极轨气象卫星及其AVHRR介绍

极轨气象卫星及其AVHRR介绍较低的轨道上以较高的地面区分率对全球进展监测。目前在轨运行的业务极轨气象卫星主要有美国的NOAA系列〔NOAA12、NOAA14、NOAA16和NOAA17〕和中国的“风云一号”〔FY-1〕系列〔FY1CFY1D〕。“风云一号”〔FY-1〕系列极轨气象卫星是由中国自行设计研制的，此系列卫星目前为止4颗，即FY-1A、FY-1B、FY-1C、FY-1D，其中FY-1A(19989月放射)，FY-1B〔19909月放射〕与NOAA卫星兼容，均属于试验性质卫星，现都已经退出业务运行。FY-1C〔19995月放射〕及其接替卫星FY-1D〔20233月放射〕是改进型的极轨气象卫星，它的多通道可见光红外扫描辐射计是MVISR104个可见光通道，1个短红外，2个近红外通道，12个长波红外，它的高区分率图像传输仪称为CHRPT。NOAA系列卫星是美国第三代太阳同步轨道气象环境监测业务卫星，即TIROS-N和NOAA-A～J。第一颗卫星TIROS-N19781013日放射并投入业务运行。自1978年至今，NOAA-A～J卫星相继放射，卫星放射前命名为NOAA-A、B、C、……，入轨运行后1984年12月12日放射的NOAA-F投入业务运行后更名为NOAA-，199389日放射的NOAA-I，转入业务运行后将更名为NOAA-13。NOAA系列卫星分5颗TIROS-NTIROS-N和NOAA-D6颗改进TIROS-NAT，NOAA-E～J仪〔AVHRR〕，用以获得图像资料；另一部是泰罗斯垂直业务探测器〔TOVS〕，用以得到温度垂直探测资料。AVHRR5个波段的辐射，即5个通道，星下点地面区分率约为1〔HRPT〕实时传送。此外星上还携带有资料收集系统〔DCS〕和空间环境监测仪〔SEM〕。改进的TIROS-N型卫星，逐步加强了仪器的功能，NOAA-8卫星增加了探究搜救系统〔SARSAT〕，NOAA-9NOAA-10增加了地球辐射收支试验器〔ERBE〕，NOAA-9卫星还增加了太阳紫外后向散SBU。NOAA系列后期的卫星星载改进的甚高区分率扫描辐射AVHR〕是5“窗区”NOAA系列前几颗卫星使用4个通道的扫描辐射仪，第五通道重复第四通道的信息。在后续的卫星上，增加了第五通道。NOAA-11以前一般是双序号卫星携带四通道扫描辐射仪，单序号卫星携带五通道扫描辐射仪，自NOAA-12开头，AVHRR均改为五通道。NOAA系列卫星运行参数为：NOAA系列卫星是双星组成的极地轨道卫星，三轴稳定，850km98.739102分钟。卫星14.2圈，能够实现每24小时可见光通道掩盖全球一次，红外通道掩盖全球2次。每条轨道经过赤道的经度随着地球的自转发生变化。FY1C、D星运行参数为：轨道高870km98.85度，偏心率<0.005102.3分钟。NOAA系列卫星携带有甚高区分率辐射仪〔AVHRR〕，用以获得图像资料。AVHRR551大量数据资料由高区分率图像传输设备〔HRPT〕实时传送。FY-1C及其接替卫星FY-1D是改进型的极轨气象卫星，它的多通道可见光红外扫描辐射计〔MVISR〕，其通道数为10个。它的高区分率图像传输仪英文简写为CHRPT。NOAA系列后期的卫星星载的改进的甚高区分率扫描辐射仪〔AVHRR〕是具有五个观“窗区”波段敏感的扫描仪。NOAA-D～J星载AVHRR1所示：表1NOAA-D～J通道号波长〔um〕主要用途10.58~0.68白天云层、冰、雪、植被20.725~1.1白天云层、植被、水、水汽33.55~3.93白天云层、冰、雪、植被410.3~11.3白天云层、植被、水511.5~12.5白天云层、冰、雪、植被注：为了改进对气象、海洋、水文和环境的监测，AVHRR承受了多光谱测量法，它可以猎取昼夜云图，通过可见光、近红外通道的测量，可以鉴别云、陆地和水的边界，可以计算植被灾的发生和进展，可以监测火山的活动。通过红外窗区通道的测量，可以计算云的分布，测定云顶、地表亮温，计算海面温度，计算射出长波辐射等。随着遥感应用的不断深入，AVHRR资料的应用范围越来越广泛。。。FY1系列卫星在功能与性能上均与NOAA系列卫星相近。FY1系列卫星中后期的FY-1C、D星多通道可见光红外扫描辐射计〔MVISR〕在光谱辐射通道数目上比较NOAA系列卫星优越，其MVISR的通道数目比NOAA系列卫星AVHRR1倍，能够获得更多的地球遥感信息。104个可见光通道，2个近红外，1个短红外，1个中波红2个长波红外。星上记录数据量化位数也由NOAAFY-1A、FY-1B8bit扩大到10bit。FY-1C、D10通道可见光和红外扫描辐射计，猎取全球陆面、洋面和大气成分及云面的可见光及红外辐射资料，与静止气象卫星相互补充。FY-1C、D星载MVISR2所示：表2FY-1C、D</SPA通道编号、波长范围及其主要用途<span>通道编号、波长范围及其主要用途通道号波长〔um〕主要用途10.58~0.68白天云层、冰、雪、植被20.84~0.89白天云层、植被、水33.55~3.95白天云层、冰、雪、植被410.3~11.3白天云层、植被、水511.5~12.5白天云层、冰、雪、植被61.58~1.64土壤温度、云雪识别70.45~0.48海洋水色80.48~0.58海洋水色90.53~0.58海洋水色100.90~0.96水汽1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和顶峰，利用两者的差值可以计算出各种植被指数，以反映农作物、森林、草场的生长状况、病虫害及缺水状况，并能进展农作物估产。这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。通道3处在红外短波窗口区，它对监测地面高温热源很有效。通道4、5处在红外窗区，用以测量地面温度。这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气减弱进展订正，计算得到的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市6此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。通道7、8、9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，它还可以反映海洋浊度和海洋污染以及赤潮等状况。通道10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。算。AVHRR的扫描方式是垂直于轨道方向，从右向左扫描，其地面区分率在星下点为1.1km。一条扫描线对应地面扫描宽度约为3000km〔每条扫描线2048个象素点〕。卫星观测的AVHRR资料，经过星载键控信息速率处理机〔MIRP〕处理以后，可用全球区域掩盖〔GAC〕和局地区域掩盖〔LAC〕资料、低区分率自动图像传输〔APT〕、高区分率图像传输〔HRPT〕三种方式发送给地面接收。其中，经过星载处理机处理后的HRPT数据包括全区分率〔1.1km〕5个通道AVHRR、TOVS〔TIP〕、SEM、DCS和卫星遥测信息。在卫星运行过程中，HRPT资料通过S1698.01707.0MHZ。HRPT承受三个子帧构成一个主帧的格式，在三个子帧中都包含同样的TIP数据。AVHRR6转/秒，每转一周猎取一条扫描线〔即一个子帧〕，子帧数率为6帧/秒，2帧/秒。AVHRR的每条扫描线〔一个子帧〕的每一通道取样点为2048，每个取10bit1024010bit〔2048×5＝10240取样点＝10240字〕是AVHRR对地球进展一次扫描期间所获的数据〔一个子帧〕。HRPT数据格式与HRPT子帧格式完全一样，只是为了资料处理便利，在计算机系统存盘时将HRPT10bit16bit〔2Byte〕。MVISR1.21.1km。MVISR的扫描速度62048204810个通道的2048个字，再加上同步码等关心信息，每条扫描线就是22180个字，每个10bit。CHRPT1.330Mbps，是HRPT〔NOAA〕2倍。CHRPT的调制方式是PSK1700.5MHz，数据格式与HRPT〔NOAA〕一样。FY-1〔CHRP和延迟图像传输〔DPT〕。对于CHRPT和APT，卫星运行期间可供给直接播送效劳，数据格式与NOAA卫星一样。DPT数据作为选择地区的图像，只供国内接收使用。但凡具备接收处理HRPT〔NOAA〕资料的系统，只要稍加改造就可以接收处理CHRPT。极轨气象卫星猎取的HRPT有效监测，是安排农业生产、作物治理、防灾减灾等的重要依据；它对海冰、海温顺海洋环环境的争论和监测，也是重要的工具和手段。美国NOAA气象观测卫星NOAA是美国国家海洋大气局的第三代有用气象观测卫星，第一代称为“泰罗斯(TIROS)系列(1960-1965年)，其次代称为“艾托斯”(ITOS)／NOAA系列(1970-1976年)，TIROS-N／NOAA197810TIROS-N1993年底14颗。NOAA870KM及833KM，轨道倾角为98.998.7度，周期为101.4分。NOAA卫星的应用目的是日常的气象业务，寻常有两颗卫星在运行。由于用一个卫24次以上的观测。Theorbitsaretimedtoallowcompleteglobalcoveragetwiceperday,persatellite(normallyadaytimeandanighttimeviewoftheearth)inswathsofabout2,600kminwidthNOAA卫星上携带的探测仪器主要有高级甚高区分率辐射(AVHRR/2)和TOVSAVHRR/2是以观测云的分布,地表(主要是海疆)的温度分布等为目的的遥感器，TOVS是测量大气中气温及温度的垂直分布的多通道分光计，由高区分率红外垂直探测仪(HIRS/2)、平流层垂直探测仪(SSU)和微波垂直探测仪(MSU)组成。AVHRR/2数据还可以用于非气象的遥感，其主要特点是宏观快速、廉价。在农业、海洋、地质、环境、灾难等方面都有独特的应用价值。目前，NOAA5颗极轨卫星：NOAA-14(199412月)，NOAA-15〔19985月〕，NOAA-16〔2023年9月21〕NOAA-17〔2023624〕，NOAA-12HRPTNOAA-15NOAA-16则是业务星。目前，NOAA运5GOES-8GOES-10(GOES-9GOES-8GOES-10的轨道备份星)GOES-11202353日放射，而GOES-122023723放射。这两颗星都作为GOES-8GOES-10失败后的备份替代星系统。TheAVHRR/3sensoronNOAA-15,16,17,18and19measuresinsixbandsthoughonlyfivearetransmittedtothegroundatanytime.NOAAPolar-orbitingOperationalEnvironmentalSatellitesobtainglobalimagerydaily.ThesedataaretransmittedtotheCommandandDataAcquisition(CDA)stations.TheCDAstationsrelaythedatatotheNationalEnvironmentalSatellite,DataandInformationService(NESDIS),locatedinSuitland,Maryland,forprocessinganddistribution.NOAACDANESDIS进展处理分发NOAA/AVHRR参数及应用：NOAA气象卫星是近极地、与太阳同步的卫星，高度为833km～870km，轨道倾角98.7°，成像周期12小时。目前，NOAA系列卫星承受双星运行，同一地区每天可有四次过境时机。AVHRR是NOAA系列卫星的主要探测仪器，它是一种五光谱通道的扫描辐射仪，各光谱通道的波长范围及地面区分率见下表。三条轨道可完全掩盖我国全部国土。AVHRR1.1km。由于扫描角大，图像边缘局部变形较大，为了用于洲级及全球范围的争论，AVHRR数据常常被重采样形成空间区分率更低的数据。AVHRR数据：NOAA全球掩盖〔GlobalAreaCoverage，GAC〕数据和NOAA全球植被指数〔GlobalVegetationIndex，GVI〕数据〔Kidwell1990〕。4km5AVHRR的原始波段组成，没有经过投影变换；GVI是对GAC数据的进一步采样而得到，空间区分率为15km或更粗，经过投影变换。此外，为了削减云的影响，GVI是由连续7天图像中NDVI值最大的像元所组成。美国国家海洋与大气治理局〔NOAA〕从1982年起就生产GVI数据。AVHRR资料的应用主要有两个方面：一方面是大尺度区域〔包括国家、洲乃至全球〕调查，这方面的应〔Lovelandetal.1991〕、非洲的土地掩盖调查〔Tuckeretal.1985〕、南美土地掩盖调查〔Townshendetal.1987〕〔Defries1994〕1km空间区分率的AVHRR数据或更低空间区分率的GAC或GVI数据进展分类；另一方面是中小尺度区域的调查，这方面的应用主要是由于目前高空间区分率遥感数据的猎取比较困难，遥感调查的实时性较差，利AVHRRAVHRR数AVHRR数据进展分类。从争论的现状来看，AVHRR数据在大尺度区域调查中所承受的方法根本全都，但由于调查区域范围大，AVHRR数据在中小尺度区域土地掩盖调查中的应用还不是很多，但进展潜力很大，这方面的工作还有很多问题需要深入争论。AVHRR通道 波长范围〔μm〕 对应的波段

地面区分率〔星下点，km〕AVHRR－1AVHRR－2

0.55～0.680.725～1.1

近红外

1.11.1AVHRR－33.55～3.93热红外1.1AVHRR－410.5～11.3热红外1.1AVHRR－511.5～12.5热红外1.1ThisThisdirecttransmissioniscalledHRPT(HighResolutionPictureTransmission).11minutesofdatamaybeselectivelyrecordedonboardthesatelliteforlaterplaybackTheserecordeddataarereferredtoasLAC(LocalAreaCoverage)dataLACandLACandHRPThaveidenticalLevel1bformats.ThefullresolutiondataarealsoprocessedonboardthesatelliteintoGAC(GlobalAreaCoverage)datawhicharerecordedonlyforreadoutbyNOAA”sCDAstationsGACSatelliteStartDateEndDateTIROS-N11/05/7801/30/80NOAA-606/30/7912/27/8101/03/8212/28/8201/04/8303/04/85NOAA-708/24/8102/01/85NOAA-805/04/8306/20/8407/01/8510/14/85NOAA-902/25/8511/07/88NOAA-1011/17/8609/16/91NOAA-1111/08/8812/31/94NOAA-1209/16/9112/14/98NOAA-1401/01/9510/07/02NOAA-1510/26/9811/27/001/29/01PresentNOAA-1602/26/01PresentNOAA-1708/24/02PresentNOAA-1807/01/05PresentNOAA-1904/19/09PresentLACSatelliteStartDateEndDateTIROS-N04/05/7911/04/79NOAA-604/24/8011/10/8004/