我国气象卫星及应用发展与展望

截止到2008年6月底,我国已成功发射了4颗风云一号极轨气象卫星、1颗风云三号极轨气象卫星和4颗风云二号静止气象卫星.目前,风云一号D星、风云二号C和D星在轨业务运行,风云三号A星正在在轨测试中.我国的气象卫星已初步实现了业务化、系列化,率先实现了国防科工委提出的我国遥感卫星从试验应用型向业务服务型转变的目标.同时,我国也已成为世界上同时拥有极轨和静止两个系列气象卫星的3个国家或国家集团之一.世界气象组织已将风云一号系列、风云二号系列和风云三号系列卫星纳入全球业务应用气象卫星序列,使我国风云卫星成为全球综合地球观测系统的重要成员.我国气象卫星在我国国民经济建设和防灾减灾中发挥了重要作用,也为区域,乃至全球许多国家的经济发展做出了重要贡献.回顾了我国气象卫星及地面应用系统的发展历程,简要总结了我国气象卫星应用所取得的重要成绩,同时对未来我国气象卫星的发展趋势和发展目标等进行了展望.     

Reconstruction of Three-Dimensional Pacific Temperature with Argo and Satellite Observations

Combining Argo temperature and salinity profiles with satellite-derived sea surface temperature (SST), weekly three-dimensional temperature fields of the Pacific Ocean were reconstructed for the period January 2000 to December 2010. The data reconstruction methodology we used has three salient features: the first is a combined application of the Optimal Interpolation (OI) and the Multivariate Data Interpolating Empirical Orthogonal Function (MDINEOF) methods, the second is an emphasis on the multivariate nature of the vertical thermohaline structure, and the third is the inclusion of a continuous satellite-derived SST dataset to compensate for the discontinuities and the lack of surface observations in Argo data. Comparisons with other observations and data products indicate that our gridded temperature product is able to capture the main features of temperature distribution as well as its variability from intraseasonal to interannual time scales, thus providing a useful new dataset for ocean and climate studies.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] En combinant les profils de température et de salinité Argo avec les températures de la surface de la mer dérivées des données satellitaires, nous avons reconstruit les champs tridimensionnels hebdomadaires de température de l'océan Pacifique pour la période de janvier 2000 à décembre 2010. La méthodologie de reconstruction des données que nous avons utilisée présente trois points saillants : le premier est une application combinée des méthodes de l'interpolation optimale et de la fonction orthogonale empirique d'interpolation de données multivariées (MDINEOF), le deuxième est une mise en évidence de la nature multivariée de la structure thermohaline verticale et le troisième est l'inclusion d'un ensemble continu de données de température de la surface de la mer dérivées des données satellitaires pour compenser les discontinuités et le manque d'observations de surface dans les données Argo. Les comparaisons avec d'autres observations et produits de données montrent que notre produit de températures à des points de grille est capable de discerner les caractéristiques principales de la distribution des températures de même que sa variabilité de l’échelle intrasaisonnière à l’échelle interannuelle, ce qui fournit un nouvel ensemble de données utile pour les études océaniques et climatiques.     

2003年11月超强磁暴热层大气密度扰动及其与焦耳加热和环电流指数的关系——CHAMP卫星观测

本文利用CHAMP卫星加速度仪测量数据,计算和分析2003年11月20～21日大磁暴期间大气质量密度扰动的全球分布特征;研究暴时变化与极区大尺度对流引起的全球焦耳加热总功率及环电流指数SYM-H之间的关系.结果表明,磁暴期间400 km高度上热层大气质量密度大幅度上升, NRLMSISE-00模式预测值与此相比有很大差别;暴时大气密度的增大存在昼/夜半球不对称性：白天强于夜晚,且白天随纬度的分布呈现出比较复杂的图像,在赤道附近和南半球中低纬区（10°N ～50°S）大气密度增大较强,并呈双峰分布,两个峰分别位于0°和45°S,另外在极区也出现大气密度扰动的局部极大,而在夜晚,大气密度变化南北半球比较对称,在赤道低纬区大气密度增大较强;互相关分析表明,中低纬区大气密度变化滞后于全球焦耳加热总功率3～7 h,滞后于环电流指数（SYM-H）0～3 h,与二者存在很强的相关,表明极区焦耳加热和赤道环电流过程对暴时热层大气密度扰动有重要影响.     

一次副高边缘强对流天气的水汽图像特征

利用惺水汽图像、红外云图和常规天气资料,对１９９８年８月１０日凌晨发生在山东半岛东部的副高边缘强对流天气进行了诊断分析。结果表明：高空弱冷空气侵入、副高西北部边缘减弱东移、副高边缘８５０ｈＰａ风的辐合、山东半岛对流不稳定环境的有利于强对流天气发生、发展,强对流天气发生在水汽图像最白亮区域与红外云图对流云团西端的重合区。     

顾及周期项误差和起点偏差修正的北斗卫星钟差预报

根据北斗卫星导航系统星载原子钟自身的物理特性,采用武汉大学IGS数据中心发布的2016年1月1日至2016年11月1日共306天的事后钟差产品进行谱分析。分析结果表明:北斗卫星导航系统的3类卫星钟都存在一定的周期特性;其中GEO和IGSO卫星钟的主周期相对较为明显;GEO卫星钟的主周期依次为12、24、8和6h;IGSO的主周期为24、12、8和6h;而MEO的3个主周期为12.9、6.4和24h。依据各类原子钟的周期特性,同时对各天之间钟差的起始点偏差进行修正,并利用修正模型对北斗卫星钟差进行预报和精度分析。试验结果表明,改进的预报模型能显著提升北斗卫星的钟差预报精度,北斗卫星钟差24h、12h、6h的平均预报精度分别能达到6.55ns、3.17ns和1.76ns。     

Pleiades高分辨率卫星影像道路提取技术

遥感影像上的道路提取是摄影测量与计算机视觉研究的一项重要内容,本文设计了一种高分辨率卫星影像道路提取方法,首先,利用Canny边缘提取算子提取左影像上的边缘,并利用霍夫变换对线特征进行检测,根据道路的几何特性检测平行直线,再基于影像匹配方法匹配立体像对上的道路;然后,利用卫星影像RPC参数前方交会原理实现道路的几何定位。利用Pleiades卫星影像开展试验,自动提取的道路与人工采集的道路几何定位误差在1个像素以内,试验结果验证了本文方法的有效性。     

载波相位差分接收机自主完好性监测研究

首先提出了浮点变换完全去相关法,该方法能够在单历元动态确定整周模糊度。研究了基于载波相位测量的完好性监测方法。利用最小二乘残差构造统计检验量,对整周模糊度进行检测。分析了定位误差保护限与卫星构型、漏警概率的关系。实测数据表明,整周模糊度在单历元动态求解的成功率为100%,增加1颗卫星将使垂直定位误差保护限减少约0.2 m,统计检验量检测周跳的正确率为100%。     

阿克苏北部绿洲强对流暴雨与冰雹红外云图特征对比分析

利用GMS-5静止气象卫星逐时红外云图数值资料,分析了阿克苏北部绿洲1998～2001年5～8月各10次强对流暴雨和冰雹过程的红外云图特征,表明强对流暴雨与冰雹中尺度云团在尺度、形状、强度、发生、成熟时间和生命史方面具有显著的异同,这些指标对它们的监测、预警具有重要意义。     

Simultaneous Ocean Wave Measurements by the Jason and Topex Satellites,with Buoy and Model Comparisons Special Issue: Jason-1 Calibration/Validation

The verification phase of the Jason-1 satellite altimeter mission presents a unique opportunity for comparing near-simultaneous, independent satellite measurements. Here we examine simultaneous significant wave height measurements by the Jason-1 and TOPEX/Poseidon altimeters. These data are also compared with in situ measurements from deep-ocean buoys and with predicted wave heights from the Wave Watch III operational model. The rms difference between Jason and TOPEX wave heights is 28 cm, and this can be lowered by half through improved outlier editing and filtering of high-frequency noise. Noise is slightly larger in the Jason dataset, exceeding TOPEX by about 7 cm rms at frequencies above 0.05 Hz, which is the frequency at which the coherence between TOPEX and Jason measurements drops to zero. Jason wave heights are more prone to outliers, especially during periods of moderate to high backscatter. Buoy comparisons confirm previous reports that TOPEX wave heights are roughly 5% smaller than buoy measurements for waves between 2 and 5 m; Jason heights in general are 3% smaller than TOPEX. Spurious dips in the TOPEX density function for 3- and 6-m waves, a problem that has existed since the beginning of the mission, can be solved by waveform retracking.     

GNSS-MR技术用于雪深探测的初步研究

全球导航卫星系统干涉反射测量（global navigation satellite system-interferometric reflectometry,GNSS-IR）技术能探测浅层地表的土壤湿度。针对多系统组合的土壤湿度反演问题,基于轨迹聚类方法,从全球定位系统(global positioning system,GPS)、北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略（Galileo）导航系统的信噪比观测数据中提取多径干涉相位,利用经验模型求解轨迹聚类后的土壤湿度估计值,以加权平均方式得到系统组合后的估计结果。结果表明,BDS、Galileo反演精度相当且优于GPS、GLONASS,基于轨迹聚类的多系统组合土壤湿度估计方法的均方根误差为0.041 4 cm³/cm³,相比于单系统的综合反演精度提升约16.3%,相比于单系统的最佳频段反演精度提升约5.2%,所提方法能有效监测土壤湿度的变化。