卢乃锰;董超华;杨忠东;施进明;张鹏
【摘 要】风云三号气象卫星是实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的我国第二代极轨气象卫星系列,已成为世界气象组织在亚洲的重要业务卫星,为提高我国气象卫星在世界气象组织卫星观测系统中的地位奠定了重要的基础,世界气象组织已将风云三号气象卫星纳入世界气象卫星全球观测业务序列.依靠我国自主力量设计与建设的新一代极轨气象卫星风云三号地面应用系统首次利用海内外接收站网实现了上、下午星全球资料的高时效获取,首次利用国产卫星实现了大气三维探测,实现了臭氧和辐射收支等探测的高精度处理,突破了卫星资料定量反演、数值预报同化应用以及气候应用等核心技术.%FY-3 is the second generation of Chinese poplar orbiting meteorological satellite with the capability of multi-spectral, three-dimensional and quantitatively global observation. As one of the most important space observation component of World Meteorological Organization, FY-3 satellites are playing key role in weather forecast, climate analysis, environmental management, disaster monitoring etc. The FY-3 ground segment has the capacity of global data acquisition in shor
t latency. After data pre-processing and product generation, FY-3 data and products provide comprehensive service in the field of atmospheric sounding, ozone and radiation budget monitoring, data assimilation, climate application.
【期刊名称】《中国工程科学》
【年(卷),期】2012(014)009
【总页数】10页(P10-19)
【关键词】风云三号;多光谱;三维;定量遥感
【作 者】物各有短长卢乃锰;董超华;杨忠东;施进明;张鹏报酬递增
天津铁通【作者单位】国家卫星气象中心,北京100081;国家卫星气象中心,北京100081;国家卫星气象中心,北京100081;国家卫星气象中心,北京100081;国家卫星气象中心,北京100081
【正文语种】中 文
【中图分类】P414.4
1 前言
风云三号气象卫星的发展始于1990年，国家气象局向国家航天领导小组呈送了“关于将风云三号列入国家航天计划的请示”，明确提出新一代极轨气象卫星风云三号系列的发展规划。1999年国务院批准我国新一代气象卫星及其应用发展计划。2000年国务院批准了风云三号气象卫星立项(国办2211号)，风云三号地面应用系统建设启动。
风云三号气象卫星地面系统分01和02批两批次建设，2005年11月，《风云三号气象卫星01批应用系统一期工程可行性研究报告》获得了国家发改委和财政部的批准。一期工程主要完成数据接收、运行控制、资料预处理、计算机与网络、仿真与技术支持等技术系统的主线业务工程建设任务;完成主要地面站的征地和建设;完成基本业务产品软件研制开发和相应产品的质量检验工作;完成气象主线业务监测服务软件和部分示范软件研制开发;完成数据存档和服务系统建设;完成二级区域站和用户站及少量示范站建设。二期工程主要任务包括完善数据接收、运行控制、资料预处理、存档和服务、计算机与网络、仿真与技术支持等技术系统全部建设任务;完成产品生成、质量检验、监测分析服务、应用示范技术等系统建设任务;根据技术系统的要求扩充建设计算机网络存储支撑系统、完善建设数据处理与服务中心和地面站基础设施等。 风云三号气象卫星02批计划发展高光谱大气探测能力，开展温室气体星载探测，风云三号气象卫星应用系统的工程建设在总体方案统一设计的前提下实施，最终建立一个完善的地面应用系统，实现满足我国新一代极轨业务卫星的总体目标。
2 风云三号气象卫星的概述
风云三号气象卫星是实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的我国第二代极轨气象卫星系列。2008年5月27日，风云三号首发星——风云三号A星发射成功。2010年11月5日，第二颗卫星风云三号B星也发射升空。风云三号A/B星携带了11台遥感仪器，除可见光红外扫描辐射计和空间环境监测器是继承性仪器外，其余均为新研制开发。风云三号A/B星的发射与应用，标志着中国气象卫星及应用步入了一个崭新的历史阶段[1～3]。
第二代极轨气象卫星共计划发射6颗，其中目前在轨运行的01批两颗星(FY-3A/3B)为试验应用卫星;未来将要发射的02批4颗星(FY-3C/D/E/F)为业务应用卫星，预计使用到2022年。考虑到02批是业务应用星以及01批两颗星的实际应用情况，02批安排上、下午双星运行，增加观测频次。对主要应用于气象业务的仪器，上、下午星上均安装，对其他应用目的的仪器则分别安装在上午或下午卫星上。对个别仪器则适当增加光谱通道，微波温度计由01批
的4个通道增加到13个，以提高垂直探测分辨率，微波湿度计由01批的5个通道增加到15个，以增加水汽探测能力。地球辐射探测仪增加了长波红外通道，以提高辐射收支计算精度。个别仪器在02批中逐步实现更新换代，干涉式红外大气探测仪器将取代红外分光计，以提高垂直探测能力。中分辨率光谱成像仪由01批的20个通道增加到26个，以取代可见光红外扫描辐射计。除具备臭氧总量和垂直探测能力外，还可探测微量气体。增加风场测量雷达、GPS/MET掩星探测仪、近红外高光谱温室气体监测仪以获取海面风场和大气成分。
3 风云三号地面应用系统
风云三号气象卫星地面应用系统承担着对风云三号卫星及国外同类卫星的数据接收、处理、产品生成、资料存档分发与应用，以及卫星长期业务运行管理的任务。系统功能完整、技术先进、响应快速、运行可靠，其规模和复杂程度与美国和欧洲相当，代表着国际气象卫星地面系统的最高水平。风云三号气象卫星地面应用系统具备了为天气预报，特别是数值天气预报提供全球范围气象参数、监测全球天气、气候、自然灾害和生态环境的变化、监测全球冰、雪覆盖和臭氧分布的能力。风云三号气象卫星地面应用系统工作流程示意见图1。
牛津大学校长
图1 风云三号气象卫星地面应用系统工作流程示意图Fig.1 Flow chart of FY-3 ground segment
3.1 系统布局与组成
风云三号气象卫星地面应用系统包括北京、广州、乌鲁木齐、佳木斯、瑞典基律纳五个地面数据接收站和位于国家卫星气象中心的一个国家级气象卫星数据处理与服务中心(见图2)，整个地面系统由数据接收分系统(DAS)、运行控制分系统(OCS)、数据预处理分系统(DPPS)、产品生成分系统(PGS)、产品质量检验分系统(QCS)、计算机与网络分系统(CNS)、数据存档与服务分系统(ARSS)、监测分析服务分系统(MAS)、应用示范分系统(UDS)、仿真与技术支持分系统(STSS)共10个技术分系统组成。风云三号卫星地面应用系统组成见图3。
图2中用圆圈表示各个地面站的实时资料接收覆盖范围，虚线表示卫星降轨(即卫星由北向南跨越赤道)观测的轨道，实线表示卫星升轨(即卫星由南向北跨越赤道)观测的轨道。
图2 风云三号卫星国内外接收站布局及高时效接收卫星轨道数据示意图Fig.2 Layout of FY-3 ground stations with the indication of HRPT receiving range
图3 风云三号气象卫星地面应用系统组成Fig.3 Components of FY-3 ground segment
3.2 作业调度控制
地面应用系统的运行控制系统每天定时生成运行作业时间表，自动发往计算机与网络系统的业务调度系统和国内外卫星地面站。各站按时间表接收获取FY-3卫星资料，国内站将接收到的CCSDS数据包按虚拟通道(VCID1～VCID5)分离，国外站按卫星信道(HRPT、DPT、MPT)分别通过广域网链路送到CNS系统。CNS系统自动启动作业调度流程，首先对各站资料进行去重复处理和质量控制，然后启动预处理和产品生成系统进行数据预处理，生成各类定量产品。东北农业大学学报
地面应用系统实现了完全自动化运行调度。在数据处理与服务中心，业务调度系统根据接收时间表，每天制订出产品处理的计划流程。一旦接收到各地面站的原始资料，调度系统立即启动数据质量优选、解码处理和预处理流程，高时效地生产1级产品。在1级产品的基础上，调度系统根据计算机系统的负载情况和预定的处理控制关系，并行调度各仪器各类2级产品的生产流程，定时调度日、候、旬、月3级产品的生产流程。通过上述流程，按时效要求自动处理出各类遥感产品。
为提高时效，业务调度系统针对不同数据特点制订不同的数据处理流程和策略。中分辨光谱成像仪和扫描辐射计两个仪器的数据按5 min切割成数据段，采用多个5 min数据段并行处理的方式，使之在卫星过境10 min之内完成中国区域的1级中间产品处理，15 min后生成相应的反演产品，经过质量检查提供分发服务。全球范围250 m高分辨率的产品按经纬度切割成10°×10°的分区产品，降低了单个数据文件的容量。大庆油田公司主页
3.3 数据预处理与产品生成
风云三号数据预处理分系统根据卫星轨道和姿态参数以及星上遥测数据，结合各个载荷的定标参数完成对不同谱段、不同扫描方式遥感载荷数据的定标和定位处理。在此基础上，产品生成分系统处理，生成覆盖中国和全球区域的各类遥感产品，及时向各级用户提供多层次、多级别的高时效、高精度图像和定量产品。
风云三号数据与产品按照资料处理程度划分为四级，0级数据、1级数据、2级数据和3级数据。0级数据是指卫星地面站接收的经过解码和解包后的原始卫星观测数据;1级数据是指0级数据经过质量检验、定位和定标处理得到的数据产品;2级数据是指对1级数据进行反演处理，生成的能反映大气、陆地、海洋和空间天气变化特征的各种地球物理参数、基本图像
产品以及环境、灾情监测等产品;3级数据是指在2级数据的基础上生成的候、旬、月格点产品和其他分析产品。卫星数据产品广泛应用于自然灾害和环境监测、军事气象和专业气象服务等各个方面，为我国气象事业发展和科学研究提供着支撑和服务。
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