全球降水观测计划(GPM)简介

1、NOAA18/19(NOAA)SuomiNPPGPMCoreObservatorvlNASA/iAXA)DMSPF17/F18/F19/F20DODECQM-W1(JAXA)JPSS-1(NOAA)MetOpB/C(EUMETSAT)TRMM(NA$A/JA)(A全球降水观测计划(GlobalPrecipitationMeasurement)、GPM简介全球降水观测计划（GlobalPrecipitationMeasurement）是一项国际卫星任务，每三小时对世界范围的雨雪进行观测。美国国家航空航天局（NASA）和日本航空航天局（JAXA）于2014年2月27日发射了GPM核心卫星，搭载了先

2、进的仪器，为太空中的降水测量设定了新的标准。作为TRMM的后续卫星降水计划，由国际空间机构联盟组成，包括国家空间服务中心（CNES）,印度空间研究组织（ISRO）,国家海洋和大气管理局（NOAA），欧洲气象卫星开发组织（EUMETSAT）等。它能够提供全球范围基于微波的3h以内以及基于微波红外的半小时的雨雪数据产品，范围延伸至南北极圈。GPM扩展了TRMM传感载荷，提升了降水观测能力。GPMCO（GPMCoreObservatory）搭载的双频雷达可探最小回波强度较低（Ku波段），并且可以采用高敏感度模式交错采样（Ka波段）；同时GPMCO的微波辐射计与TRMM卫星相比多出4个高频段，增强了对

3、微量降水及固态降水的观测能力。因而与重点观测热带、亚热带中大型降水的TRMM相比，GPM能够更加精确地捕捉微量降水（0.5mmh-1）和固态降水，这两种降水类型是中高纬度地区降水的重要组成部分，GPM观测成果对此地区的研究具有重要意义。GPMCuitellatiunStatusMegha-Tropiques(CNE5/ISFIO)二、核心观测平台(GPMCO)GPM核心观测平台(GPMCoreObservatory,GPMCO)是GPM计划的核心部分，它于2014年2月28日成功发射，运行高度为407km,轨道为圆形，非太阳同步，倾角65,运行速率为7km/s,轨道周期为93min，天绕地球约

4、16圈。GPMCO搭载了全球首个星载双频卫星雷达(Dual-fTequencyPrecipitationRadar)!卩DPR，工作频段分别为Ku和Ka段(分别为13和35GHz)，同时GPM也搭载了一个多波段(10183GHz)锥扫微波成像仪，即GMI(GPMMicrowaveImager)。相较于其前身TRMM卫星，GPMCO搭载的设备更加先进、覆盖范围更加广泛。GPMCO能够观测热带海洋形成的风暴，并追踪风暴向中高纬度地区运动的轨迹，有利于研究者观测风暴整个生命周期的结构及变化情况。同时通过DPR和GMI的观测能够量化降水粒子的微观物理特性，从而建立一个独特的观测数据库，在此基础上实现降

5、水反演算法的改进。对于不同的环境条件，这个数据库可以作为共同参照，实现不同微波辐射计观测结果的统一，建立起太空降水观测的新标准，这种方法的意义已经不局限于GPMCO的生命周期，为以后卫星观测降水提供了新思路和新方法。KaPR=120kmGMl=8B5kfnRang总L血旳liihon;250mof-卜5OJ1TjFlightDirection407kinAltitude65deflIndinatronGPMMicrowaveImager(GMI：DualFrequencyPeir&pilalionRadar(DPR)：KjuPRKu-band(13.6GHz)KaPR:Ku-hand(35.5

6、GHzDi却gemofsiA-atftcoveragibyGPM1、GMI云层中的降水及降雪也都发散出自己的能量，通过对这些能量的大小和频段进行对比分析，能够区分降水和降雪、计算降水量以及降水强度GMI由美国波尔航太科技公司为NASA戈达德宇宙飞行中心开发建造，它具有13个频段，能够观测所有云层内的降水，包括微量降水以及降雪。GMI低频段(1089GHz)与TRMM搭载的微波成像仪(TRMMMicrowaveImager，TMI)类似，能够观测中大型降水，而GMI的高频段(166183GHz)能够观测到中小型降水，GMI13个频段依次是10.65V&H、18.7V&H、23V、37V&H、89

7、.0V&H、164V、165H、183.313V、183.317V频段，5个低频段适合观测各类液态降水，4个中频段能够捕捉液态、固态混合降水，4个高频段适合观测固态降水。GMI主反射器以每分钟32转的速率转动，收集以航天器地面轨迹为中心的140扇形上的微波辐射测量数据，地表扫描幅宽885KM，覆盖了DPRKa-Ku幅宽，但是由于航天器运动。GMI的天线直径为1.2m，运行高度为407km，相比于TMI和GPM卫星群其他卫星携带的辐射计，GMI能够获得更高的空间分辨率。2、DPRDPR为全球首个星载双频降水雷达，由日本JAXA和NICT(NationalInstituteofCommunicat

8、ionTechnology)联合设计，NEC东芝航天系统公司建造，能够测量降水的三维结构，包含了Ka波段雷达(KaPR)和Ku波段雷达(KuPR)，运行频率分别为35.5和13.6GHz。，KaPR扫描幅宽为125km，KuPR扫描幅宽为245km，而垂直于幅宽方向宽度均为5km，竖直向空间分辨率为250m，采样间隔为125m，探测到的最小回波强度不高于18dBZ。而当KaPR使用高敏感度模式时(在交错采样时期采用)，探测的最小回波强度不高于12dBZ，竖直空间分辨率为500mKu波段降水雷达频率与TRMMPR相近，但是由于技术上的改进KuPR能够达到更高的精度和敏感度，降水探测的最小阈值达到

9、了0.5mm/h，而当KaPR在高敏感度模式下运行，降水探测的最小阈值进一步下降，达到0.2mm/ho除了精度和敏感度上的提升，DPR与TRMMPR相比最大的提升是能够对KaPR和KuPR扫描重合部分的15mm/h以下的降水，提供降水粒度分布(PSD,ParticleSizeDistribution)的定量估计。PSD的获取具有重要意义，其大小特征、计数浓度能够用来完善降水反演算法的先验假设。三、各级产品简介GPM能够提供4种级别的数据：1级数据包含DPR雷达功率、GMI亮度温度等；2级数据包含地理定位物探数据（如降水）、瞬时视场（IFOV）DPR反射率;3级数据包含网格化时空分布物探数据（如

10、潜热）；4级数据包含遥感和模型融合数据。描述IBA（；MIIB襲I.Mt.延迟时何IhjnfeIPti】銭半卫甲.柵射iI延5S时IkILiF堰址和知计2iSDHL征UlMlilMh丄锻联台呗i店时MSII.扭潜用gMl-lII-合i3纸慢器梟机童:*探电汴产制I擬产品I也理辻位的处ifl和交互校iffll!J兗液交圧鞍推的亞丸UT达理4t曲释水反廉|無的甭诂用强降牝应训辰甘率.孙niH山特性擂述.PSD，垂构缺梢前降水潜也吐H+HXj令趾GML#卫星辆射if,-4DPR朕合附合林町、农卫味知（Hi|雅R牌環同比的眸水预思和井折SwiihJmVINASA产品；Sil.|J-OiJ,X.产品Sw

11、；Lih.H（NASA产血s-iihjpnvSih.ll*A%Il-TI卧Kh、乩或怜15時統程、WAth.II1JViiliiJirftL）EJKhi辆觅龙后TVliMI*1*:-J-.2-.JI网拮哉押tk爲0：r靜月网格歎堀II.:U*分忖网桥私据權有的时空世田四、观测产品应用前景1、增强对极端天气事件，如台风的预报能力。卫星使得人们能够观测风暴降水整个生命周期的运动、演变特征，尤其是在难以进行地基观测的海洋上形成的风暴。TRMM卫星在这方面已经取得了良好的成果，GPM则在TRMM的基础上进一步强化了观测能力。微波仪器相比于红外可见光传感器的一大优势就是其穿透云层反演降水结构的能力，这种

12、特性已经被很多机构应用。GMI能够提供GPM计划卫星群中分辨率最高的观测成果，对提升台风的追踪和预报能力、制定决策、减灾防损都具有重要意义。2、加强气象、气候预报能力。GPM能够提供对降水微观物理特性的观测成果，有利于地球系统分析和建模。另外许多研究表明，降水信息与全球及区域预报系统的数据同化能够提高大气分析和短期预报能力。通过提供更精确、更频繁的准实时观测，从而促进数值天气技术的发展。3、提升对洪水、干旱和泥石流等灾害的预报能力。GPM能够提供大量3h以内的全球降水产品，满足水文气象应用要求的最小时间间隔。降水是水文模型最重要的输入，以往基于模型的气象、灾害预报较多的受制于降水资料的影响，GPM降水产品相比以往卫星降水产品精度更高，能够满足水文模型的高要求，增强了对于洪水、泥石流等灾害的预测和评估能力，尤其是在地面观测站网较为稀疏的发展中国家。4、提高农作物生产的预报和指导能力水资源是农业生产的命脉，在