我国新一代极轨气象卫星(风云三号)_工程地面应用系统

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
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 。 ２ ０００ 年 国务 院批 准了 风云 三号 气象 卫星 立项 （ 国办 ２ ２１１ 号） ，风云 三号地 面应 用系统 建设 启动 。
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 １ １ 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
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 。
２０１２ 年第 １４ 卷第 ９ 期 11
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
我国新一代极轨气象卫星（ 风云三号） 工程地面应用系统
卢乃锰， 董超华， 杨忠东， 施进明， 张 鹏
（国 家 卫 星 气 象 中 心，北 京 １０００８１）
［ 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。 ［ 关键词］ 风ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三号；多光谱；三维；定量遥感 ［ 中图分类号］ Ｐ４１４．４ ［ 文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００９ －１７４２（２０１２）０９ －００１０ －１０
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。
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
（ 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。
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 ０ １ 批两 颗星 （ ＦＹ-３ Ａ ／３Ｂ） 为试 验应 用 卫星 ；未来 将 要 发 射 的 ０２ 批 ４ 颗 星 （ ＦＹ-３ Ｃ ／Ｄ ／Ｅ ／ Ｆ） 为业 务 应 用 卫 星 ， 预 计 使 用 到 ２０２２ 年。 考 虑 到 ０ ２ 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 １ ５ 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
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。
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 ，枟 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 枠获 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
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
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 °×１ ０ °的分 区 产 品 ，降 低 了单 个数据 文件 的容量 。 3 ．3 数据预 处理 与产品 生成
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
［ 收 稿 日期 ］ ２０１２ －０６ －２５ ［ 作 者 简介 ］ 卢 乃 锰 （１９６３ — ），男 ，北 京 市 人 ，研 究 员 ，研 究 方 向 为 卫 星 气 象 和气 象 卫 星 ；Ｅ －ｍａ ｉｌ：ｌｕｎｍ ＠ ｃｍａ ．ｇｏ ｖ．ｃ ｎ
10 中国工程科学
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］ 。
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。