专家：

　　国家卫星气象中心专家团队：

　　国家卫星气象中心副主任、风云三号地面应用系统总指挥 张鹏

　　风云三号极轨卫星地面系统总设计师 胡秀清

　　风云三号极轨卫星地面系统副总指挥 陆其峰

　　风云三号极轨卫星地面系统副总设计师 林曼筠

　　风云三号极轨卫星地面系统副总设计师 朱爱军

　　风云三号极轨卫星地面系统副总设计师 孙凌

　　仪器负责人：

　　漆成莉、商建、尹红刚、齐瑾、邱红、徐寒列、郭杨、胡菊旸、武胜利、杨光林、肖贤俊、李嘉巍、黄聪、毛田、敦金平

　　风云三号E星是目前全球第一颗民用晨昏轨道极轨气象卫星（以下简称“晨昏轨道卫星”），其成功发射，填补了国际晨昏轨道气象卫星技术空白。

　　E星所处的晨昏轨道，是赤道降交点地方时间（Equator Cross Time，ETC）为6:00左右的卫星观测轨道，在这一轨道上，E星观测地方时间在凌晨和傍晚。这填补了目前数值天气预报模式同化中每6小时同化时间窗内全球2至3条轨道的卫星观测空白，使极轨气象卫星每6小时可为数值预报提供一次完整全球覆盖的资料，对提高数值天气预报精度和时效都将产生积极作用。

　　与C星和D星相比，E星观测时太阳高度角低，地形和云顶高度的几何特征更加明显，可以在晨雾、林火、台风和强对流的监测和分析中发挥独特作用。它还能实现全球大部分地区在红外和微波波段的每天6次测量，显著提升极轨气象卫星的气候监测能力。

　　不仅如此，晨昏轨道的观测时段更有助于利用红外发射原理开展一氧化碳等痕量气体的遥感观测。

　　E星在业务上形成同欧美卫星的等价互补之势。中国气象局可依托晨昏轨道卫星独特的全球观测资料，在全球卫星观测资料交换、综合气象观测业务、现代气象和气候预报预测业务等领域同欧美国家开展多种合作与交流。

　　那么，E星搭载了哪些载荷，它们又将如何发挥作用？（李慧）

　　中分辨率光谱成像仪（微光型）——

　　夜间清晰观测 助力监测精密

　　处于晨昏轨道的风云三号E星，部分观测区域处于夜间，受光照条件限制，难以获取传统可见光遥感图像——如何破解这一难题，答案是搭载微光成像通道的中分辨率光谱成像仪（微光型）。

　　中分辨率光谱成像仪是获取全球对地观测图像、实现多种大气、陆地、海洋参量的高精度反演的主打仪器。中分辨率光谱成像仪（微光型）是风云系列卫星首次搭载微光成像通道，即便在夜间，它一样可以借助微光如常工作。

　　在保留风云三号D星中分辨率光谱成像仪全部红外通道的基础上，E星将原有的可见近红外通道替换成宽谱段微光通道。上至阳光照射，下至1/4月光照射，均可实现目标信号观测。测量精度达到微光通道10%和红外波段0.4K。

　　E星不仅可以延续中分辨率光谱成像仪的云和地表气候变量长期观测，还可以借助微光通道，在低照度条件下获取可见近红外谱段的地表反射信息，监测低云和大雾、烟雾和尘埃、冰雪、火情以及灯光，并有望提高夜间云检测水平，为探测类仪器和数值天气预报提供有效支撑。

　　夜间灯光观测，是微光通道的“拿手好戏”。微光遥感影像可以反映夜间城镇灯光，还能捕捉到森林火灾、天然气燃烧、夜间渔船的光亮，广泛应用于社会经济参数估算、人口分析、区域发展研究、城市空间分布格局研究、能源消耗、渔业监测、重大事件评估、城市化对生态环境的影响等诸多研究领域，继而支撑一系列衍生产品的出炉——估算城镇人口、人口密度、耗电量、区域经济发展水平、GDP等。（刘钊）

　　微波温度计和微波湿度计——

　　国内首个民用晨昏轨道微波探测仪，填补大气温湿度探测数据空白

　　跟随E星升空的微波温度计（III型），已经升级到第三代。微波温度计这次升级改进，不仅通道数量、探测能力和性能指标均有较大提升，而且由于这颗卫星定位的特殊性，它将成为国内首个民用晨昏轨道微波温度计，可填补晨昏时段卫星观测大气温度廓线数据的空白，为提高天气预报准确率提供支撑。

　　与第二代相比，微波温度计（III型）每条扫描线的扫描点从90个增加到98个，增加23.8 GHz水汽吸收和31.4 GHz窗区通道，可以同步探测云和降水信息；增加53.246 GHz和53.948 GHz，用于对流层4公里和6公里高度的温度探测通道，可以获取更多对流层信息。

　　微波湿度计（II型）此前已在风云气象卫星上服役13年，这一次，由于E星定位于晨昏轨道的特殊性，第二代微波湿度计的“新技能”也被触发——不仅能连续探测全球大气湿度和温度垂直分布，还将在全球首次提供晨昏时段的118 GHz温度探测数据，与上、下午星组网实现单一同化窗内的全球无缝覆盖。

　　目前，微波湿度计（II型）的观测资料已在中国气象局数值预报中心、欧洲中期天气预报中心、英国气象局业务同化，能为数值天气预报提供及时准确的大气湿度和温度初始场信息，提升对台风、暴雨等灾害性强对流天气的监测预警能力。它还能够支撑高分辨率全球气候系统模式发展，为全面加强应对气候变化能力建设提供客观科学依据。（刘钊）

　　全球导航卫星掩星探测仪——

　　接收北斗信号 开展掩星探测

　　E星本次携带的全球导航卫星掩星探测仪-Ⅱ型（下简称“掩星探测仪”），将首次接收北斗B3信号用于掩星探测，实现我国掩星探测技术和掩星数据的自主可控和国产替代，开拓我国北斗系统在气象应用领域的新篇章。

　　掩星探测是通过测量发生掩星的GNSS卫星无线电信号的弯曲和延迟，反演大气折射率、密度、压力、温度、湿度和电离层电子密度参数。掩星探测数据不仅可以作为数值天气预报的初始场数据，也对全球气候监测和空间天气预报等具有重大的意义。掩星探测仪获取的高垂直分辨率的电离层电子密度廓线、大气温湿度廓线、海面风速等数据，可支撑天气气候的科学研究；而高垂直分辨率、高精度、不受云和降水影响的观测数据，将支撑我国新一代高分辨率数值天气预报业务系统的建设，提高灾害性天气预报准确率。

　　掩星探测仪除具备掩星探测功能外，还将开展海洋反射探测，通过测量经海面反射的GNSS卫星信号的时延-多普勒相关功率波，反演海面风速，弥补海洋观测站点的不足，为海上天气监测预警提供更多可靠信息。这是国际上首次实现掩星和反射信号的一体化探测，可以实现电离层、大气、海面的综合立体监测。（王若嘉）

　　风场测量雷达——

　　精准捕捉台风 弥补海洋观测不足

　　风场测量雷达，是目前风云系列气象卫星所有载荷中的第一台主动遥感仪器，也是风云家族史上首个具备全球海洋表面完整风场信息测量能力的载荷。

　　它与全球导航卫星掩星探测仪一同升空，可以共同反演海面风速，弥补海洋观测的不足。风场测量雷达获取的数据，可为数值天气预报提供重要的海面风场初始场信息，提升对台风、灾害性天气的监测预警能力。此外，通过风场测量雷达的观测数据还可获得海冰覆盖、土壤湿度等影响全球气候变化的重要因子的变量，为气候学研究夯实基础，服务国家应对气候变化战略的制定和实施。

　　从技术方面来看，风场测量雷达采用扇形波束结合圆锥扫描的双频段双极化四通道探测，这是国际上首次采用双频段探测海面风场。不仅将辐射精度提高到0.6dB，而且让遥感空间分辨率达到了20公里和10公里。这其中，风速测量精度优于2米/秒，风向测量精度优于20度。（王若嘉）

　　红外高光谱大气探测仪——

　　数据更精密，应对气候变化有“新招儿”

　　同风云三号D星相比，E星搭载的红外高光谱大气探测仪（II型）实现升级改进，具有通道更多、精度更高、光谱更完整的特点。

　　装备的升级带来可喜的变化——瞄准温室气体、沙尘、云量等，这一仪器能为新一代高分辨率数值天气预报业务系统提供更高空间分辨率、更高精度的卫星观测数据，助力提高灾害性天气预报准确率；支撑高分辨率全球气候系统模式发展，为应对气候变化能力建设提供科学数据。

　　升级的背后则是更精细的仪器革新——红外高光谱大气探测仪单个驻留视场探元数从2×2变为3×3，星下点地面分辨率也从16公里提升至14公里；驻留观测时间更短，从250毫秒压缩至222毫秒，行扫描时间从10秒减短至8秒，可以和微波仪器更好地匹配；仪器灵敏度提升2倍以上，光谱和辐射定标精度也有显著提升。

　　此外，E星可提供国内首个热红外波段的连续高光谱红外观测，能够在没有光谱间隔的情况下更好地应用于仪器间交叉比对参考。（王亮）

　　太阳辐射监测仪和太阳辐照度光谱仪——

　　优化太阳辐射监测 气候预测评估更“有数”

　　太阳辐射是地球最重要的外部能源，是地球接收的、驱动地球大气和海洋运动的主要能量。通过对太阳总辐照度的长期观测，可以获知太阳活动导致的太阳入射能量变化，以及太阳11年活动周期的能量变化及趋势，是地球辐射收支研究、气候变化应用等的重要参数。

　　在E星上搭载的太阳辐射监测仪（Ⅱ型），在原有仪器基础上进一步升级改进，通过以绝对辐射计为探测器，实现在大气顶对太阳辐射的直接观测；可提供基本气候变量-太阳总辐照度产品，具有高精度、高稳定性等特征。它与瑞士研发的新一代同类仪器组建联合观测仪器包，能够在同样的卫星几何、环境温度以及对日跟踪能力下开展准同步观测，为国际太阳总辐照度气候数据集的建立和延续提供数据支持。

　　太阳辐照度光谱仪是风云系列卫星首次搭载太阳光谱辐射测量仪器，也是风云三号E星搭载的3台全新研制仪器之一。它能提供165nm至1650nm连续太阳光谱辐照度数据产品，并具有在轨光谱定标和辐射定标功能，能够精密监测仪器的在轨变化，将首次为国内带来太阳光谱辐照度和太阳总辐照度的联合监测——这是大气辐射传输模拟、大气成分定量反演等的基础参数，通过其逐日更新的数据产品，可优化模式模拟结果，提高定量产品反演精度；光谱辐射直接作用于地气系统的各种成分吸收及其气候响应，通过研究这种响应机制，能够进一步改善气候变化的预测和评估。

　　太阳辐照度光谱仪先进性具体表现为：仪器设计有紫外、可见光和近红外三个波段，光谱分辨率分别为1nm、1nm和8nm；实现165nm至240nm定标精度3%， 240nm至1650nm定标精度2%。（王亮）

　　空间天气“三个半”载荷——

　　让太阳活动监测和空间天气预报更准确

　　“三个半”是风云三号E星空间天气仪器负责人对仪器的形象概括，即有三个仪器负责监测空间天气，还有一个仪器的一半功能用于监测空间天气。这便是空间天气仪器的“三个半”。

　　空间天气变化的源头，在于太阳。风云三号E星搭载的太阳X-EUV成像仪，是空间天气仪器的“新面孔”，为国内卫星首次搭载，也是国际上首次将X射线和极紫外两个波段成像集成到同一台仪器上。它的强项是获取X射线和极紫外波段的多通道、全日面、高灵敏度图像。它可以用于观测太阳活动区、冕洞、耀斑、暗条爆发等活动现象，X射线成像和极紫外成像相结合，也有助于全面理解日冕中的爆发过程，可以帮助研究人员更准确地进行太阳活动和空间天气预报。

　　另一个仪器是改进革新后的新一代空间环境监测器，新增了磁场探测功能，拓展了带电粒子探测的能谱和方向性，具备多种空间环境要素的探测能力，辐射剂量和表面电位探测能力得到有效增强。

　　作为诸多遥感仪器中的“小块头”，多角度型电离层光度计对于日夜交界面上气辉变化的监测，以及对日侧、夜侧和曙暮时段的电离层探测，补充电离层全天候的变化过程等，有着“舍我其谁”的实力。与风云三号D星电离层光度计相比，它除了拥有指向天底的探头以外，还增加了指向±30°的两个探头，增加了在轨标定探头，可实现三个探头一致性的标定和随时间衰减的标定。

　　最后，来看一下“三个半”中的那个“半”——全球导航卫星掩星探测仪，同时具备掩星探测和海洋反射探测两种功能，是它的优势。较之风云三号C星和D星，风云三号E星全球导航卫星掩星探测仪的掩星通道数量增加，电离层垂直廓线数量增加、密度提高、覆盖性增强。此外，它还首次接收北斗B3信号用于掩星探测，北斗掩星探测进入业务化运行，可实现我国掩星探测技术和掩星数据的自主可控和国产替代。（宛霞）

　　（责任编辑：张林）