極軌氣象衛(wèi)星及其AVHRR介紹

極軌氣象衛(wèi)星及其AVHRR介紹較低的軌道上以較高的地面區(qū)分率對全球進展監(jiān)測。目前在軌運行的業(yè)務(wù)極軌氣象衛(wèi)星主要有美國的NOAA系列〔NOAA12、NOAA14、NOAA16和NOAA17〕和中國的“風云一號”〔FY-1〕系列〔FY1CFY1D〕?！帮L云一號”〔FY-1〕系列極軌氣象衛(wèi)星是由中國自行設(shè)計研制的，此系列衛(wèi)星目前為止4顆，即FY-1A、FY-1B、FY-1C、FY-1D，其中FY-1A(19989月放射)，F(xiàn)Y-1B〔19909月放射〕與NOAA衛(wèi)星兼容，均屬于試驗性質(zhì)衛(wèi)星，現(xiàn)都已經(jīng)退出業(yè)務(wù)運行。FY-1C〔19995月放射〕及其接替衛(wèi)星FY-1D〔20233月放射〕是改進型的極軌氣象衛(wèi)星，它的多通道可見光紅外掃描輻射計是MVISR104個可見光通道，1個短紅外，2個近紅外通道，12個長波紅外，它的高區(qū)分率圖像傳輸儀稱為CHRPT。NOAA系列衛(wèi)星是美國第三代太陽同步軌道氣象環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)衛(wèi)星，即TIROS-N和NOAA-A～J。第一顆衛(wèi)星TIROS-N19781013日放射并投入業(yè)務(wù)運行。自1978年至今，NOAA-A～J衛(wèi)星相繼放射，衛(wèi)星放射前命名為NOAA-A、B、C、……，入軌運行后1984年12月12日放射的NOAA-F投入業(yè)務(wù)運行后更名為NOAA-，199389日放射的NOAA-I，轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)運行后將更名為NOAA-13。NOAA系列衛(wèi)星分5顆TIROS-NTIROS-N和NOAA-D6顆改進TIROS-NAT，NOAA-E～J儀〔AVHRR〕，用以獲得圖像資料；另一部是泰羅斯垂直業(yè)務(wù)探測器〔TOVS〕，用以得到溫度垂直探測資料。AVHRR5個波段的輻射，即5個通道，星下點地面區(qū)分率約為1〔HRPT〕實時傳送。此外星上還攜帶有資料收集系統(tǒng)〔DCS〕和空間環(huán)境監(jiān)測儀〔SEM〕。改進的TIROS-N型衛(wèi)星，逐步加強了儀器的功能，NOAA-8衛(wèi)星增加了探究搜救系統(tǒng)〔SARSAT〕，NOAA-9NOAA-10增加了地球輻射收支試驗器〔ERBE〕，NOAA-9衛(wèi)星還增加了太陽紫外后向散SBU。NOAA系列后期的衛(wèi)星星載改進的甚高區(qū)分率掃描輻射AVHR〕是5“窗區(qū)”NOAA系列前幾顆衛(wèi)星使用4個通道的掃描輻射儀，第五通道重復第四通道的信息。在后續(xù)的衛(wèi)星上，增加了第五通道。NOAA-11以前一般是雙序號衛(wèi)星攜帶四通道掃描輻射儀，單序號衛(wèi)星攜帶五通道掃描輻射儀，自NOAA-12開頭，AVHRR均改為五通道。NOAA系列衛(wèi)星運行參數(shù)為：NOAA系列衛(wèi)星是雙星組成的極地軌道衛(wèi)星，三軸穩(wěn)定，850km98.739102分鐘。衛(wèi)星14.2圈，能夠?qū)崿F(xiàn)每24小時可見光通道掩蓋全球一次，紅外通道掩蓋全球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。FY1C、D星運行參數(shù)為：軌道高870km98.85度，偏心率<0.005102.3分鐘。NOAA系列衛(wèi)星攜帶有甚高區(qū)分率輻射儀〔AVHRR〕，用以獲得圖像資料。AVHRR551大量數(shù)據(jù)資料由高區(qū)分率圖像傳輸設(shè)備〔HRPT〕實時傳送。FY-1C及其接替衛(wèi)星FY-1D是改進型的極軌氣象衛(wèi)星，它的多通道可見光紅外掃描輻射計〔MVISR〕，其通道數(shù)為10個。它的高區(qū)分率圖像傳輸儀英文簡寫為CHRPT。NOAA系列后期的衛(wèi)星星載的改進的甚高區(qū)分率掃描輻射儀〔AVHRR〕是具有五個觀“窗區(qū)”波段敏感的掃描儀。NOAA-D～J星載AVHRR1所示：表1NOAA-D～J通道號波長〔um〕主要用途10.58~0.68白天云層、冰、雪、植被20.725~1.1白天云層、植被、水、水汽33.55~3.93白天云層、冰、雪、植被410.3~11.3白天云層、植被、水511.5~12.5白天云層、冰、雪、植被注：為了改進對氣象、海洋、水文和環(huán)境的監(jiān)測，AVHRR承受了多光譜測量法，它可以獵取晝夜云圖，通過可見光、近紅外通道的測量，可以鑒別云、陸地和水的邊界，可以計算植被災的發(fā)生和進展，可以監(jiān)測火山的活動。通過紅外窗區(qū)通道的測量，可以計算云的分布，測定云頂、地表亮溫，計算海面溫度，計算射出長波輻射等。隨著遙感應用的不斷深入，AVHRR資料的應用范圍越來越廣泛。。。FY1系列衛(wèi)星在功能與性能上均與NOAA系列衛(wèi)星相近。FY1系列衛(wèi)星中后期的FY-1C、D星多通道可見光紅外掃描輻射計〔MVISR〕在光譜輻射通道數(shù)目上比較NOAA系列衛(wèi)星優(yōu)越，其MVISR的通道數(shù)目比NOAA系列衛(wèi)星AVHRR1倍，能夠獲得更多的地球遙感信息。104個可見光通道，2個近紅外，1個短紅外，1個中波紅2個長波紅外。星上記錄數(shù)據(jù)量化位數(shù)也由NOAAFY-1A、FY-1B8bit擴大到10bit。FY-1C、D10通道可見光和紅外掃描輻射計，獵取全球陸面、洋面和大氣成分及云面的可見光及紅外輻射資料，與靜止氣象衛(wèi)星相互補充。FY-1C、D星載MVISR2所示：表2FY-1C、D</SPA通道編號、波長范圍及其主要用途<span>通道編號、波長范圍及其主要用途通道號波長〔um〕主要用途10.58~0.68白天云層、冰、雪、植被20.84~0.89白天云層、植被、水33.55~3.95白天云層、冰、雪、植被410.3~11.3白天云層、植被、水511.5~12.5白天云層、冰、雪、植被61.58~1.64土壤溫度、云雪識別70.45~0.48海洋水色80.48~0.58海洋水色90.53~0.58海洋水色100.90~0.96水汽1、2的探測波段分別處于植被反射的低谷和頂峰，利用兩者的差值可以計算出各種植被指數(shù)，以反映農(nóng)作物、森林、草場的生長狀況、病蟲害及缺水狀況，并能進展農(nóng)作物估產(chǎn)。這個通道還可以做判識水陸邊界，河口泥沙海冰等。通道3處在紅外短波窗口區(qū)，它對監(jiān)測地面高溫熱源很有效。通道4、5處在紅外窗區(qū)，用以測量地面溫度。這兩個通道相結(jié)合的目的在于對海面溫度反演中對大氣減弱進展訂正，計算得到的地表和海表溫度在農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、洋流、城市6此通道對土壤濕度比較敏感，有助于干旱監(jiān)測。通道7、8、9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中葉綠素的含量，它還可以反映海洋濁度和海洋污染以及赤潮等狀況。通道10是低層水汽通道，用于大氣修正和大氣透過率的計算。算。AVHRR的掃描方式是垂直于軌道方向，從右向左掃描，其地面區(qū)分率在星下點為1.1km。一條掃描線對應地面掃描寬度約為3000km〔每條掃描線2048個象素點〕。衛(wèi)星觀測的AVHRR資料，經(jīng)過星載鍵控信息速率處理機〔MIRP〕處理以后，可用全球區(qū)域掩蓋〔GAC〕和局地區(qū)域掩蓋〔LAC〕資料、低區(qū)分率自動圖像傳輸〔APT〕、高區(qū)分率圖像傳輸〔HRPT〕三種方式發(fā)送給地面接收。其中，經(jīng)過星載處理機處理后的HRPT數(shù)據(jù)包括全區(qū)分率〔1.1km〕5個通道AVHRR、TOVS〔TIP〕、SEM、DCS和衛(wèi)星遙測信息。在衛(wèi)星運行過程中，HRPT資料通過S1698.01707.0MHZ。HRPT承受三個子幀構(gòu)成一個主幀的格式，在三個子幀中都包含同樣的TIP數(shù)據(jù)。AVHRR6轉(zhuǎn)/秒，每轉(zhuǎn)一周獵取一條掃描線〔即一個子幀〕，子幀數(shù)率為6幀/秒，2幀/秒。AVHRR的每條掃描線〔一個子幀〕的每一通道取樣點為2048，每個取10bit1024010bit〔2048×5＝10240取樣點＝10240字〕是AVHRR對地球進展一次掃描期間所獲的數(shù)據(jù)〔一個子幀〕。HRPT數(shù)據(jù)格式與HRPT子幀格式完全一樣，只是為了資料處理便利，在計算機系統(tǒng)存盤時將HRPT10bit16bit〔2Byte〕。MVISR1.21.1km。MVISR的掃描速度62048204810個通道的2048個字，再加上同步碼等關(guān)心信息，每條掃描線就是22180個字，每個10bit。CHRPT1.330Mbps，是HRPT〔NOAA〕2倍。CHRPT的調(diào)制方式是PSK1700.5MHz，數(shù)據(jù)格式與HRPT〔NOAA〕一樣。FY-1〔CHRP和延遲圖像傳輸〔DPT〕。對于CHRPT和APT，衛(wèi)星運行期間可供給直接播送效勞，數(shù)據(jù)格式與NOAA衛(wèi)星一樣。DPT數(shù)據(jù)作為選擇地區(qū)的圖像，只供國內(nèi)接收使用。但凡具備接收處理HRPT〔NOAA〕資料的系統(tǒng)，只要稍加改造就可以接收處理CHRPT。極軌氣象衛(wèi)星獵取的HRPT有效監(jiān)測，是安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、作物治理、防災減災等的重要依據(jù)；它對海冰、海溫順海洋環(huán)環(huán)境的爭論和監(jiān)測，也是重要的工具和手段。美國NOAA氣象觀測衛(wèi)星NOAA是美國國家海洋大氣局的第三代有用氣象觀測衛(wèi)星，第一代稱為“泰羅斯(TIROS)系列(1960-1965年)，其次代稱為“艾托斯”(ITOS)／NOAA系列(1970-1976年)，TIROS-N／NOAA197810TIROS-N1993年底14顆。NOAA870KM及833KM，軌道傾角為98.998.7度，周期為101.4分。NOAA衛(wèi)星的應用目的是日常的氣象業(yè)務(wù)，尋常有兩顆衛(wèi)星在運行。由于用一個衛(wèi)24次以上的觀測。Theorbitsaretimedtoallowcompleteglobalcoveragetwiceperday,persatellite(normallyadaytimeandanighttimeviewoftheearth)inswathsofabout2,600kminwidthNOAA衛(wèi)星上攜帶的探測儀器主要有高級甚高區(qū)分率輻射(AVHRR/2)和TOVSAVHRR/2是以觀測云的分布,地表(主要是海疆)的溫度分布等為目的的遙感器，TOVS是測量大氣中氣溫及溫度的垂直分布的多通道分光計，由高區(qū)分率紅外垂直探測儀(HIRS/2)、平流層垂直探測儀(SSU)和微波垂直探測儀(MSU)組成。AVHRR/2數(shù)據(jù)還可以用于非氣象的遙感，其主要特點是宏觀快速、廉價。在農(nóng)業(yè)、海洋、地質(zhì)、環(huán)境、災難等方面都有獨特的應用價值。目前，NOAA5顆極軌衛(wèi)星：NOAA-14(199412月)，NOAA-15〔19985月〕，NOAA-16〔2023年9月21〕NOAA-17〔2023624〕，NOAA-12HRPTNOAA-15NOAA-16則是業(yè)務(wù)星。目前，NOAA運5GOES-8GOES-10(GOES-9GOES-8GOES-10的軌道備份星)GOES-11202353日放射，而GOES-122023723放射。這兩顆星都作為GOES-8GOES-10失敗后的備份替代星系統(tǒng)。TheAVHRR/3sensoronNOAA-15,16,17,18and19measuresinsixbandsthoughonlyfivearetransmittedtothegroundatanytime.NOAAPolar-orbitingOperationalEnvironmentalSatellitesobtainglobalimagerydaily.ThesedataaretransmittedtotheCommandandDataAcquisition(CDA)stations.TheCDAstationsrelaythedatatotheNationalEnvironmentalSatellite,DataandInformationService(NESDIS),locatedinSuitland,Maryland,forprocessinganddistribution.NOAACDANESDIS進展處理分發(fā)NOAA/AVHRR參數(shù)及應用：NOAA氣象衛(wèi)星是近極地、與太陽同步的衛(wèi)星，高度為833km～870km，軌道傾角98.7°，成像周期12小時。目前，NOAA系列衛(wèi)星承受雙星運行，同一地區(qū)每天可有四次過境時機。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區(qū)分率見下表。三條軌道可完全掩蓋我國全部國土。AVHRR1.1km。由于掃描角大，圖像邊緣局部變形較大，為了用于洲級及全球范圍的爭論，AVHRR數(shù)據(jù)常常被重采樣形成空間區(qū)分率更低的數(shù)據(jù)。AVHRR數(shù)據(jù)：NOAA全球掩蓋〔GlobalAreaCoverage，GAC〕數(shù)據(jù)和NOAA全球植被指數(shù)〔GlobalVegetationIndex，GVI〕數(shù)據(jù)〔Kidwell1990〕。4km5AVHRR的原始波段組成，沒有經(jīng)過投影變換；GVI是對GAC數(shù)據(jù)的進一步采樣而得到，空間區(qū)分率為15km或更粗，經(jīng)過投影變換。此外，為了削減云的影響，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治理局〔NOAA〕從1982年起就生產(chǎn)GVI數(shù)據(jù)。AVHRR資料的應用主要有兩個方面：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〔Lovelandetal.1991〕、非洲的土地掩蓋調(diào)查〔Tuckeretal.1985〕、南美土地掩蓋調(diào)查〔Townshendetal.1987〕〔Defries1994〕1km空間區(qū)分率的AVHRR數(shù)據(jù)或更低空間區(qū)分率的GAC或GVI數(shù)據(jù)進展分類；另一方面是中小尺度區(qū)域的調(diào)查，這方面的應用主要是由于目前高空間區(qū)分率遙感數(shù)據(jù)的獵取比較困難，遙感調(diào)查的實時性較差，利AVHRRAVHRR數(shù)AVHRR數(shù)據(jù)進展分類。從爭論的現(xiàn)狀來看，AVHRR數(shù)據(jù)在大尺度區(qū)域調(diào)查中所承受的方法根本全都，但由于調(diào)查區(qū)域范圍大，AVHRR數(shù)據(jù)在中小尺度區(qū)域土地掩蓋調(diào)查中的應用還不是很多，但進展?jié)摿艽?，這方面的工作還有很多問題需要深入爭論。AVHRR通道 波長范圍〔μm〕 對應的波段

地面區(qū)分率〔星下點，km〕AVHRR－1AVHRR－2

0.55～0.680.725～1.1

近紅外

1.11.1AVHRR－33.55～3.93熱紅外1.1AVHRR－410.5～11.3熱紅外1.1AVHRR－511.5～12.5熱紅外1.1ThisThisdirecttransmissioniscalledHRPT(HighResolutionPictureTransmission).11minutesofdatamaybeselectivelyrecordedonboardthesatelliteforlaterplaybackTheserecordeddataarereferredtoasLAC(LocalAreaCoverage)dataLACandLACandHRPThaveidenticalLevel1bformats.ThefullresolutiondataarealsoprocessedonboardthesatelliteintoGAC(GlobalAreaCoverage)datawhicharerecordedonlyforreadoutbyNOAA”sCDAstationsGACSatelliteStartDateEndDateTIROS-N11/05/7801/30/80NOAA-606/30/7912/27/8101/03/8212/28/8201/04/8303/04/85NOAA-708/24/8102/01/85NOAA-805/04/8306/20/8407/01/8510/14/85NOAA-902/25/8511/07/88NOAA-1011/17/8609/16/91NOAA-1111/08/8812/31/94NOAA-1209/16/9112/14/98NOAA-1401/01/9510/07/02NOAA-1510/26/9811/27/001/29/01PresentNOAA-1602/26/01PresentNOAA-1708/24/02PresentNOAA-1807/01/05PresentNOAA-1904/19/09PresentLACSatelliteStartDateEndDateTIROS-N04/05/7911/04/79NOAA-604/24/8011/10/8004/