲取了數(shù)十萬張衛(wèi)星云圖照片。第一代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星從1966年至今，TIROS衛(wèi)星進(jìn)入業(yè)務(wù)運(yùn)行階段，其中1966-1969年為

3、第一代業(yè)務(wù)極軌應(yīng)用氣象衛(wèi)星，稱為TOS（托斯）/ESSA（艾薩）系列衛(wèi)星， TOS 是TIROS業(yè)務(wù)衛(wèi)星的簡稱，衛(wèi)星進(jìn)入軌道后命名為ESSA衛(wèi)星，意為環(huán)境勘測，共有9顆衛(wèi)星。第一代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星采取太陽同步軌道，高度為1400km。周期為114min，傾角101o，“滾輪式”自旋穩(wěn)定，儀器位于衛(wèi)星側(cè)面；采用雙星系統(tǒng)，分為偶數(shù)號2、4、6、8和奇數(shù)號1、3、5、7、9，其中奇數(shù)號帶有高級光導(dǎo)照相系統(tǒng)（AVCS），資料由指令站接收，提供全球平鑲云圖；偶數(shù)號攜帶兩臺光導(dǎo)攝像機(jī)，裝有自動(dòng)圖片發(fā)射裝置（APT），每條軌道有12幅圖，每幅圖覆蓋范圍為3330km3330km，星下點(diǎn)分辨率為3.4km。世界各

4、地都可以接收該衛(wèi)星資料。19701879年為第二代業(yè)務(wù)應(yīng)用氣象衛(wèi)星，稱之為ITOS（艾托斯）/NOAA（諾阿）衛(wèi)星，是改進(jìn)的TIROS業(yè)務(wù)的意思。于1970年1月23日發(fā)射的ITOS-1具有ESSA的聯(lián)合功能，其原型為TIROS-M。衛(wèi)星采用三軸定向穩(wěn)定姿態(tài)，儀器能始終面對地球觀測和獲取充足的太陽能。它帶有光導(dǎo)攝像系統(tǒng)和兩通道掃描輻射儀（SR），能獲取晝夜云圖。第二代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星第二顆衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，美國國家大氣海洋管理局成立，此時(shí)衛(wèi)星由該組織負(fù)責(zé)，改名為NOAA-1（諾阿1號），而ITOS-D（NOAA-2）衛(wèi)星有了更大的改進(jìn)，增加了甚高分辨率輻射（VHRR），取消了光導(dǎo)攝像機(jī)，還增加了大氣溫度

5、廓線儀（VTPR）及太陽質(zhì)子監(jiān)視器（SPM）等，能獲取大氣垂直溫度分布。1978年至1990年代后期，是第三代TIROS業(yè)務(wù)應(yīng)用氣象衛(wèi)星。其中第一顆TIROS-N是這一代的先行衛(wèi)星，后繼衛(wèi)星以NOAA命名。第三代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星NOAA衛(wèi)星示意圖TRIOS-N/NOAA-6/7衛(wèi)星NOAA的軌道是接近正圓的太陽同步軌道，軌道高度為870千米和833千米，軌道傾角為98.9和98.7，周期為101.4分鐘NOAA的應(yīng)用目的是日常的氣象業(yè)務(wù)，平時(shí)有兩顆衛(wèi)星運(yùn)行。由于一顆衛(wèi)星可以每天至少可以對地面同一地區(qū)進(jìn)行兩次觀測，所以兩顆衛(wèi)星就可以進(jìn)行四次以上的觀測NOAA系列衛(wèi)星是雙星組成的極地軌道衛(wèi)星，三軸穩(wěn)定

6、，對地定向觀測，平均軌道高度約為 850km，衛(wèi)星傾角98.739度，運(yùn)行周期102分鐘。衛(wèi)星每天繞地球飛行14.2圈，能夠?qū)崿F(xiàn)每24小時(shí)可見光通道覆蓋全球一次，紅外通道覆蓋全球2次。每條軌道經(jīng)過赤道的經(jīng)度隨著地球的自轉(zhuǎn)發(fā)生變化。第三代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星最初衛(wèi)星攜帶的有：（1）先進(jìn)的甚高分辨率輻射計(jì)（AVHRR-1）,該儀器有45個(gè)通道；（2）TIROS業(yè)務(wù)垂直探測器（TOVS），它包括：高分辨率紅外探測器（HIRS/2）、平流層探測單元（SSU）、微波探測單元（MSU）；（3）空間環(huán)境監(jiān)測器（SEM）（4）資料收集系統(tǒng)（DCS）相對于第二代業(yè)務(wù)應(yīng)用衛(wèi)星，第三代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)有很強(qiáng)的功能，表現(xiàn)為：

7、（1）增加了觀測次數(shù)，保持同時(shí)有兩顆衛(wèi)星運(yùn)行工作，上午和下午各一顆；（2）增加了觀測通道數(shù)和儀器，由原來的兩個(gè)通道增加到5個(gè)通道；（3）加強(qiáng)了星上對衛(wèi)星信息的處理功能（4）采用數(shù)字傳輸，提高了數(shù)據(jù)發(fā)送速率和抗干擾能力；（5）擴(kuò)大了資料的應(yīng)用范圍，衛(wèi)星資料不僅用于氣象，而且廣泛用于農(nóng)業(yè)、海洋、地理等許多領(lǐng)域；（6）增加了數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)第四代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星隨著衛(wèi)星探測技術(shù)的不斷發(fā)展，1983年8月發(fā)射的NOAA-E（編號為NOAA-8）衛(wèi)星對第三代業(yè)務(wù)衛(wèi)星進(jìn)行改進(jìn)，成為先進(jìn)的TIROS-N（ANT），其改進(jìn)主要有：（1）增加了一個(gè)搜集救援系統(tǒng)（2）增加了太陽后向紫外散射輻射儀（3）地球輻射收支儀NOA

8、A-9至NOAA-14作為備用的第四代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星1998年NOAA-K發(fā)射成功（即NOAA-15），標(biāo)志著開始美國第五代業(yè)務(wù)衛(wèi)星，衛(wèi)星裝有先進(jìn)的微波探測單元，取代平流層探測單元（SSU）和微波探測單元（MSU），它由15個(gè)通道的微波溫度探測器AMSU-A和5通道的微波濕度探測單元AMSU-B二者合成；而HIRS/2則為HIRS/3替代，AMSU和HIRS/3協(xié)同組成新一代的ATOVS，替代原有的TOVS系統(tǒng)。AVHRR新增加一個(gè)1.6m（1.581.64 m ）的觀測通道成為AVHRR/3，它與紅外短波窗區(qū)3.7 m（3.553.93 m ）交替使用，即白天采用1.6m通道工作，晚上用3.7

9、 m工作。另外，通道2由原來的0.7251.10 m改為0.840.87 m。對AVHRR/3進(jìn)行改進(jìn)的目的是進(jìn)一步加強(qiáng)對地表生物的監(jiān)測、對積雪和云的區(qū)分、加強(qiáng)對氣溶膠的探測能力。第五代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星先進(jìn)的微波探測單元（AMSU-A/AMSU-B）的主要目的是：（1）探測有云情況下的大氣溫、濕分布；（2）探測陸地、海洋和降水；（3）區(qū)分海冰；（4）探測雪蓋范圍和雪的狀況（融化程度和堅(jiān)硬程度）；（5）得到有限程度的土壤濕度。衛(wèi)星名稱發(fā)射日期結(jié)束日期TIROS-N1978.10.131981.2.27NOAA-6(NOAA-A)1979.6.271987.3.31NOAA-7(NOAA-C)1981

10、.6.231986.6.7NOAA-8(NOAA-E)1983.3.281985.12.29NOAA-9(NOAA-F)1984.12.121998.2.13NOAA-10(NOAA-G)1986.9.172001.8.30NOAA-11(NOAA-H)1988.9.242004.6.16NOAA-12(NOAA-D)1991.5.142007.8.10NOAA-13(NOAA-I)1993.8.91993.8.21NOAA-14(NOAA-J)1994.12.302007.5.23NOAA-15(NOAA-K)1998.3.13NOAA-16(NOAA-L)2000.9.21NOAA-17(

11、NOAA-M)2002.6.24NOAA-18(NOAA-N)2005.5.20NOAA系列衛(wèi)星在軌時(shí)間NOAA系列衛(wèi)星攜帶儀器衛(wèi)星名稱攜帶儀器TIROS-NAVHRR/1,HIRS/2,SSU,MSU,SEM,DCSNOAA-6(NOAA-A)AVHRR/1,HIRS/2,SSU,MSU,SEM,DCSNOAA-7(NOAA-C)AVHRR/2,HIRS/2,SSU,MSU,SEM,DCSNOAA-8(NOAA-E)AVHRR/1,HIRS/2,SSU,MSU,SEM,DCS,SARNOAA-9(NOAA-F)AVHRR/2,HIRS/2,MSU,DCS,ERBE,SBUV/2,SARNOA

12、A-10(NOAA-G)AVHRR/1,HIRS/2,MSU,SEM,DCS,ERBE,SARNOAA-11(NOAA-H)AVHRR/2,HIRS/2,MSU,SBUV/2,SEM,DCS,S&RNOAA-12(NOAA-D)AVHRR/1,HIRS/2,MSU,DCSNOAA-13(NOAA-I)AVHRR/2,HIRS/2,MSU, SSU,SBUV/2,SEM,DCS,S&RNOAA-14(NOAA-J)AVHRR/2,HIRS/2,MSU,SSUNOAA-15(NOAA-K)AVHRR/3,HIRS/3,AMSU,SEM/2,DCSNOAA-16(NOAA-L)AVHRR/3,HIR

13、S/3,AMSU,SEM/2,DCS,SBUV/2NOAA-17(NOAA-M)AVHRR/3,HIRS/3,AMSU,SEM/2,DCS,SBUV/2NOAA-18(NOAA-N)AVHRR/3,HIRS/4,AMSU-A,SEM/2,MHS,SBUV/2NOAA-M(17)在2002年10月15日取代NOAA-15，作為上午“工作”星。在2003年10月30日，AMSU-A1由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障而停用，但其他儀器仍然正常。NOAA-N(18)在2005年5月20日取代NOAA-16，作為目前下午“工作”星。SNUV/2發(fā)動(dòng)機(jī)裝置在2008年5月斷路，但幾周之后恢復(fù)正常。NOAA-18首次攜帶了微

14、波濕度探測器（MHS）1966年美國第1代業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)“艾薩”投入業(yè)務(wù)運(yùn)行服務(wù)，提供了由光導(dǎo)照相系統(tǒng)獲得的全球云圖。自1966年至1978年，前后經(jīng)過二十年的發(fā)展，歷經(jīng)“艾薩”、“諾阿”(NOAA，又稱改進(jìn)型泰羅斯) 和“泰羅斯-N/諾阿” (TIROS-N/NOAA)三代的更新，實(shí)現(xiàn)了晝夜云圖的業(yè)務(wù)化，使氣象衛(wèi)星具有連續(xù)監(jiān)視天氣系統(tǒng)生命史的能力，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星資料以高分辨率圖像傳輸(HRPT)方式傳給用戶，使衛(wèi)星應(yīng)用從定性走向定量。自NOAA-6之后，該系列及其改進(jìn)型衛(wèi)星一直延續(xù)到今天。其第5代業(yè)務(wù)極軌氣象衛(wèi)星NOAA-K、L、M、N、N系列的第一顆NOAA-K于1998年5月發(fā)射(發(fā)射后稱

15、NOAA-15)。1994年5月美國決定將現(xiàn)有NOAA民用極軌氣象衛(wèi)星和“國防氣象衛(wèi)星”(DMSP)合并為“國家極軌環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)”(NPOESS)，以節(jié)省經(jīng)費(fèi)。2003年開始，美國和歐盟達(dá)成協(xié)議，共同運(yùn)行極軌氣象衛(wèi)星系統(tǒng)。美國提供下午軌道的衛(wèi)星，而歐盟提供上午軌道的衛(wèi)星，美國NOAA-N氣象衛(wèi)星(2003年發(fā)射，下午軌道)和歐盟的METOP-1氣象衛(wèi)星(2002年發(fā)射，上午930軌道)成對運(yùn)行，這樣每隔4小時(shí)就有1條衛(wèi)星軌道，可獲取時(shí)間均勻分布的觀測資料。小結(jié)儀器介紹（ AVHRR/3，HIRS/3，AMSU ）NOAA是太陽同步極軌衛(wèi)星，采用雙星運(yùn)行，同一地區(qū)每天可有四次過境機(jī)會。第五代（N

16、OAA-1518）傳感器采用改進(jìn)型甚高分辨率輻射儀（AVHRR/3），和先進(jìn)TIROS業(yè)務(wù)垂直探測器（ATOVS），包括高分辨率紅外輻射探測儀（HIRS-3）、先進(jìn)的微波探測裝置A型（AMSU-A）和先進(jìn)的微波探測裝置B型（AMSU-B）NOAA 氣象衛(wèi)星的軌道每天向東(或向西) 漂移6左右,大約1 周或稍長時(shí)間內(nèi)星下點(diǎn)會重復(fù)一次。對同一地點(diǎn)不同日期,NOAA AVHRR 掃描輻射計(jì)所獲得的數(shù)據(jù)分辨率是不同的,在星下點(diǎn)為1.1km 1.1 km ,觀測角50時(shí),遠(yuǎn)離星下點(diǎn)為2.3km 4.2km左右。通道序號波長范圍（m）主要用途 1 0.580.68 白天的云、雪、海水和地表圖像2 0.72

17、51.00 水體邊界、植被覆蓋、冰雪融化3a*1.581.64 雪/ 冰識別、制圖3b*3.553.93 海面溫度、高溫?zé)嵩础⒁雇碓茍D410.3011.30晝夜圖像、海表和地表溫度、土壤濕度 511.5012.50 晝夜圖像、海表和地表溫度、土壤濕度甚高分辨率輻射儀（AVHRR/3） AVHRR是NOAA系列衛(wèi)星的主要探測儀器，它是一種五光譜通道的掃描輻射儀，各光譜通道的波長范圍及地面分辨率見下表。星上探測器掃描角為55.4，相當(dāng)于探測地面2800km寬的帶狀區(qū)域，兩條軌道可以覆蓋我國大部分國土，三條軌道可完全覆蓋我國全部國土。 AVHRR的星下點(diǎn)分辨率為1.1km。由于掃描角大，圖像邊緣部分

18、變形較大，實(shí)際上最有用的部分在15范圍內(nèi)（15處地面分辨率為 1.5km），這個(gè)范圍的成象周期為6天。為了用于洲級及全球范圍的研究，AVHRR數(shù)據(jù)經(jīng)常被重采樣形成空間分辨率更低的數(shù)據(jù)。目前有兩種全球尺度的AVHRR數(shù)據(jù)：NOAA全球覆蓋（Global Area Coverage，GAC）數(shù)據(jù)和NOAA全球植被指數(shù)（Global Vegetation Index，GVI）數(shù)據(jù)（Kidwell1990）。GAC是通過對原始AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣而生成，空間分辨率為4km，由5個(gè)AVHRR的原始波段組成，沒有經(jīng)過投影變換；GVI是對GAC數(shù)據(jù)的進(jìn)一步采樣而得到，空間分辨率為15km或更粗，經(jīng)過投影

19、變換。此外，為了減少云的影響，GVI是由連續(xù)7天圖像中NDVI值最大的像元所組成。美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）從1982年起就生產(chǎn)GVI數(shù)據(jù)。國際上已有若干相關(guān)NOAA AVHRR 數(shù)據(jù)集,其中美國NOAA 和NASA 發(fā)起的Pathfinder AVHRR 陸地?cái)?shù)據(jù)集以及IGBP 全球陸地1km AVHRR 數(shù)據(jù)集都是基于全球尺度的,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于全球環(huán)境變化研究的各個(gè)領(lǐng)域中。AVHRR 數(shù)據(jù)集主要應(yīng)用于植被生態(tài)系統(tǒng)的研究與監(jiān)測,包括森林(尤其是生物量與火災(zāi)監(jiān)測) 、碳循環(huán)、凍土、草原監(jiān)測、農(nóng)作物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)、土地覆蓋與土地利用、城市熱島、陸地和冰雪制圖, 此外還用于海平面溫度、各

20、種能量平衡等相關(guān)生物物理參數(shù)的提取AVHRR資料的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：一方面是大尺度區(qū)域（包括國家、洲乃至全球）調(diào)查，這方面的應(yīng)用，氣象衛(wèi)星遙感具有其他遙感所無法相比的優(yōu)勢。目前已經(jīng)開展過的工作包括美國本土的土地覆蓋調(diào)查（Loveland et al., 1991）、非洲的土地覆蓋調(diào)查（Tucker et al., 1985）、南美土地覆蓋調(diào)查（Townshend et al., 1987）以及全球的土地覆蓋調(diào)查（Defries 1994）等，應(yīng)用的方法一般是采用多時(shí)相分類的方法對1km空間分辨率的AVHRR數(shù)據(jù)或更低空間分辨率的GAC或GVI數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；AVHRR資料的應(yīng)用另一方面是中小尺

21、度區(qū)域的調(diào)查，這方面的應(yīng)用主要是由于目前高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的獲取比較困難，遙感調(diào)查的實(shí)時(shí)性較差，利用AVHRR數(shù)據(jù)來獲得宏觀的、實(shí)時(shí)的、能達(dá)到一定精度的地面信息。應(yīng)用的方法通常是針對AVHRR數(shù)據(jù)空間分辨率低的缺陷，采用混合像元分解技術(shù)對AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。AVHRR資料的應(yīng)用AMSUAMSU(Advanced Microwave Sounding Unit)是美國第五代極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系列NOAA-K，L，M所攜帶的一種高級微波探測器，它是由原來TIROS系列極軌衛(wèi)星上搭載的4通道微波探測器MSU(Microwave Sounding Unit)改進(jìn)而來的。1998年5月13日，首次攜

22、帶AMSU的NOAA-K發(fā)射成功，入軌后更名為NOAA-15。AMSU的掃描寬度為2343km，由AMSU-A(包括兩個(gè)獨(dú)立的模塊AMSU-Al、AMSU-A2)和AMSU-B兩部分構(gòu)成，下表列出了AMSU各通道的光譜特征及主要探測目的。 搭載MSU/AMSU的NOAA系列衛(wèi)星的運(yùn)行時(shí)段AMSU的光譜特征及主要探測目的AMSU-AAMSU-A的每個(gè)頻AMSU-A是一個(gè)15通道微波輻射計(jì)，其中: AMSU-A2的2個(gè)通道頻率最低，為K波段的1通道和Ka波段的2通道:AMSU-Al共有13個(gè)通道，包括12個(gè)V波段通道(3-14通道)和一個(gè)W波段通道(15通道) 。天線波瓣寬度3.3o(半功率點(diǎn)處)

23、，采用步進(jìn)掃描方式，每8秒鐘進(jìn)行一次抽樣掃描，得到30個(gè)相鄰像元的亮溫，星下點(diǎn)分辨率為50km。AMSU-A觀測全球大氣從700hPa的氣壓高度到地球表面的垂直溫度廓線，并提供大氣中以各種形式存在的水的信息(小冰粒子除外，因?yàn)樵谖⒉úǘ嗡峭该鞯?。AMSU-BAMSU-B是一個(gè)5通道微波輻射計(jì)，處于AMSU的16-20通道，用于觀測來自不同高度的大氣層的輻射，獲得全球的濕度廓線。AMSU-B的18-20通道是頻率最高的，分布在最強(qiáng)的水汽吸收線183GHz附近，提供大氣的濕度層資料:16-17通道的頻率分別為89GHz、150GHz，可以深入地穿透大氣層到達(dá)地球表面。反演出云中液態(tài)水、大氣可降

24、水。在AMSU的20個(gè)通道中，AMSU-A2的1-2通道是窗區(qū)通道，AMSU-Al的3-4和15通道為窗區(qū)通道，AMSU-B的16-17通道也是窗區(qū)通道，探測高度可以到達(dá)地表。目前，由AMSU微波資料不僅可以獲取大氣溫度廓線、濕度廓線，而且還可以通過反演獲得降水量、云中液態(tài)水含量、海冰濃度、云中冰晶含量、雪蓋、雪深、地表溫度、地表濕度等多種大氣、陸地和海洋參數(shù)。HIRS/3是HIRS/2的改進(jìn)型其性能基本與HIRS/2相同，仍為20個(gè)通道，由19個(gè)紅外通道和1個(gè)可見光通道組成。其中7個(gè)通道位于15m長波CO2吸收帶、4個(gè)通道位于4.3m短波N2O (CO2)吸收帶，主要是用于探測大氣溫度的垂直

25、分布：2個(gè)位于6.7m水汽吸收帶的通道是用于探測大氣濕度的垂直分布；位于9.7m的O3吸收帶是用來探測臭氧總含量的，其余幾個(gè)通道主要是用于探測地表溫度和云檢測。 HIRS/3具有較高的空間分辨率，其觀測通道非常具有代表性，在云監(jiān)測、大氣廓線反演等方面有廣泛的應(yīng)用。HIRS/3（高分辨率紅外大氣探測器）(High Resolution Infrared Sounder ) HIRS/3的光譜特征及主要探測目的:NOAA系列衛(wèi)星應(yīng)用2004年1月26日NOAA-17觀測到的北半球極光的位置和大小由AVHRR和AMSU-A傳感器獲得的冰雪產(chǎn)品，圖中顯示的是2008年1月17日北美冰雪分布情況，其中白

26、色的代表雪，黃色的代表海冰2008年3月24日由NOAA-18 AVHRR的總云分?jǐn)?shù)分布圖?？傇品?jǐn)?shù)代表著天空被覆蓋的程度，用于研究地球的輻射收支。2008年11月5日大氣頂處向外發(fā)射的長波輻射通量分布圖，由NOAA-18夜間觀測反演得到。NESDIS AVHRR OLR產(chǎn)品被用來監(jiān)測全球氣候變化及反演全球降水指數(shù)。而NESDIS 輻射收支產(chǎn)品包括日、月、季節(jié)、年平均的向外發(fā)射的長波輻射和吸收的短波輻射NOAA-18搭載的AMSU-A和MHS反演的總降水量2007年10月27日南半球臭氧含量的分布圖由NOAA-18中的AMSU-A和MHS獲得的2008年4月7日500mba處的大氣溫度由NOA

27、A-18中的AVHRR觀測到的2008年7月14日的阿拉斯加Umnak島的Okmak火山的火山灰4.6.2 NOAA靜止衛(wèi)星系列主要內(nèi)容GOES衛(wèi)星基本概況GOES衛(wèi)星的發(fā)展歷程GOES衛(wèi)星應(yīng)用舉例GOES衛(wèi)星基本概況美國的靜止氣象衛(wèi)星也經(jīng)歷了試驗(yàn)和業(yè)務(wù)兩個(gè)階段：試驗(yàn)階段的衛(wèi)星是應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星ATS系列，業(yè)務(wù)衛(wèi)星為GOES系列。1966年美國在原主要用于通信試驗(yàn)的“應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星”（ATS）上裝載了云圖相機(jī)，每半小時(shí)拍攝1次。ATS衛(wèi)星運(yùn)行在地球靜止軌道，其成功促使美國發(fā)展專門用于氣象業(yè)務(wù)的GOES, ATS衛(wèi)星為美國發(fā)展并建立GOES衛(wèi)星系列打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。美國第一顆業(yè)務(wù)靜止氣象衛(wèi)星GOES-1

28、于1975年10月發(fā)射，迄今已發(fā)射15顆。GOES(Geostationary Operational Environmental Satellites)是美國NOAA的靜止軌道業(yè)務(wù)衛(wèi)星系列，采用雙星運(yùn)行體制，GOES-East衛(wèi)星和GOES-West衛(wèi)星分別定點(diǎn)在75W和135W的赤道上空，覆蓋范圍為20W165E，占近1/3地球面積。每天24小時(shí)連續(xù)對西半球上空進(jìn)行氣象觀測。衛(wèi)星還能收集和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)收集平臺的氣象觀測數(shù)據(jù)。135oW75oWGOES掃描情況 GOES衛(wèi)星的發(fā)展歷程衛(wèi)星名稱發(fā)射日期衛(wèi)星重量（kg）周期（min）近地點(diǎn)（km）遠(yuǎn)地點(diǎn)（km）傾角（o） 儀器GOES-1(A)197

29、5.10.16 6271436.7 35797 35804 6.7VISSR,SEM,DCPGOES-2(B)1977.6.16 6271436.1 35757 35821 5.8VISSR,SEM,DCPGOES-3(C)1978.6.16 6271436.0 35781 35795 3.7VISSR,SEM,DCP第一代業(yè)務(wù)靜止衛(wèi)星VISSR：可見光和紅外自旋掃描輻射計(jì)； SEM：空間環(huán)境檢測器； DCP： 資料收集平臺； 衛(wèi)星名稱發(fā)射日期衛(wèi)星重量（kg）周期（min）近地點(diǎn)（km）遠(yuǎn)地點(diǎn)（km）傾角（o） 儀器GOES-4(D)1980.9.9 8351435.9 35771 35802

30、 3.1VAS,SEM,DCPGOES-51981.5.22 8351435.8 35781 35788 0.1VAS,SEM,DCPGOES-61983.4.28 8351437.8 3578235864 0.1VAS,SEM,DCPGOES-71987.2.26 8351436.1 35783 35796 0.1VAS,SEM,DCP第二代業(yè)務(wù)靜止衛(wèi)星 VAS： 可見光和紅外自旋掃描大氣輻射探測器； SEM：空間環(huán)境檢測器； DCP： 資料收集平臺； 第三代業(yè)務(wù)靜止衛(wèi)星-GOES-I/M1994年4月13日首顆第3代業(yè)務(wù)靜止氣象衛(wèi)星GOES-8(GOES-I)發(fā)射成功，定點(diǎn)于75oW赤道上

31、空，為GOES東衛(wèi)星。它采用三軸穩(wěn)定，除成像儀外，星上還裝載了獨(dú)立的大氣探測器。第3代業(yè)務(wù)靜止氣象衛(wèi)星總共包括5顆衛(wèi)星（GOES-I/M）。GOES-8Spacecraft Letter:I Spacecraft Location: 4 deg/day West Drift AOCS Mode:L2 Launch Date:04/13/1994 Operational Date: 11/01/1994 Operational Status: Decommissioned(退役） Notes:GOES-8 was de-comissioned on May 5, 2004 GOES-9Space

32、craft Letter:J Spacecraft Location: 5 deg/day West Drift AOCS Mode:L1 Launch Date:05/23/1995 Operational Date: 09/30/1995 Operational Status: Decommissioned（退役）Notes:GOES-9 was de-commissioned on June 15, 2007GOES-10Spacecraft Letter:K Spacecraft Location: 4 deg/day West Drift AOCS Mode:V - yaw flip

33、 Launch Date:04/25/1997 Operational Date: 07/07/1998 Operational Status: Decommissioned （退役） Notes:GOES-10 was de-commissioned on December 2, 2009 GOES-11Spacecraft Letter:L Spacecraft Location: 4.5 deg/day West Drift AOCS Mode:V-MODE Launch Date:05/03/2000 Operational Date: 06/21/2006 Operational S

34、tatus: Decommissioned （退役） Notes:GOES-11 was decommissioned on December 16, 2011.GOES-12Spacecraft Letter:M Spacecraft Location: 60 West AOCS Mode:V Mode Launch Date:07/23/2001 Operational Date: 04/01/2003 Operational Status:South America 第三代GOES的特點(diǎn) 美國現(xiàn)使用的是第3代靜止氣象衛(wèi)星。與前兩代靜止氣象衛(wèi)星相比，第3代的最大特點(diǎn)是改用三軸穩(wěn)定方式，且星

35、上垂直探測器和成像儀可同時(shí)獨(dú)立進(jìn)行探測。通過這些改進(jìn)，衛(wèi)星可獲得連續(xù)和更為精確的觀測資料。 這一代靜止氣象衛(wèi)星的觀測能力有重大改進(jìn)。其成像儀有5個(gè)通道，大氣垂直探測儀有19個(gè)通道，它們獨(dú)立同時(shí)探測，不僅使觀測精度大大提高，且探測區(qū)域可在東西、南北兩個(gè)方向靈活控制，觀測頻次大為增加，這些功能對改進(jìn)中小尺度天氣系統(tǒng)的監(jiān)視是十分有意義的。這一代衛(wèi)星比上一代衛(wèi)星的改進(jìn)之處如下：第三代GOES儀器性能的改進(jìn)(1) 成像儀通道增加，從2個(gè)通道增加到5個(gè)通道。靈敏度提高，探測器的等效噪聲溫差提高到0.140.3K。成像區(qū)域東西及南北方向均靈活可控，全圓盤圖成像時(shí)間為30min，3 000km3 000km區(qū)

36、域需3min，1 000km1000km區(qū)域需40s。由于成像區(qū)域靈活可變，因此觀測頻次可以增加。數(shù)據(jù)量化等級提高10bit。(2) 垂直探測 垂直探測器通道數(shù)從12個(gè)增加到19個(gè)，分辨率從14km提高到8km，且靈敏度提高，探測時(shí)間縮短，探測3 000km3 000km區(qū)域只需42min。在靜止氣象衛(wèi)星上裝載垂直探測儀器，可以得到高頻次的大氣溫度、濕度分布資料，這對中尺度系統(tǒng)天氣的分析預(yù)報(bào)和中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式都有極大的作用。(3) 衛(wèi)星姿態(tài) 衛(wèi)星的姿態(tài)從自旋穩(wěn)定改為三軸穩(wěn)定，不但成像區(qū)域靈活可變，而且使得成像和垂直探測可以同時(shí)獨(dú)立進(jìn)行。采用三軸穩(wěn)定后，原始資料傳輸?shù)拇a速率下降。這樣，低分辨率

37、模擬云圖（WEFAX）廣播與成像及垂直探測也能同時(shí)進(jìn)行。采用三軸穩(wěn)定后，還可使衛(wèi)星定位精度提高，這對于測風(fēng)精度的提高很有利。2001年7月23日入軌的GOES12，除裝有用于監(jiān)視地球大氣層的氣象儀器外，還帶有用于監(jiān)視來自太陽大氣層X射線的首臺工作型儀器設(shè)備太陽X射線成像儀（SXI）。所以，這顆衛(wèi)星除了用于探測地球氣象環(huán)境外，還對太陽耀斑進(jìn)行連續(xù)觀測。它是第1顆搭載SXI的靜止氣象衛(wèi)星，可對太陽的熾熱大氣每分鐘拍攝一次，為美國國家海洋大氣局、航宇局和美國空軍提供最新的太陽耀斑信息。太陽耀斑會中斷衛(wèi)星和其它電子敏感系統(tǒng)的工作，而獲取太陽耀斑信息有助于精確預(yù)報(bào)地磁風(fēng)暴和太陽輻射風(fēng)暴，故SXI具有里程

38、碑意義。GOES-12攜帶的額外儀器新一代業(yè)務(wù)靜止衛(wèi)星GOES-N(GOES-13)GOES-O(GOES-14)GOES-P (GOES-15)GOES-13Spacecraft Letter:N Spacecraft Location: 75 West AOCS Mode:Normal Upright Launch Date:05/24/2006 Operational Date: 04/14/2010 Operational Status:Operational East Notes:GOES-13 resumed GOES-East services at 1445z on Octob

39、er 18, 2012.GOES N final orbit target: Orbit apogee （遠(yuǎn)地點(diǎn)） altitude 18,994 nm; Orbit perigee（近地點(diǎn)） altitude 3,576 nm; Inclination 12.0 deg攜帶了一個(gè)成像計(jì)，一個(gè)探測器和一套其他的空間環(huán)境監(jiān)測儀器。陸地成像儀：擁有個(gè)通道，功能最強(qiáng)，難度最大的遙感器成像儀，能夠得到陸地表面、海洋、云及強(qiáng)風(fēng)暴的發(fā)展過程的可見光圖像和紅外圖像。多光譜探測器: 提供了大氣的垂直溫度和濕度廓。此外，探測到的數(shù)據(jù)可以用以模式，用于中長期天氣預(yù)報(bào)。 X-ray成像儀 : 除了地面成像儀， GO

40、ES-N 還增加了太陽 X射線 成像儀，對太陽耀斑和其他現(xiàn)象進(jìn)行檢測和預(yù)警。 這種預(yù)警是很重要的，因?yàn)樘栆叩挠绊懖粌H在高空飛行的人類安全，如載人航天飛行，也會對軍事和商業(yè)衛(wèi)星通信造成很大影響太空環(huán)境檢測器(SEM): 由以下三個(gè)儀器組成(1) 高能粒子傳感器組群，觀測在地球同步軌道上的高能粒子，包括質(zhì)子，電子，和粒子(2)兩個(gè)磁強(qiáng)計(jì)傳感器，測量地球磁場的大小，方向及變化，并提供的太陽風(fēng)的突然沖擊地球磁層的警報(bào)。(3) 一個(gè)太陽x射線 傳感器(XRS), 用于觀察和測量太陽射線的排放量。實(shí)時(shí)觀測太陽耀斑的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，為無線電通訊和全球定位系統(tǒng)的提供中斷警報(bào)。 GOES-N衛(wèi)星上的新型太陽

41、X射線成像儀比樣機(jī)具有更大的空間分辨率，與一些高端家用攝像機(jī)類似，其具有主動(dòng)內(nèi)部振動(dòng)補(bǔ)償功能(衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，也能提供穩(wěn)定的圖片)。此外，更為復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制使其能夠自動(dòng)反應(yīng)太陽狀態(tài)的變化。太陽X射線成像儀將觀測太陽耀斑、日冕物質(zhì)噴發(fā)、冕洞和電磁波譜6-60埃X射線范圍內(nèi)的活動(dòng)區(qū)域。這些太陽活動(dòng)是太空天氣的主要干擾源，能引發(fā)地磁暴。太陽X射線成像儀還將檢查耀斑特性，新出現(xiàn)的活動(dòng)區(qū)域和太陽上的X射線明亮點(diǎn)。太陽X射線成像儀能夠提供對日冕的連續(xù)的近實(shí)時(shí)觀測，每分鐘都能獲得全太陽盤面的圖像。圖像能夠覆蓋42弧分的視場，像素達(dá)5弧秒。 GOES-N將加入一個(gè)氣象衛(wèi)星系列，為氣象學(xué)家和公眾提供實(shí)時(shí)的環(huán)境信息

42、。GOES系列可用圖表顯示風(fēng)暴的強(qiáng)度、路徑及范圍。對迫近的惡劣天氣的早期預(yù)報(bào)增強(qiáng)了公眾避難和保護(hù)財(cái)產(chǎn)的能力。GOES系列服務(wù)于太平洋中部和東部；北、中和南美洲；大西洋中部及西部。該系列包括GOES-10、11和12；GOES-N發(fā)射后不久將更名為GOES-13。該衛(wèi)星是GOES N-P系列的首顆衛(wèi)星，該系列衛(wèi)星可持續(xù)地實(shí)時(shí)進(jìn)行觀測和測量氣象，可為氣象學(xué)界和研究大氣的科學(xué)家提供改進(jìn)的觀測和測量數(shù)據(jù)。GOES-13觀測到的一次颶風(fēng)過程GOES-13 0.63 m visible images + surface reportsGOES-13 6.5 m water vapor channel im

43、ages GOES-14Spacecraft Letter:OSpacecraft Location: 105 West AOCS Mode:Storage mode Launch Date:06/27/2009 Operational Date: Operational Status:On-Orbit Storage Notes:GOES-14 has been commanded to storage mode at 105 W longitude on February 13, 2013GOES-O final orbit target： Orbit apogee altitude18,994 nm；Orbit perigee altitude 3,576 nm；Inclination 12.0 deg由波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司為美國國家海洋和大氣管理署(NOAA)制造,日常管理由美航天局戈達(dá)德航天中心負(fù)責(zé),其使用壽命約為10年。GOES-O衛(wèi)星（ G