用于静止气象卫星的亚毫米波探测器初探

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2O03年第3期空间电子技术用于静止气象卫星的亚毫米波探测器初探陈文新(西安空间无线电技术研究所，西安710000摘要星载微波遥感已发展成为观测大气与地球表面的重要手段。文中叙述了静止轨道气象卫星上装载使用亚毫米波探测器的必要性，提出了静止气象卫重亚毫米波探测器的系统参数要求，讨论了系统初步方案和关键技术。主题词静止气象卫星微波遥感微波辐射计1前言随着计算机技术的飞速发展，高分辨率数值预报(NWP)模式和短时预报迅速发展，从而使天气预报和灾害性天气预测的准确度大为提高。为了使高分辨率数值预报充

2、分发挥作用，必须借助于卫星观测网来提供相适应的高分辨率的时间和空间观测资料。与极轨气象卫星相比，静止气象卫星具有实时获取某一固定区域高分辨率时间和空间观测资料的能力，因而可用于观测各种气象要素的时间和空间的变化，从而达到监测大、小尺度的天气演变过程的目的。利用静止气象卫星对大气探测具有十分重要的意义。静止气象卫星可对短时间尺度天气系统，特别是强对流天气，例如强热带风暴、暴雨等灾害性天气状况进行动态的实时的观测，这是其它探测手段所不能代替的。为了满足NWP模式和短时预报的要求，必须探测大气的温度和湿度的垂直分布。VAS是第一个搭载在静止卫星(

3、GOES一5和6)上的垂直探测器。它由12个红外探测通道组成，可提供同一地区上空的大气温度和湿度垂直分布及图像资料，这些资料对于中、小尺度的天气分析和预报尤其重要。然而，VAS不能提供云区的大气温度和湿度垂直分布的连续资料，而这些资料对于预报来说是非常重要的。VAS的经验表明，如果只有红外探测通道，就不可能提供诸如锋面结构、气旋生成、强对流等天气现象的信息，而微波探测通道可以深入观测云层内部气象条件的变化_2J。极轨气象卫星观测资料的应用表明，红外和微波通道的组合有助于解决云区的探测问题。TOVS是TIROS—N／NOAA极轨气象卫星上的垂

4、直探测器。它由3个仪器组成：(1)高分辨率红外探测仪(HIRS／2)，由19个红外通道和1个可见光通道组成；(2)微波探测仪(MSU)，由4个微波通道组成；(3)平流层探测仪(ssu)，由3个红外通道组成。HIRS／2和MSU通道的结合，在某种程度上说，可以提供晴空区和有云区大气温、湿垂直结构_2J。实践证明，MSU在TOVS资料处理中起着重要的作用。在新一代静止气象卫星上可以同时搭载微波辐射计和红外辐射计来提高观测的有效性和全面性，特别加强台风等强对流天气现象的预报。2亚毫米波探测器系统参数的考虑2．1接收频率对于静止气象卫星来说，首先接

5、收频率的选择必须满足温度和湿度探测以及成像的需要，同时为收稿日期：2OO3—06—16维普资讯http://www.cqvip.com空间电子技术＼2003年第3期了保证较高的空间分辨率，减小天线的孔径，接收频率需选择高频段。对于1GHz1000GHz频段的微波，大气主要吸收气体是水气(I-I2O)和氧所(o2)，通过对氧气吸收谱线的测量，可以反演大气温度的垂直分布廓线；通过对水汽吸收谱线的测量，可以反演大气湿度的垂直分布廓线。图1是微波50GHz600GHz频段的水汽和氧气的吸收谱线，有3条较强的氧气吸收线，分别在57．29GHz、118

6、．75GHz和424．76GHz，有183．31GHz和380．20GHz两条较强的水汽吸收线。另外，89GHz、110GHz、150GHz、220GHz和340GHz等是较理想的窗区通道，可用于对地表降水和水汽含量的探测[1l。矗邑《额率(GHz)图1微波50GHz～600GHz频段的水汽和氧气的吸收谱线根据不同吸收谱线的权函数分布情况，初步确定的静止气象卫星微波辐射计接收通道的中心频率、接收带宽和探测用途如表1所示。表1静止气象卫星微波辐射计的接收通道通道序号中心频率通道频率偏移通道带宽探测用途(GHz)(GHz)(GHz)1340．0

7、8．0窗区2380．197±0．850．7水汽垂直分布31．801．2水汽垂直分布43．351．9水汽垂直分布56．153．7水汽垂直分布6424．763±0．160．10垂直温度分布70．2850．15垂直温度分布80．5350．21垂直温度分布90．8400．4垂直温度分布101．4800．64垂直温度分布l12．31．0垂直温度分布124．02．0垂直温度和水汽分布维普资讯http://www.cqvip.com2003年第3期陈文新：用于静止气象卫星的亚毫米波探测器初探31380GHz通道的权函数如图2(a)所示，424GHz通道的

8、权函数如图2(b)所示。EEE、-一懋(a)水汽含量权函数图(b)压强权函数图图2权函数图2．2测温灵敏度和测温精度从对微波大气探测器MSU和AMSU的资料处理结果来看，微波辐射