兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-1-A-Train

1、1卫星气象学电子课件（第一版） 电子版（第一版）电子版（第一版）2卫星气象学电子课件（第一版） 3卫星气象学电子课件（第一版） 4卫星气象学电子课件（第一版） u 4.1 A-Train卫星编队u 4.2 TRMM热带降水卫星u 4.3 GOSE静止卫星系列u 4.4 NOAA极轨卫星系列章节内容章节内容5卫星气象学电子课件（第一版） 6卫星气象学电子课件（第一版） 极轨卫星与静止卫星极轨卫星与静止卫星u目前的气象卫星主要有极轨气象卫星极轨气象卫星和静止气象静止气象卫星卫星两大类。u极轨卫星极轨卫星：飞行高度约为600-1500km，空间分辨率高，每天在固定时间内经过同一地区2次，每隔12小时

2、可获得一份全球气象资料；时间分辨率较低，重复观测时间间隔长达16天。u同步气象卫星同步气象卫星：时间分辨率高，重复观测时间间隔仅为2天；轨道高度较高，约为35800km，空间分辨率低，只有1-1.5km。7卫星气象学电子课件（第一版） A-Train卫星编队卫星编队 “卫星编队”是指将多颗极轨卫星像列车一样排成一列，使它们在地球上空的同一轨道上飞行，实现对某一个区域高时间、高空间分辨率的反复观测，为我们了解某一区域连续性气象要素的变化提供宝贵资料。8卫星气象学电子课件（第一版） 卫星名称卫星名称卫星发射目的的摘要卫星发射目的的摘要卫星搭载的主要仪器卫星搭载的主要仪器Aqua地球水循环MODIS

3、,CERES,AMSR-E,AIRS,AMSU-A,HSBCloudSat云垂直结构及其光学物理特性CPRCALIPSO云和气溶胶的垂直结构及相互作用CALIOP,IIR,WFCPARASOL气溶胶，云的辐射及微物理特性POLDERAura空气质量，平流层臭氧和气候变化HIRDLS,MLS,OMIOCO二氧化碳浓度3个近红外光栅分光计A-Train卫星编队成员卫星编队成员9卫星气象学电子课件（第一版） A-Train卫星编队特点卫星编队特点u A-Train卫星编队是目前世界上最大的卫星编队，由美国宇航局和法国空间研究中心合作完成。u 卫星的轨道高度都为705km，倾角是98o。均在当地时间每

4、天下午l:30左右通过赤道，故称为“下午卫星编队 (Afternoon-Train)。u 相互时间间隔最短为15秒，最长为15分钟，最后一颗星与第一颗星的飞行间隔相差不到23分钟，并且卫星每15分钟进行一次位置协调。A-Train卫星编队围绕地球旋转，大约8秒内5颗卫星可以飞过同一检测地点。10卫星气象学电子课件（第一版） u 2002年5月4日当地时间早晨2时55分，美国地球观测系统下午星系列第一颗卫星Aqua卫星在美国加里弗尼亚州万德伯哥空军基地发射成功。 Aqua卫星取名于拉丁文，其意思是“水”。uAQUA卫星也是太阳同步极轨卫星，每日地方时下午过境，因此称作地球观测第一颗下午星（EOS

5、-PM1），在数据采集时间上与Terra形成补充。u观测地球大气系统中的水，包括海洋上的蒸发、大气中的水汽、云、降水、土壤湿度、海冰、陆冰、雪盖以及冰等；另外还测量辐射能量通量、气溶胶、陆地植被覆盖、浮游植物、及海洋、陆地和水体的温度等。11卫星气象学电子课件（第一版） u大气红外探测器AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)u先进微波探测器AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit)u巴西湿度探测器HSB (Humidity Sounder for Brazil)AquaAqua卫星共载有卫星共载有6 6个传感器个传感器u地球观

6、测系统先进微波扫描辐射计AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS)u云与地球辐射能量系统测量仪CERES (Clouds and the Earths Radiant Energy System)u中分辨率成像光谱仪MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer )12卫星气象学电子课件（第一版） u 美国NASA在1998年与法国国家航天中心(CNES)合作开始实施“云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测”(Cloud-Aerosols Lidar and Infrared

7、Pathfinder Statellite Observations, CALIPSO)计划。u 主要任务：提供全球云和气溶胶观测数据，用于研究云和气溶胶在调节地球气候中的作用以及两者的相互作用。u 2006年4月28日，CALIPSO卫星由Delta-II火箭发射升空。主要荷载包括正交偏振云-气溶胶偏振雷达(CALIOP)、宽视场相机(WFC)和红外成像辐射计(IIR)，设计寿命为3年。CALIPSO卫星简介卫星简介Delta-II火箭13卫星气象学电子课件（第一版） CALIPSO卫星卫星载荷配置宽视场相机激光雷达激光器红外成像辐射计激光雷达望远镜X频段天线14卫星气象学电子课件（第一版）

8、 u CALIOP是一台高分辨率(30m)的对偏振光敏感的双波长激光雷达，可提供气溶胶的垂直分布和云的特征信息，是世界上首个应用型的星载云和气溶胶激光雷达，其观测能力优异。u WFC是一固定的天底单通道成像仪，采用单一谱段，波长范围270-620nm，主要目的是为了和Aqua卫星中的中分辨率成像光谱仪的一个谱段进行匹配。u IIR的天底视角非扫描成像仪由法国空间研究中心提供，其幅宽是64km60km，像素分辨率是lkm，其图像中心与CALIOP的波束保持对准。15卫星气象学电子课件（第一版） CloudSat卫星简介卫星简介u CloudSat卫星作为卫星集群的一员于2006年4月28日发射成

9、功。u CloudSat卫星的主要仪器由美国航空航天局喷气动力实验室和加拿大航天局共同研制，美国鲍尔航天技术公司负责卫星主体的建造、测试和组装，并执行CloudSat卫星的发射和最初的入轨测试。16卫星气象学电子课件（第一版） uCloudSat卫星上的主要有效载荷只有一个，就是94 GHz、3 mm云剖面雷达(Cloud Profiling Radar，简称CPR)。u该云剖面雷达是一部天底观测雷达(nadir-looking radar)，倾角为89o。u主要有效载荷是94 GHz(3 mm波)云廓线雷达，它可以“切开”云层，改进对云层结构和成分的研究，成为第1颗可以对云层特性进行全球测量

10、的卫星。u它在深入了解云的内部结构及其发展演变规律，定量了解云对气候的影响和反馈，更好地预测天气和气候、有效地影响局部天气等方面起着十分重要的作用。17卫星气象学电子课件（第一版） u PARASOL卫星于2004年12月18日由法国宇航中心发射升空，2009年12月2日离开原本位于A-Train轨道位置。PARASOL卫星简介卫星简介u主载荷仪器POLDER（POLarization Directionality of Earth Reflectances）是第一一个收集地气系统反射太阳辐射的方向性和偏振性数据的星载对地探测器。uPOLDER为气溶胶的反演提供了辐射、偏振和多角度的信息，进而

11、反演获得全球范围的多种地球物理参数。u可以把大气散射的辐射跟地表反射的辐射区分开。18卫星气象学电子课件（第一版） u到目前为止，POLDER探测器已是三颗对地遥感卫星的主载荷(之一)。uPOLDER 1：法国和日本第一次合作的先进地球观测计划(ADEOS)的产物，搭载在日本1996年8月17发射的ADEOS-I卫星上。于1997年6月30日因太阳电池翼故障失效。uPOLDER 2：搭载在日本2002年12月14日发射的ADEOS-II卫星上，其资料也在POLDER 1的基础上得到了很大改进。遗憾的是2003年10月25日ADEOS-II卫星再次失控。uPARASOL卫星第三次搭载POLDER

12、仪器，肯定了该探测器对地气系统多方向、多光谱偏振观测的独特优势，将为更好地了解云和气溶胶对气候的影响发挥作用。该卫星于2009年12月2日离开原本位于A-Train星座的轨道位置。19卫星气象学电子课件（第一版） u PARASOL探测器采用的非偏振波段分别为443 nm，565 nm，763 nm，765 nm，910 nm和1020 nm，偏振波段为490 nm、670 nm和865 nm（490nm多次散射影响较大）。最多能获得15个观测角度的数据，星下点地面分辨率是67km。u PARASOL将原来443nm的偏振通道改为490 nm，是因为443 nm波段受分子散射影响太大，干扰了大

13、气气溶胶信息的提取；将原来490 nm波段的非偏振通道改为1020 nm波段，目的是与CALIPSO的1060 nm通道进行协同观测。PARASOL的光谱通道及主要的遥感观测任务20卫星气象学电子课件（第一版） u地球观测系统EOS系列的第三颗卫星Aura卫星于2004年7月15日发射成功。美国宇航局的这颗大气成分或环境监测卫星，目的是研究大气成分，测定污染物的移动和平流层臭氧的恢复情况以及对气候变化的影响。uAura卫星定位于705公里高度，每日绕地13到14圈，计划运行寿命为6年。Aura卫星的重要功能之一是了解局地的空气污染将如何影响全球大气，同时探明全球大气化学成分及气候变化如何影响局

14、地空气质量。详见/。u能够每天提供全球臭氧层、空气质量和关键气候参数的观测,其联合观测可以帮助认识平流层和对流层对臭氧的贡献及影响臭氧分布的输送、物理和化学过程。Aura卫星简介卫星简介21卫星气象学电子课件（第一版） Aura卫星上搭载以下4台仪器：u高分辨率动态临边探测器HIRDLS（High Resolution Dynamics Limb Sounder）u对流层发射光谱辐射计TES（Tropospheric Emission Spectrometer）u微波临边探测器MLS（Microwave Limb Sounder）u臭氧监测仪OM

15、I（Ozone Monitoring Instrument）22卫星气象学电子课件（第一版） uOMI采用740个通道实现对地观测，数据产品包括臭氧、NO2、SO2、BrO和OClO等气体的柱总量、气溶胶与云参量、UV-B通量和臭氧廓线。OMI提供以下功能：（1）继续自1970年开始的BUV在Nimbus-4号气象卫星所进行的卫星监测所得的全球整体臭氧趋势跟踪。（2）绘制3648 km的臭氧分布图，以前从未达到这一空间分辨率。（3）监测影响空气质量的主要成分，如NO2、SO2、BrO、OClO和气溶胶等。（4）区分气溶胶类型，如烟、尘和硫酸盐等。监测云压和覆盖率，用以提供数据来计算对流层的臭氧

16、。（5）绘制 UV-B辐射的全球分布和趋势图（6）结合各种反演方法，如差分光学吸收光谱法、拉曼散射法、高光谱BUV反演和正演模拟等，可生成各种OMI数据产品。（7）臭氧和其他示踪气体的准实时（NRT）产品。23卫星气象学电子课件（第一版） u卫星编队中的每颗卫星都有特别的测量功能，且互为补充，可近期同时测量全球不同季节大气气溶胶、云、温度、相对湿度和辐射流等，能对全球气候和天气状况进行最全面、最深入的研究。uCloudSat更接近于CALIPSO，相距93.8km，两者探测时间相差大约12.5秒，两颗卫星可几乎同时对同一云层进行观两颗卫星可几乎同时对同一云层进行观测（测（云寿命一般不大于15分

17、钟），结合结合CloudSat和和CALIPSO研究同一区域的云非常重要研究同一区域的云非常重要。uA-Train中各卫星数据的结合研究，可了解大气气溶胶对云及气候的作用，云对地球能量平衡的作用，局部污染源影响空气质量的方式等方面的认知水平，从而改进气象预报和气候预测。A-Train卫星编队优势卫星编队优势24卫星气象学电子课件（第一版） 25卫星气象学电子课件（第一版） Swaths and FootprintsSwaths and Footprints26卫星气象学电子课件（第一版） Overlapping FootprintsOverlapping FootprintsThe overl

18、apping footprints of several of A-Train instruments superimposed on a close-up image of Washington, DC27卫星气象学电子课件（第一版） How the Sensors “See”How the Sensors “See”28卫星气象学电子课件（第一版） MODIS: An 11 m image of a mid-level cloud bandMODIS: An 11 m image of a mid-level cloud band29卫星气象学电子课件（第一版） VIIRS Cloud-P

19、hase AlgorithmVIIRS Cloud-Phase AlgorithmVIIRS is the MODIS-like instrument which is to fly on the NPOESS satellites30卫星气象学电子课件（第一版） uYellow: mixed phase clouds, which one would expect to be present in this cloud banduCyan: cloud overlap, which is defined as a layer of ice cloud over a layer of water clouduGray: clearuRed: warm liquid water cloudsuBlue: thick cirrusSo, how do we determine if this analysis is correct? By examining other data, of course, CloudSat and CALIPSO data, in this case. Remember that CloudSat