风云四号气象卫星首批图像是如何诞生的?

风云四号气象卫星首批图像是如何诞生的?

发布时间:2022-08-09 15:44:19 来源:沙巴体育足球投注网站 作者:沙巴体育官网入口

产品简介:  2月27日,“风云四号”A星(简称“风云四号”)首批图像纷纷跳出流水线。它们的诞生,展示了代表当今世界气象卫星先进水平的“风云四号”的成功,将为台风、暴雨、洪涝和空间天气等的预报带来技术变革。  由于卫星对指令的存储能力有限,地面系统需要与卫星进行实时任务和指令交互,即“风云四号”的每一个观测动作都是在地面系统的精确控制下完成的。地面系统每天对卫星自动发送的业务化指令可达5000条以上,而对“风云二号”每天发送的指令数量仅有100多条。  除了自动发送之外,仍有需要人工发布指令的特殊情况存在,比如“地影期”。每年春秋季前后,在45...

  2月27日,“风云四号”A星(简称“风云四号”)首批图像纷纷跳出流水线。它们的诞生,展示了代表当今世界气象卫星先进水平的“风云四号”的成功,将为台风、暴雨、洪涝和空间天气等的预报带来技术变革。

  由于卫星对指令的存储能力有限,地面系统需要与卫星进行实时任务和指令交互,即“风云四号”的每一个观测动作都是在地面系统的精确控制下完成的。地面系统每天对卫星自动发送的业务化指令可达5000条以上,而对“风云二号”每天发送的指令数量仅有100多条。

  除了自动发送之外,仍有需要人工发布指令的特殊情况存在,比如“地影期”。每年春秋季前后,在45天左右的时间里,太阳每天都会被地球挡住一段时间,此时的卫星无法照到太阳。要知道,卫星在调整轨道姿态、仪器工作等方面都需要用电。对电的获取,则有赖于通过太阳照射卫星携带的电池板进行光电转换。对于“风云四号”这样的静止轨道气象卫星来说,1平方米电池板可接收太阳大约1千瓦的照射能量。而在“地影期”内,最长一天内将有72分钟照不到太阳。如果不及时调整,卫星就会严重失温,甚至影响运行安全。所以,如果卫星处在“地影期”,地面站工作人员就要提前考虑,给卫星发送指令,利用星上自带的蓄电池为卫星预热“保温”。

  在地面站精准控制下,卫星获取的首批观测数据整装待发,踏上回到地球的征途。

  与此同时,在北京卫星地面站,“风云四号”的接收天线整齐划一地面朝西南矗立。通过这些专属接收天线,遨游天际的海量数据回到地面,踏上早已经过反复测试的“流水线”,开启变身之旅。

  对于静止气象卫星来说,天线需要时刻面向处于赤道上空35800公里处的卫星。通过北京与赤道相对位置的判断,这些天线要时刻面朝西南方向接收数据。事实上,西南方向仅是大致方向,每一个天线的方向都需要精密判断。

  知道卫星在哪里,才能知道怎么对准卫星;而定位卫星,则需要对其位置进行预报。在北京卫星地面站,有特别设置的“风云四号”卫星测距天线。这些测距天线是数据接收天线的“迷你”版,通过从地面发射无线电信号来测定卫星距离,误差范围只有40米左右。

  这些数据接收天线多吨,却有自己抵御恶劣天气的小秘诀。天线厘米的柱子,直接打到地下20米深的岩层,这样的“地基”确保天线级大风天气里正常工作;在下雪天里,这些天线也能启动加热装置,为自己除雪,确保接收数据的准确性和连贯性。

  来自天际的首批卫星观测数据量超过1700GB,它们想要快速回传,需采取最节省资源的打包模式捆绑接收。

  一台名为“原始数据分包及快视系统”的机器,就专职于将这些打包数据解压、拆分并提取出不同的数据信息。这台机器提取的原始数据被称为“零级数据”,其实是对地球进行三次“拍照”拼成的一整张图像。“零级数据”看起来杂乱无章,常人是无法分辨出有用信息的。

  通过数据预处理,“零级数据”将被整合成为一张灰白色的地球图像,进阶为“一级数据”。这张图,就像是人站在卫星上用相机对地球拍出的一张照片。数据预处理主要是完成定位和定标两项工作,定位是告诉用户观测目标在哪里,定标则是告诉用户来自于目标的辐射情况。在红外波段,辐射主要由目标的温度等信息决定。这张灰白色的地球图像中,蕴藏着丰富的温度数据。如何让一张图像“站起来”,表示出不同位置的不同温度?把不同灰度与温度值联系起来就是定标所要做的,这也是对卫星数据进行定量化应用的最重要一步。

  事实上,就像利用显微镜观看一片平整的叶子一样,简单的灰白图像下藏着卫星高精度仪器观测的精细化数据。每一个细节对应的温度不同且会发生改变,因此需要进行实时精准调整,确保卫星数据的定标精度。目前,“风云四号”在海面温度、云顶温度方面的定标误差已经非常小,可控制在正负0.5℃之间。

  静止气象卫星产品的高时效是产品应用的基本需求。根据天气、环境及灾害监测应用要求,生成遥感类产品需在接收到“一级数据”后20分钟内完成,基于多源信息融合的产品则要求在资料完备后30分钟内完成。

  事实上,包括圆盘图、大气光谱图、闪电分布图以及磁暴监测图等,“风云四号”能提供28类定量产品,包括云和大气产品、地表类产品、天气产品、辐射产品等种类,其中云和大气类产品主要用于监测云和大气的相关信息,地表类产品主要用于环境监测,天气类产品主要用于环境灾害天气的监测,辐射类产品主要用于反映地气系统辐射收支情况。

  基于这些产品,预报员可以准确了解哪里有闪电、台风的精细化路径是什么、强对流天气的初生对流发生在哪里。

  “风云四号”首批图像的发布只是开始。未来,在其投入业务化运行后,海量数据将从这条成熟的流水线上产出,为我国气象、水利、农业、林业等领域的广泛应用以及“一带一路”建设提供有力支撑。

  主办:中国气象局办公室承办:气象宣传与科普中心 中国气象报社协办:公共气象服务中心 国家气象信息中心

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