編者的話：12月11日0時(shí)11分04秒,，我國新一代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星“風(fēng)云四號(hào)”01星搭乘“長征三號(hào)乙遙42”運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。幾天后,，它將抵達(dá)東經(jīng)99.5度約3.6萬公里赤道上空,，正式獲得“風(fēng)云四號(hào)A星”的新名字。在同一個(gè)地球靜止軌道上,，它將和許多主要國家的靜止軌道衛(wèi)星成為“鄰居”,。

在這些“小伙伴”里,，有剛比“風(fēng)云四號(hào)”01星早一個(gè)月定居的GOES-16、“向日葵9號(hào)”,，有兩年前定居的“向日葵8號(hào)”和五年前定居的Electro-L,，它們有的來自美國，有的來自日本,，還有的來自俄羅斯,。按照計(jì)劃，再過兩年,，來自歐洲的MTG-I也將成為“風(fēng)云四號(hào)”01星的“新伙伴”,。

這些先進(jìn)的靜止軌道氣象衛(wèi)星在太空“攜手”，密切監(jiān)視著地球天氣的“一舉一動(dòng)”,，在氣象,、水利、農(nóng)業(yè),、林業(yè),、環(huán)境、能源,、航空和海洋等領(lǐng)域成為人類安排活動(dòng)的重要“參謀”,。

美國GOES-16：將為氣象預(yù)報(bào)帶來“革命性變化”

當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月19日晚，美國GOES-R衛(wèi)星由“阿特拉斯5”（Atlas V）運(yùn)載火箭送入軌道,。經(jīng)過大約10天的5次變軌,，衛(wèi)星順利定點(diǎn)于西經(jīng)89.5度，并被正式命名為GOES-16,，以美國新一代靜止氣象衛(wèi)星首顆星身份,，進(jìn)入了GOES衛(wèi)星序列。

GOES-16代表著美國高軌氣象衛(wèi)星的最先進(jìn)水平,，搭載有高速多光譜相機(jī),、閃電成像儀和一套空間天氣儀器，可提供西半球連續(xù)的高分辨率颶風(fēng)和其他風(fēng)暴圖像,。美國稱,，GOES-16將給氣象預(yù)報(bào)帶來“革命性變化”。

三類載荷各有突破

GOES-16配備的先進(jìn)基準(zhǔn)成像儀（ABI）探測通道增加為覆蓋可見光和近紅外的16個(gè)（原為5個(gè)通道）,，空間分辨率是原有GOES衛(wèi)星成像儀的五倍?！敖Y(jié)合多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù),，衛(wèi)星光譜圖像將提高我們對風(fēng)暴消長的認(rèn)識(shí)?！泵绹鴩覛庀缶钟^測處主任約瑟夫·皮卡說,。

“對于天氣預(yù)報(bào)員來說,，GOES-16的發(fā)射就像是從黑白電視時(shí)代進(jìn)入超高清電視時(shí)代?！泵绹鴩液Ｑ蠛痛髿夤芾砭郑∟OAA）主管衛(wèi)星和信息的副局長斯蒂芬·沃爾茲說,，“這將意味著更快、更準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警,，意味著可以挽救更多生命,，并為國家和地方官員等提供更好的決策服務(wù)?！?/p>

GOES-16的觀測范圍是整個(gè)西半球,。“GOES-16能夠每五分鐘提供地球西半球圖像,；對于颶風(fēng)或雷暴,，能做到每30秒拍攝一張圖像?！盢OAA的GOES-16項(xiàng)目主任格雷戈·曼特介紹,，“圖像獲取后，將在幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)傳給預(yù)報(bào)員,?！盙OES-16還是國際上搭載首個(gè)閃電成像儀的衛(wèi)星，能夠提供每秒200次的西半球雷電場紅外圖像,。

GOES-16還配有磁力計(jì),、用于探測太陽輻射如何影響上層大氣的紫外線X射線傳感器、用于持續(xù)監(jiān)測太陽的紫外線成像儀,，以及用于測量來自太陽會(huì)影響通信和導(dǎo)航的帶電粒子的傳感器,。

2036年前的換代計(jì)劃

作為美國新一代靜止氣象衛(wèi)星，GOES-16的成功發(fā)射開啟了NOAA靜止氣象衛(wèi)星更新?lián)Q代的序幕,。

“美國很注重規(guī)劃的科學(xué)性,、合理性，長期保持兩顆衛(wèi)星處于連續(xù)業(yè)務(wù)觀測位置,，建立了衛(wèi)星在軌備份以及應(yīng)急區(qū)域觀測機(jī)制,。”風(fēng)云四號(hào)01星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師張志清此前在接受采訪時(shí)說,。具體來說,，在任何時(shí)候，都有兩顆GOES衛(wèi)星在軌運(yùn)行,，其中一顆位于美國東部上方（GOES-東,，西經(jīng)75度），另一顆位于美國西部上方（GOES-西，西經(jīng)137度）,。在過去數(shù)年的不同時(shí)間點(diǎn),，包括在2012年颶風(fēng)“桑迪”肆虐期間，NOAA都曾把其中一顆GOES衛(wèi)星調(diào)為一種試驗(yàn)性的超快掃描模式,，其數(shù)據(jù)更新速度達(dá)到每分鐘一次,。根據(jù)NOAA官方公布的最新計(jì)劃，GOES-16將于2017年5月左右進(jìn)入西經(jīng)137度或西經(jīng)75度的操作經(jīng)度,。

這一次美國新一代靜止氣象衛(wèi)星換代項(xiàng)目由NOAA負(fù)責(zé)管理,，美國國家航空航天局（NASA）提供支持，具體由洛克希德馬丁航天系統(tǒng)公司承接建造,，包括GOES-16在內(nèi),，計(jì)劃發(fā)射四顆衛(wèi)星，項(xiàng)目總投資約110億美元,，目標(biāo)是在2036年前為西半球提供不間斷觀測,。GOES-16同系列的下一顆氣象衛(wèi)星GOES-S將于2018年初發(fā)射，GOES-T和GOES-U的發(fā)射時(shí)間分別是2019年左右和2025年左右,，四顆衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命都為11年,。

四顆衛(wèi)星的主要進(jìn)展是，基準(zhǔn)成像儀能力大幅提高,，增加了先進(jìn)的閃電成像儀,。但遺憾的是，由于經(jīng)費(fèi)等原因,，對觀測大氣垂直運(yùn)動(dòng)有十分重要作用的垂直探測儀器目前并沒有在計(jì)劃之列,。（盧健）

日本向日葵8號(hào)和9號(hào)：大幅提高臺(tái)風(fēng)觀測能力

11月2日,，東京時(shí)間15時(shí)20分,，在日本南部鹿兒島縣的種子島宇宙中心，H2A運(yùn)載火箭第31次起航,，將“向日葵9號(hào)”衛(wèi)星送入太空,。約30分鐘后，衛(wèi)星與火箭成功分離進(jìn)入預(yù)定軌道,。再經(jīng)過大約一周時(shí)間,，“向日葵9號(hào)”就進(jìn)入了高度約3.6萬公里的地球同步軌道。

此前,，代表著日本新一代靜止氣象衛(wèi)星最高水平的是“向日葵8號(hào)”,，它于2014年發(fā)射，是世界上首顆拍攝彩色圖像的地球同步軌道氣象衛(wèi)星,?！跋蛉湛?號(hào)”與“向日葵8號(hào)”屬于同一類型,，到達(dá)指定地點(diǎn)后，它將作為“向日葵8號(hào)”的備用衛(wèi)星使用,。按照計(jì)劃，“向日葵9號(hào)”將于2022年起代替“向日葵8號(hào)”進(jìn)行氣象觀測,。

據(jù)日本氣象廳介紹,，形成兩顆衛(wèi)星的體系后，將能確保長期穩(wěn)定的觀測,。該廳衛(wèi)星整備計(jì)劃官大友猛表示：“希望兩顆衛(wèi)星體系提供更高精度的氣象信息,，幫助降低災(zāi)害影響?！?/p>

這兩顆新一代的靜止氣象衛(wèi)星定位于東經(jīng)140度,，采用三軸穩(wěn)定方式，裝有先進(jìn)的葵花成像儀（AHI）,，這與美國地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星GOES-R的先進(jìn)基線成像儀（ABI）相似,。通過葵花成像儀正常掃描全圓盤圖的時(shí)間小于10分鐘，也可以在選定的時(shí)間對特定區(qū)域進(jìn)行掃描,，每2.5分鐘能夠獲得一幅區(qū)域圖像,，它的在軌工作壽命預(yù)期為8年。

它們的成像儀還擁有16個(gè)可見光和紅外通道,，可見光的高空間分辨率達(dá)到0.5公里到1公里,，紅外高空間分辨率達(dá)到1公里到2公里，再加上成像速度快,，觀測區(qū)域和時(shí)間靈活可變等特點(diǎn),，使日本氣象廳得以改進(jìn)和生成很多新的產(chǎn)品，其中包括大氣運(yùn)動(dòng)矢量,、晴空輻射,、云網(wǎng)格信息、洋面溫度等,。以有重大改進(jìn)的大氣運(yùn)動(dòng)矢量為例,，更高的空間分辨率和更頻繁的觀測對大氣運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提供了更高的跟蹤精度。

此外,，在“向日葵8號(hào)”的有力支持下,，日本氣象廳還開發(fā)了不穩(wěn)定性指數(shù)和火山灰監(jiān)測產(chǎn)品。不穩(wěn)定性指數(shù)是根據(jù)多通道觀測數(shù)據(jù),，利用一維變分方法從大氣溫度和濕氣廓線計(jì)算出來的數(shù)據(jù),，用于天氣預(yù)報(bào)，能夠更早地預(yù)測暴雨和雷暴等惡劣天氣,。因?yàn)橹苯佑绊戯w機(jī)飛行,，火山灰的監(jiān)測近年來越來越受到重視,，利用“向日葵8號(hào)”能夠測得火山灰強(qiáng)度和高度定量信息。

回顧歷史,，日本第一顆地球靜止軌道氣象衛(wèi)星GMS-1于1977年7月14日發(fā)射,，之后陸續(xù)發(fā)射了5顆“地球靜止氣象衛(wèi)星”，一直運(yùn)行到2003年,。在此期間,，東亞太平洋和澳大利亞地區(qū)的衛(wèi)星觀測主要依賴日本地球靜止氣象衛(wèi)星。接替該系列衛(wèi)星的是日本“多用途運(yùn)輸衛(wèi)星”（MTSAT）,，這是由日本運(yùn)輸省和日本氣象廳合作投資的,，具備氣象觀測和飛行控制功能。在“向日葵8號(hào)”之前運(yùn)行的多用途運(yùn)輸衛(wèi)星2號(hào),，即“向日葵7號(hào)”,，它于2006年2月18日發(fā)射，定位于東經(jīng)145度,，2010年7月1日成為主用業(yè)務(wù)衛(wèi)星,。

與 “向日葵7號(hào)”相比，“向日葵8號(hào)”和“向日葵9號(hào)”都是專用氣象衛(wèi)星,，沒有飛行控制等功能,，但它們更優(yōu)的性能和先進(jìn)的探測儀器使得其分辨率較此前提高一倍，觀測間隔也大幅縮短,，特別是對臺(tái)風(fēng)的觀測能力大大提高,。在2015年“蘇迪羅”和2016年“尼伯特”“鯰魚”等臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測中，“向日葵8號(hào)”提供了更加清晰的臺(tái)風(fēng)圖像,，幫助預(yù)報(bào)員更好地捕捉到了臺(tái)風(fēng)中心附近的風(fēng)向及風(fēng)速,。（張格苗）

歐洲MTG系列：歐洲最大型太空計(jì)劃成果

歐洲下一代地球同步軌道氣象衛(wèi)星計(jì)劃為MTG系列，該計(jì)劃由歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）和歐洲空間局（ESA）聯(lián)合提出,，將以MTG-I（成像衛(wèi)星）和MTG-S（探測衛(wèi)星）雙星運(yùn)行,，各自承載不同的探測儀器，計(jì)劃發(fā)射6顆衛(wèi)星（4顆MTG-I和2顆MTG-S）,。該計(jì)劃被稱為歐洲實(shí)施的最大型,、最復(fù)雜的太空計(jì)劃之一，首顆MTG-I衛(wèi)星預(yù)計(jì)將于2018年發(fā)射,。

ESA最初于1972年提出氣象衛(wèi)星計(jì)劃,，開始重點(diǎn)發(fā)展地球同步軌道應(yīng)用，并于1977年11月23日成功發(fā)射了Meteosat-l衛(wèi)星,。1983年,，歐洲16國籌建研制第二代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星（MSG），并規(guī)劃了4顆可至少持續(xù)工作到2018年的衛(wèi)星,。自2000年起,，歐洲氣象衛(wèi)星開發(fā)組織（EUMETSAT）與歐空局（ESA）開始規(guī)劃下一代地球同步軌道氣象衛(wèi)星（簡稱MTG）,。

MTG系列衛(wèi)星均采用三軸穩(wěn)定平臺(tái)。MTG-I衛(wèi)星上的主要載荷包括組合成像儀,、閃電成像儀,、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及搜救系統(tǒng)；MTG-S衛(wèi)星上的主要載荷包括紅外探測儀和紫外可見光近紅外探測儀,。

其中,，MTG-I星搭載的組合成像儀將繼承其上一代靜止衛(wèi)星系列自旋可見光紅外成像技術(shù)，將高分辨率快速成像和全圓盤高光譜分辨率成像功能合并實(shí)現(xiàn),。在正常的工作模式下，組合成像儀覆蓋地球圓盤一次只需要10分鐘,。此外,，組合成像儀在云、氣溶膠,、濕度和火災(zāi)探測等方面的性能都得到了改進(jìn),，并增加了新通道，提高了時(shí)間分辨率,、空間分辨率和輻射測量分辨率,。

MTG-S衛(wèi)星上的“主角”則是地球同步軌道的紅外探測儀，能夠提供大氣水汽和溫度水平,、垂直的立體分布和瞬時(shí)分布（即四維結(jié)構(gòu)）信息,。紅外探測儀具有800個(gè)長波紅外光譜通道和920個(gè)中波紅外光譜通道，能夠在60分鐘內(nèi)凝視和掃描整個(gè)地球圓盤,。紅外探測儀能穿透云和雨的毫米波波段,，其觀測對象包括長波紅外波段的臭氧帶和中波紅外波段的一氧化碳。通過對自由對流層進(jìn)行測量,，紅外探測儀可以得到邊界層以下的污染增強(qiáng)等級(jí)信息,。（牛彥元）

俄羅斯Electro-L：曾拍出地球最清晰圖像

俄羅斯2011年發(fā)射的靜止氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星Electro-L在2012年火了一把。當(dāng)年5月,，Electro-L僅用一個(gè)鏡頭拍攝到了地球高清完整照片,，分辨率達(dá)到121兆像素，創(chuàng)造了截至2012年史前最清晰的地球圖像,。

與之前由拍攝合成的大部分地球圖片不同,，Electro-L氣象衛(wèi)星所拍攝的地球完整圖片來自一個(gè)拍攝鏡頭，而不是通過多張圖片合成完整的一張圖片,。由于僅通過一個(gè)拍攝鏡頭拍到地球全貌并不容易,，因此這張完整高清地球照片顯得非常珍貴。

早在上個(gè)世紀(jì),，蘇聯(lián)就宣布要發(fā)射靜止軌道通信,、海洋和氣象衛(wèi)星-N1（GOMS-N1）,，但計(jì)劃一再推遲，一直到1994年11月才發(fā)射,。它是三軸穩(wěn)定衛(wèi)星,，定位于東經(jīng)76度。但發(fā)射后成像儀故障,，未能獲取可見光圖像,。

第二代衛(wèi)星Electro-L系列的第一顆Electro-L N1（又稱為GOMS-N2）于2011年1月23日發(fā)射，三軸穩(wěn)定姿態(tài),，定位于東經(jīng)76度,，裝有10通道成像儀（MSU-GS），與歐洲“第二代氣象衛(wèi)星”的改進(jìn)型自旋可見光紅外成像儀（SEVIRI）相似,，有3個(gè)可見光通道,，7個(gè)紅外通道和太陽地球物理探測器（GGAK）。同系列還有兩顆衛(wèi)星計(jì)劃發(fā)射,，一顆是Electro-L N2,，定位于西經(jīng)14.5度，另一顆是Electro-L N3,，定位于東經(jīng)166度,。這3顆衛(wèi)星將組成覆蓋俄羅斯國土的靜止氣象衛(wèi)星觀測網(wǎng)。

事實(shí)上,，由于俄羅斯國土大多處于高緯地區(qū),，靜止氣象衛(wèi)星觀測效果欠佳，極軌衛(wèi)星觀測頻次又不夠密,，因此需要大橢圓軌道衛(wèi)星觀測,。俄羅斯的大橢圓軌道衛(wèi)星系統(tǒng)將通過Arctica項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)同時(shí)有兩顆衛(wèi)星在橢圓軌道運(yùn)行,，軌道周期12小時(shí),，每顆衛(wèi)星對高緯地區(qū)觀測6.4個(gè)小時(shí)后由另一顆衛(wèi)星觀測，使得一天24小時(shí)都能獲得觀測資料,。

不過,，雖然大橢圓軌道衛(wèi)星仍然使用和Electro-L一樣的衛(wèi)星，探測儀器也相同,，但已經(jīng)不在地球靜止軌道上了,。（張格苗）