极轨气象卫星及其AVHRR介绍

极轨气象卫星及其AVHRR介绍极轨气象卫星是围绕太阳同步轨道运行的卫星，其携带的可见光、红外遥感仪器可以在较低的轨道上以较高的地面分辨率对全球进行监测。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（FY1C和FY1D）。

“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共发射了4颗，即FY-1A、FY-1B、FY-1C、FY-1D，其中FY-1A(1998年9月发射)，FY-1B （1990年9月发射）与NOAA卫星兼容，均属于实验性质卫星，现都已经退出业务运行。FY-1C（1999年5月发射）及其接替卫星FY-1D（2002年3月发射）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MVISR，其通道数为10个，包括4个可见光通道，1个短红外，2个近红外通道，1个中波红外通道和2个长波红外，它的高分辨率图像传输仪称为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-N于1978年10月13日发射并投入业务运行。自1978年至今，NOAA-A～J卫星相继发射，卫星发射前命名为NOAA-A、B、C、……，入轨运行后改为数字标号，例如：1984年12月12日发射的NOAA-F投入业务运行后更名为NOAA-9，1993年8月9日发射的NOAA-I，转入业务运行后将更名为NOAA-13。NOAA系列卫星分为两种类型：5颗TIROS-N型的，即TIROS-N和NOAA-A～D，6颗改进TIROS-N型（ATN），即NOAA-E～J。卫星携带了两部对气象业务预报非常有用的仪器：一部是甚高分辨率辐射仪（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。AVHRR辐射仪有5个波段的辐射，即5个通道，星下点地面分辨率约为1公里。具有这种分辨率的大量数据资料由高分辨率图像传输设备（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卫星增加了探索搜救系统（SARSAT），NOAA-9和NOAA-10增加了地球辐射收支实验器（ERBE），NOAA-9卫星还增加了太阳紫外后向散射辐射计（SBUV）。NOAA系列后期的卫星星载改进的甚高分辨率扫描辐射仪（AVHRR）是具有5个观测通道，对可见光、近红外和红外光谱“窗区”波段敏感的扫描仪。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开始，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，对地定向观测，平均轨道高度约为850km，卫星倾角98.739度，运行周期102分钟。卫星每天绕地球飞行14.2圈，能够实现每24小时可见光通道覆盖全球一次，红外通道覆盖全球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：轨道高度870km，轨道倾角98.85度，偏心率<0.005，轨道周期102.3分钟。

NOAA系列卫星携带有甚高分辨率辐射仪（AVHRR），用以获得图像资料。AVHRR 辐射仪有5个波段的辐射，即5个通道，星下点地面分辨率约为1公里。具有这种分辨率的大量数据资料由高分辨率图像传输设备（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。它的高分辨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分辨率扫描辐射仪（AVHRR）是具有五个观测通道，对可见光、近红外和红外光谱“窗区”波段敏感的扫描仪。NOAA-D～J星载AVHRR 各通道光谱特性如表1所示：

表 1 NOAA-D～J通道编号、波长范围及其主要用途

注：为了改进对气象、海洋、水文和环境的监测，AVHRR采用了多光谱测量法，它可以获取昼夜云图，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，可以计算植被指数，监测作物生长状况，可以判定冰雪覆盖范围等。通过中红外通道的测量，可以监测森林火灾的发生和发展，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AVHRR多出1倍，能够获得更多的地球遥感信息。10个通道中包括4个可见光通道，2个近红外，1个短红外，1个中波红外和2个长波红外。星上记录数据量化位数也由NOAA和FY-1A、FY-1B的8bit扩大到10bit。FY-1C、D星用星载10通道可见光和红外扫描辐射计，获取全球陆面、洋面和大气成分及云面的可见光及红外辐射资料，与静止气象卫星互相补充。FY-1C、D星载MVISR 的各通道光谱特性及用途如表2所示：

表 2 FY-1C、D通道编号、波长

范围及其主要用途

注：通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰，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、草场的生长情况、病虫害及缺水情况，并能进行农作物估产。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削弱进行订正，计算得到的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。通道6对雪的反射率较低，与其他通道结合有助于云、雪的判识，同时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情况。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，其地面分辨率在星下点为