气象科技管理信息系统

气象科技管理信息系统

当前位置:首页 / 科技成果 / 成果展示 / 正文阅读

行业专项成果综述-风云三号晨昏轨道卫星资料处理和应用关键技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/11/28 14:38:03   标签:   浏览次数:5293

项目编号GYHY201506022

研究周期2015年1月2017年12月

国拨经费356万元

项目负责人张鹏

项目骨干成员杨磊、胡秀清、谷松岩、马刚、吴晓京、窦芳丽、吴琼、黄静、骆婧瑶、张旭斌、潘宁、闵敏、陈林、白文广、漆成莉、商建、尹红刚、王曦、杨冰韵、陈洁、张鹏(北京华云星地通)

项目承担单位国家卫星气象中心

项目协作单位】国家气象中心、上海台风研究所、广州热带海洋气象研究所、福建省气象台

主要研究成果

中国气象局在2013年的世界气象组织执行理事会上承诺在风云三号业务系列中发展晨昏轨道观测卫星,此举将弥补全球数值预报(NWP)6小时同化时间窗内的资料空白区,对南北半球预报和行星尺度的区域预报产生积极的影响,同时还将完善和丰富我国现有风云极轨卫星观测业务体系,并在国际业务卫星舞台上形成同欧美即各具特色又优势互补的合作局面,进一步提升风云卫星的国际影响力。

FY-3E卫星是首发风云晨昏轨道卫星,预计2020年发射,星上既有继承的微波温度计(WMTS)、微波湿度计(WMHS),同时新增了红外高光谱大气探测仪(HIRAS)、风场主动测量雷达(WindRAD)和微光型中分辨率光谱成像仪(MERSI-LL)等遥感仪器,本项目针对FY-3E卫星资料处理和应用的关键技术,联合国家和省级数值预报业务单位,开展联合技术攻关,取得的成果主要包括以下方面:

1、完成了HIRAS、WindRAD、MERSI-LL等3台新型遥感仪器的仿真建模,建立了仿真数据集,其中红外谱段研发了特征单色辐亮度加权的快速辐射传输计算方法,提升了当前通用CRTM和RTTOV模型中水汽、臭氧等强吸收带的计算精度,晴空正演精度优于0.1K;微波雷达谱段集成了最新的海表和陆表后向散射参数化模型,研制了目前国内外唯一的双频双极化、扇形波束旋转扫描微波雷达模拟仿真软件,精度优于3dB;可见光谱段集成了先进的月球全圆盘辐亮度模型,发展了夜间的全天空条件下的卫星微光通道数值模拟技术,实现了夜间月光照射条件下的微光通道观测辐射模拟。

2、针对HIRAS、WindRAD、MERSI-LL等3台新型遥感仪器完成了多项地面处理系统预处理关键技术攻关,其中HIRAS研发了红外相位误差检测与校准、利用精确仪器线型函数矩阵对多探元分波段进行离轴效应订正等两项技术,使HIRAS辐射定标精度达到0.5K,光谱定标精度达到6ppm的项目考核指标要求;WindRAD完成了外定标场选取、天线方向图在轨测量及定标数据处理等技术,通过内、外定标为风场测量雷达的预处理奠定了基础,并基于正演仿真研发了海面粗糙度剧烈变化条件下的风场反演产品;MERSI-LL建立了太阳光和月球光对卫星微光成像系统杂散光的影响模型,提出了解决杂散光问题的理论方法和仪器设计方案,基于准恒星对比度研发了晨昏线两侧辐亮度剧烈变化条件下的归一化伪反射率产品。

3、在新资料的同化应用准备方面,建立了全球和区域晨昏轨道卫星资料同化研究平台,开展了各类OSE和OSSE试验,其中以晨昏卫星替代资料(NOAA-15),评价了微波温度计资料对全球数值预报模式的影响,结果表明增加同化后各要素场的表现都明显优于同化双星的结果;在全球GRAPES 3DVar中建立了高光谱大气红外探测资料的同化算子,同化结果对部分高度的偏差起到正影响;在GRAPES多网格同化系统中同化了WindRAD的替代资料(ASCAT),针对台风路径和强降水落区预报均取得了改进效果。

4、完成了晨昏轨道卫星资料在天气和环境监测中的应用示范工作,并在天气会商、遥感服务中提供了实际业务服务。其中,利用晨昏卫星的成像替代资料(VIIRS/NPP、Himawari-8等),研发了晨昏时段雾、对流云团、火、城市灯光的识别阈值;利用红外高光谱大气探测仪器资料,研发了大气不稳定度、对流初生的识别方法,解决了晨昏时段上述目标的自动判识问题。

5、建立了卫星观测与资料预处理综合演示平台。基于WEB平台以及node.js技术,具有对卫星轨道模拟数据、各载荷的正演仿真数据、预处理数据、同化应用示范数据、天气监测应用示范数据、各种替代数据等输入与输出资料的存储、转换、分发功能,实现了对晨昏卫星轨道3D模拟、3台新研遥感仪器观测仿真和资料预处理、资料在NWP 模式数值同化、临近天气分析和环境监测等领域应用示范成果的综合展示。

成果应用情况

在本项目在资助下,研究人员根据晨昏轨道卫星轨道参数特点,针对中分辨率光谱成像仪的辐射动态范围进行模拟分析,发现现有仪器指标会出现饱和现象。据此,上海技术物理研究所仪器负责人重新制定了微光通道的动态范围,有效支撑了载荷的设计与研制。

开展了晨昏轨道卫星中分辨率光谱成像仪杂散光设计的研究,通过对其辐射动态范围进行模拟分析,发现卫星平台布局可能受到太阳和月球的影响,根据计算分析结果,对其杂散光抑制提出要求,仪器研制方对外部遮光罩尺寸、仪器扫描视场角等进行了优化,有效支撑了上海技术物理研究所的仪器设计。

项目组成员建立的风场测量雷达陆海面观测正演模型和海面风场反演算法为分析晨昏轨道卫星风场测量雷达的应用需求和仪器技术指标要求奠定了基础,为仪器的技术参数优化,提供了强有力的支撑,大大推动了风场雷达的研制工作。

在红外高光谱大气垂直探测仪方面的工作,开展了傅里叶转换处理、基于黑体温度测量和黑体/冷空观测的干涉图辐射定标、在轨仪器线性函数建模、光谱定标和离轴效应订正等技术攻关,攻关成果已经在风云三号02批D星地面应用系统得到业务应用。生成的L1辐射产品与国外高光谱卫星观测比较光谱精度和辐射精度均达到国际相当水平,可以用于后续NWP和大气成分反演应用。

    开展了晨昏轨道卫星资料在全球及区域数值天气预报的影响评估,完成了对增强全球及区域(重点为东亚区)数值天气预报能力的影响评估,完成了晨昏轨道卫星资料在晨雾、大火、强对流等非数值天气预报方面的应用预研。该方面工作可以大大推进发射后卫星资料的应用速度,改变现有卫星资料应用慢的格局。

设为首页 | 加为收藏 | 网站介绍 | 联系我们
版权所有:中国气象局  网站维护:中国气象局气象干部培训学院
业务咨询:010-68406632 技术支持:010-68406578/68409227
地址:北京市海淀区中关村南大街46号 邮编:100081 EMAIL:kjgl@cma.gov.cn 京ICP备 15008089号-2
访问次数[52733569] 当前在线[20]