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3月23日是第60個世界氣象日，今年的主題是氣候與水。氣候是我們賴以生存的自然環(huán)境，它像一個調(diào)皮的魔術(shù)師，變換著世間的陰晴雨雪、四季冷暖，總能帶來令人稱奇的風(fēng)云變化。

觀測天氣氣候變化，是人類最早從事的科學(xué)活動之一。在中國歷史上，很早就有關(guān)于氣象觀測的記錄。相傳我國在黃帝時代，就設(shè)有專人從事氣候觀測。殷商時期甲骨文的卜辭中不但有天文、氣象等方面的觀測文字，還有預(yù)測天氣的記載。漢代開始出現(xiàn)候風(fēng)綄、銅鳳凰等測風(fēng)工具，明清時期已經(jīng)建有專門的“觀象臺”進(jìn)行較為專業(yè)的天文和氣候觀測。

到了現(xiàn)代，隨著科技的發(fā)展，人類用于氣象觀測的手段也越來越多。水母耳、探空氣球、氣象雷達(dá)的應(yīng)用讓人類對于各類氣象變化及時作出應(yīng)對措施。然而，這些手段依然無法做到對氣象觀測的全覆蓋。

如何提前對天氣變化進(jìn)行預(yù)判，讓偏遠(yuǎn)海區(qū)的臺風(fēng)“無處藏身”，如何對海表水溫、植被覆蓋情況“了然于胸”，如何及時將森林草原火災(zāi)“扼殺在搖籃中”……這一切就需要氣象衛(wèi)星來顯“神威”了。

我們知道，整個地球都被大氣包圍著，這些大氣影響著地球上的天氣變化。“站得高才能看得遠(yuǎn)”。氣象衛(wèi)星就是從地球上空對地球及其大氣層進(jìn)行氣象觀測的遙感衛(wèi)星。氣象衛(wèi)星帶有各種氣象遙感器，包括多通道高分辨率掃描輻射計、高分辨率紅外分光計、微波輻射計等，能夠接受和測量地球和大氣層的可見光、紅外、微波的輻射和反射，并將它們轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送回地面，地面站對衛(wèi)星送回的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和處理后，得出各種氣象信息資料。時至今日，氣象衛(wèi)星已成為現(xiàn)代氣候觀測不可或缺的一項重要手段。

一、氣象衛(wèi)星的分類

氣象衛(wèi)星分為哪幾類?這要從衛(wèi)星的分類說起。

衛(wèi)星按照運行軌道進(jìn)行區(qū)分，有低軌道衛(wèi)星、中高軌道衛(wèi)星、地球同步軌道衛(wèi)星、地球靜止軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、大橢圓軌道衛(wèi)星和極軌道衛(wèi)星。

氣象衛(wèi)星根據(jù)觀測需要，目前主要分為靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星兩大類。靜止氣象衛(wèi)星的運行軌道為地球同步軌道(包括地球靜止軌道)，極軌氣象衛(wèi)星的運行軌道為太陽同步軌道(近極地太陽同步衛(wèi)星軌道)。

要注意的是，其實地球靜止軌道與地球同步軌道仍有少許區(qū)別。

地球同步軌道又稱24小時軌道，是軌道周期與地球自轉(zhuǎn)周期(23小時56分鐘4秒)相同的順行人造地球衛(wèi)星軌道。而其中軌道傾角為0°，軌道高度大約3萬6千公里(35786千米)的軌道，稱為地球靜止軌道。

在地球靜止軌道上運行的衛(wèi)星其星下點軌跡是赤道上的一點，在地面上的人看來是靜止不動的，所以稱為地球靜止軌道衛(wèi)星。靜止氣象衛(wèi)星就是運行在地球靜止軌道上用于氣象觀測的人造衛(wèi)星。由于全球只有一條，所以地球靜止軌道資源十分緊張。

提到太陽同步軌道，大家或許會在在腦海里浮現(xiàn)出這樣的問題：類比地球同步軌道，是不是太陽同步軌道就是衛(wèi)星與太陽同步呢?難道是繞著太陽轉(zhuǎn)的人造地球衛(wèi)星嗎?

要是這么想，你可就大錯特錯了。

首要要明確一個概念。人造衛(wèi)星是環(huán)繞地球在空間軌道上運行(至少一周)的無人航天器。

之所以稱之為太陽同步衛(wèi)星，其實并不是衛(wèi)星與太陽同步，而是這顆衛(wèi)星運行在太陽照耀地球同步的軌道上。太陽同步軌道指軌道繞地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方向與地球公轉(zhuǎn)方向相同、旋轉(zhuǎn)角速度等于地球公轉(zhuǎn)的平均角速度(衛(wèi)星軌道每天向東進(jìn)動0.9856°，保持輕微的逆轉(zhuǎn))的人造地球衛(wèi)星軌道。軌道傾角(軌道平面與赤道平面的夾角)接近90°(小于100°)，高度在500-1000公里之間。簡單來說，就是在運行中每一條軌道都要經(jīng)過地球南北兩極附近上空，因此又稱之為近極地太陽同步衛(wèi)星軌道。而傾角為90°的軌道，則稱為極軌道。

在太陽同步軌道上運行的衛(wèi)星，從相同的方向經(jīng)過同一緯度的當(dāng)?shù)貢r間是相同的。例如，衛(wèi)星最初由南向北(升段)經(jīng)過北緯40°上空的時間是當(dāng)?shù)貢r間早上8點，以后升段進(jìn)過北緯40°的時間就都是當(dāng)?shù)貢r間早上8點。這樣的軌道保證了衛(wèi)星以固定的地方時觀測地球大氣，拍攝的圖像擁有同樣的可見光或者紅外光的光源條件。對獲取可用的資料、數(shù)據(jù)的接收、軌道的計算等都十分方便。

二、兩類衛(wèi)星的優(yōu)劣性

靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星各有其優(yōu)越性，在應(yīng)用上，這兩種衛(wèi)星是互補(bǔ)的。

靜止氣象衛(wèi)星由于距地球比較遠(yuǎn)，可以觀測到東經(jīng)45°到165°、南北緯各60°范圍內(nèi)的地區(qū)，相當(dāng)于地球上1/4到1/3的范圍，也就是說，等距離設(shè)置3顆地球靜止軌道氣象衛(wèi)星，就可以監(jiān)測全球的氣象變化。由于它相對于地球上的地面接收點是靜止的，所以它可以對有效觀測范圍內(nèi)的某一地區(qū)或某一天氣現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測，能監(jiān)測到那些變化快、生命史短的中小尺度的天氣系統(tǒng)。而且，靜止地球氣象衛(wèi)星觀測的時次可根據(jù)需要進(jìn)行控制，如可以每小時觀測一次，也可以每半小時觀測一次，所以能有效地監(jiān)測到中低緯度地區(qū)的氣旋、臺風(fēng)等的生成、發(fā)展等情況。像監(jiān)測龍卷風(fēng)、臺風(fēng)這種發(fā)展快、持續(xù)時間短而危害又比較大的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)，就非它莫屬了。

風(fēng)云極軌氣象衛(wèi)星繞地球一周大約要102分鐘，一個回歸周期大約是4-7天，它可以觀測整個地球的天氣系統(tǒng)演變，監(jiān)測自然災(zāi)害、地形地貌和生態(tài)變化，每天可以獲得一次全球資料。但是它相對于靜止氣象衛(wèi)星而言，觀測的頻次低，對于地球同一地點一天只能觀測到兩次。

靜止氣象衛(wèi)星屬于高軌道氣象衛(wèi)星，站得高看得遠(yuǎn)，而極軌氣象衛(wèi)星屬于低軌道氣象衛(wèi)星，離得近看得更清，相同分辨率的探測儀器，成像更加清楚。

地球靜止軌道衛(wèi)星可以對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行連續(xù)氣象觀測，極軌氣象衛(wèi)星可以獲得全球氣象信息，兩種類型的衛(wèi)星相互補(bǔ)充，協(xié)同觀測，形成了1+1>2的氣象觀測效果。

三、我國的氣象衛(wèi)星

我國的氣象衛(wèi)星是以極軌和靜止兩個系列并存而發(fā)展的。氣象衛(wèi)星以“風(fēng)云”命名，用單、雙數(shù)來區(qū)別是極軌衛(wèi)星還是靜止衛(wèi)星。單數(shù)為極軌氣象衛(wèi)星(跨越地球的南北極轉(zhuǎn))，第一代極軌氣象衛(wèi)星命名為風(fēng)云一號，第二代極軌氣象衛(wèi)星命名為風(fēng)云三號;雙數(shù)為靜止氣象衛(wèi)星(和地球自轉(zhuǎn)保持同步相對于地面靜止不動)。第一代靜止氣象衛(wèi)星命名為風(fēng)云二號，第二代靜止氣象衛(wèi)星命名為風(fēng)云四號。

在研制期間，用數(shù)字01、02、03等命名同一代衛(wèi)星中先后研制的衛(wèi)星。待在軌運行后，用英文字母A、B、C等命名同一代衛(wèi)星中先后發(fā)射的衛(wèi)星。

例如，第二代極軌氣象衛(wèi)星中的第一顆星在研制期間命名“風(fēng)云三號”01星，在軌運行后命名為“風(fēng)云三號”A星，代號為FY·3A。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國已成功發(fā)射17顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星。目前8顆衛(wèi)星在軌運行(包括4顆靜止氣象衛(wèi)星和4顆極軌氣象衛(wèi)星)，靜止軌道衛(wèi)星形成“多星在軌、統(tǒng)籌運行、在軌備份、適時加密”的業(yè)務(wù)格局，極軌衛(wèi)星形成上、下午星組網(wǎng)觀測，可對全球和區(qū)域范圍內(nèi)的極端天氣、氣候和環(huán)境事件進(jìn)行及時高效觀測，成為國產(chǎn)衛(wèi)星中應(yīng)用最好、定量化水平最強(qiáng)的衛(wèi)星，被世界氣象組織納入全球業(yè)務(wù)應(yīng)用氣象衛(wèi)星序列，是全球綜合觀測系統(tǒng)的重要成員，也是空間和重大災(zāi)害國際憲章機(jī)制的值班衛(wèi)星。