书城科普青少年应该知道的人造卫星
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第8章 气象卫星

现在,天气预报越来越准确。在今天的预报中我们就可以知道明天的天气,这样有利于人们安排自己的行程和工作。但是,你知道天气预报为什么比以前预报的准确了许多呢?这就要归功于我们的科学家研制出了能及时反应天气情况的“气象卫星”。气象卫星是对大气层进行气象观测的人造卫星,属于一种专门的观测卫星或遥感卫星。它具有范围大、及时迅速、连续完整的特点,并能把云图等气象信息发送到地面上。1958年美国发射的人造卫星开始携带气象仪器;1960年4月1日,美国首先发射了第一颗试验气象卫星“泰罗斯”一号,这颗试验气象卫星呈18面柱体,高48厘米,直径107厘米。卫星上装有电视摄像机、遥控磁带记录器及照片资料传输装置。它在700千米高的近圆轨道上绕地球运转1135圈,共拍摄云图和地势照片22952张,有用率达60%。截止到1990年底,在30年的时间内,全世界共发射了116颗气象卫星,已经形成了一个全球性的气象卫星网,消灭了全球4/5的气象观测空白区,使人们能准确地获得连续的、全球范围内的大气运动规律,从而作出精确的气象预报,这大大减少了灾害性损失。据不完全统计,目前所使用的气象卫星,对自然灾害有3~5天的预报,可以减少农业方面30%~50%的损失,仅农、牧、渔业年获益高达1.7亿美元。气象卫星除了一般卫星所具有的基本结构和部件外,还携带各类遥感仪器,包括电视摄像机、红外探测仪、射电探测仪、多谱段探测仪、气象雷达以及数据传输设备。另外,气象卫星的轨道一般分两种,一种是太阳同步轨道,这种轨道高度较低,能够实现全球覆盖,用于观测天气变化的细节;一种是静止轨道,它能够观测地球表面40%固定区域天气大系统的变化。这两种卫星获得的云图可以共同为天气情况服务,完成天气的近期和远期预报。气象卫星资料不仅可用于数值预报、中长期天气预报和气象科学研究,还可广泛用于地球环境的动态监测。利用极轨卫星上高分辨率扫描辐射计的资料可以监视地表和海表特征,从而服务于森林火灾监视、洪涝、农业病虫害、作物产量、渔业、海冰、泥沙等监测。卫星图像可以监视海冰情况,服务于远洋运输工作;可以监测河口泥沙,服务于航运、水利、港口的建设和发展;还可用于监测土壤温度、地表温度、高原积雪、沙暴尘暴、城市热岛、地震前兆、森林虫害、地质构造、海洋水色和环境污染等,服务于科技、经济、环境以及人类生活各方面。气象卫星的用途很广泛,与人类的生活息息相关。

美国发射的世界上第一颗气象卫星“泰罗斯”一号卫星,为美国提供了大量气象资料。第三代太阳同步轨道卫星——泰罗斯N/诺阿号卫星,携带着高分辨率扫描辐射计和垂直探测器,由它拍摄的云图可以及时地将气象资料传输给地面,也可以把拍摄的云图贮存在磁带里,在卫星飞经另一地面接收站时传给地面。它每天可输出全球范围内的16000多个地点的大气探测资料,2~4万个点的海面温度测量值。每天全球有100多个地面接收站在接收这类的卫星云图。

既然气象卫星如此神通广大,那么它到底是如何来掌握变化莫测的天气变化呢?气象卫星的本领来自于它所携带的气象遥感器。这种遥感器能够接收和测量地球及其大气的可见光、红外与微波辐射,并将它们转换成电信号传送到地面。地面接收站再把电信号复原绘出各种云层、地表和洋面图片,进一步处理后就可以发现天气变化的情况。

气象卫星的轨道也可以划分为两种:一种是太阳同步轨道,一种是地球静止轨道。按照前一种轨道运行的气象卫星每天可以对地球表面巡视两遍,从而获得全球气象资料,但是对某一地区的气象情况每天也只能观测两次;运行于地球静止轨道的气象卫星,则可以对地球近1/5的地区连续进行气象观测,实时将资料送回地面,用4颗卫星均匀地布置在赤道上空,就能对全球中、低纬度地区气象状况进行连续监测,但是对于纬度大于55度的地区而言,它就显得有些力不从心了。因此,这两种卫星同时工作,可以实现优势互补。

中国、美国、俄罗斯、日本、印度、欧洲空间局等都有属于自己的气象卫星,发射总量多达100余颗。

1988年9月7日,中国发射了第一颗气象卫星——“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。卫星云图的清晰度可与美国“诺阿”卫星云图相媲美,但由于星上元器件发生故障,它只工作了39天。目前,性能更先进的“风云二号”地球静止轨道气象卫星已经投入应用,并为我国的天气情况与经济建设发挥了巨大的作用。