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新一代“天眼”
（2006年08月19日 17:17:27）
來源︰《太空探索》
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□作者: 曉 春
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自從全球氣象衛星觀測網建成以來的30多年中，人類從未漏報過襲擊各國的台風。從去年肆虐美國的卡特里娜颶風到今年襲擊我國的1號“珍珠”台風，人們對氣象衛星也許可能不太了解，但對它們為人類防災減災所做的重大貢獻卻記憶猶新！
2006年 5月24日，美國海洋大氣局（NOAA）與航宇局（NASA）聯合研發的新一代靜止軌道業務環境衛星-N（GOES-N）歷經幾次延期後終于發射成功。它是當今世界最先進的氣象衛星，也是GOES衛星系列自1975年10月首次發射以來的第13顆，其跟蹤定位颶風的精度比上一代衛星高4倍，經過在軌測試之後將交給NOAA運行管理。該衛星入軌後將更名為GOES-13，並作為備份衛星貯存在軌位上待命。
NOAA 目前運行管理著三大民用和軍用氣象衛星網，在軌衛星有15顆，分別部署在靜止軌道和極地軌道上。其中靜止軌道上的GOES衛星有5顆，極地軌道上還有4顆軍用國防氣象衛星（DMSP）和6顆民用極軌環境衛星（NOAA-10∼18）。這些極軌衛星將在未來5∼6年內合並為軍民結合的極軌業務環境衛星，稱作 NPOESS。就全球而言，在靜止軌道和極地軌道上還有歐洲、俄羅斯、日本、中國和印度部署的10多顆氣象衛星，共同組成全球氣象觀測網，日夜監視著地球大氣、海洋和太空氣象環境的變化。全世界200多個國家和地區的氣象和環境預報人員通過免費接收來自靜止軌道衛星的實時雲圖和其他氣象信息，每天為地球上 60多億人提供準確及時的例行天氣預報和災害天氣報警。
GOES-N衛星簡介
GOES- N是美國航宇局委托波音公司研制的新一代靜止軌道氣象衛星的第一顆。目前在美國東西海岸上空各有兩顆GOES系列衛星（一主一備）在軌值班放哨，可覆蓋約 60%的地球表面。它們日夜跟蹤監視著威脅美國的颶風從生成到登陸的全過程。如果沒有這些“天眼”衛星，類似去年席卷墨西哥灣沿岸的卡特里娜颶風將會造成更大的生命財產損失。GOES系統的目標是保持兩顆衛星每天24小時連續發送氣象數據，滿足美國的各類氣象業務需求。目前GOES衛星提供的衛星雲圖及其氣象預報信息，可以每天24小時，一年365天，直接通過電視頻道進入千家萬戶。
GOES -N衛星采用波音601公用平台，三軸穩定，衛星發射時重約3200千克，入軌後重約1543千克，在軌展開後的外形尺寸分別為長8.4米，高約9米，寬為2.9米，太陽電池功率2.22千瓦，設計工作壽命5年。由于采用德爾它-4火箭發射，入軌精度更高，節省的燃料有可能使它的壽命延長到10年。
GOES -N衛星攜帶的遙感器主要有一台掃描成像儀、一台探測儀和一組監測太空環境的太空氣象監測器。成像儀和探測器都裝有靈活掃描控制裝置，可使它們以不同模式掃描局部小區、北美、南美和全球。局部小區掃描模式可以快速連續觀測某些地區的災害性天氣變化和精確測定風速。這種功能對于預報強台風、強暴雨和龍卷風等短壽命災害天氣尤為重要。災害性天氣發生時，地面操作人員可以快速選擇局部小區的位置和覆蓋面積，並跟蹤其路徑變化。
GOES- N掃描成像儀的分辨率取決于所要成像的像元（或像素）的大小；而每張圖像像元的大小又取決于所用的譜段是紅外，還是可見光。不同譜段所拍圖像具有不同的像元分辨率。例如，遠紅外（13.35微米）譜段的分辨率為8千米，中紅外和近紅外（3.9，6.55和10.7微米）譜段的分辨率為4千米，可見光譜段圖像分辨率高達1千米。而探測器所有通道產生數據的分辨率均為10千米。
掃描成像儀實際上是一種成像輻射儀，能同時感測所選地區放射的熱和反射的太陽能。它的掃描反射器可以自東向西和自西向東交替掃描。它通過5個紅外和可見光譜段每隔 3分鐘采集一次數據，生成地球表面、海洋、強風暴、雲圖、雲層溫度和厚度、表面溫度和水汽的圖像。利用這些圖像可使氣象預報員和其他用戶識別出夜間的霧；區分白天不同時間的雲是水雲還是冰雲；探測出發生森林火災和火山噴發時形成的“熱點”；確定台（颶）風眼的準確位置，以及測量夜間地表和海面的溫度變化。
GOES -N的探測器采用從14.71微米到0.70微米的19個遠紅外、中紅外、近紅外和可見光通道，采集從北緯60°到南緯60°這一區域在任何時間的大氣狀況數據。這些數據經過處理，可使氣象人員推導出大氣溫度和濕度剖面圖、地表溫度和雲頂溫度和臭氧分布。它所探測的數據還可制作用于中期或長期氣象預報的計算機模型。
守護天使的使命
氣象衛星的“天眼”如同護衛天使一樣日夜守護著地球人類。它所發回的各種氣象和環境信息，主要有如下功能。它們為保障人類的生命財產安全，提高大眾生活質量做出了重要貢獻。
1.與大眾生活息息相關的日常氣象預報
每天上班和外出旅行前，你一定非常關注今天、明天或未來幾天的天氣狀況。目前的氣象衛星可以讓氣象預報人員準確預報出未來3∼5天的天氣狀況，甚至可以預報出未來1小時到幾小時內局部地區的天氣變化，為航天發射、重大慶典活動和體育比賽活動提供決策參考。
2.災害性氣象預報
台風/颶風、龍卷風、強暴雨和沙塵暴等災害性天氣是威脅人類的重大自然災害。目前各國雖然無法消除或阻止這些災害的發生，但卻可以充分利用氣象衛星的準確預報大大減輕這類災害所帶來的生命財產損失。例如，最近登陸廣東、福建沿海的“珍珠”1號台風，就曾因氣象衛星的準確跟蹤與預報，才使數以萬計的沿海船只提前返港，100多萬人提前轉移，從而使這次台風造成的損失減少到最低程度。可以設想，如果沒有氣象衛星的貢獻，或是發生任何一次漏報和誤報，那麼它所造成的巨大損失是難以估量的。同樣，2005年8月襲擊美國墨西哥灣沿岸的卡特里娜颶風，雖然幾乎摧毀了新奧爾良市，但由于大多數人提前轉移，其生命財產損失也相對減輕。
3.監測森林、草原火災和火山爆發
氣象衛星上的紅外掃描成像儀非常靈敏，它不僅可以觀測到夜間的城市燈光，更可以在早期階段監測到剛剛發生的森林或草原火災，以及火山噴發前的“熱點”。這類報警信息對撲滅林火和轉移火山周邊地區人員非常有用。此外，在上述災害發生過程中和災後災情評估時，氣象衛星所拍攝的圖像也有重要價值。
4.長期氣候變化和環境監測研究
氣象衛星還為厄爾尼諾現象、臭氧層空洞和全球氣候變化研究提供了重要數據。據NOAA國家氣候數據中心科學家2006年5月16日宣布，2006年4月美國經歷了自 1895年有溫度記錄以來從未出現過的“最溫暖4月”，當月平均氣溫比上世紀100年的平均溫度上升了2.5℃，突破了1981年創下的最高溫度記錄。而 4月份全球陸地海洋平均溫度也出現異常，當月全球平均溫度比20世紀升高了0.49℃。這是自1880年有溫度記錄史以來的第七個最溫暖的4月。上世紀最溫暖的4月出現在1998年，全球月平均溫度升高了0.70℃。
利用氣象衛星進行長期氣象和氣候研究與預測，對增強國家安全和經濟安全具有重要意義。尤其是在人類正面臨全球氣候變暖、環境和生態日趨惡化的今天更是如此。
5.太空環境預報
這是 GOES-N衛星的特有功能。星上安裝的太空環境監測器能夠在太空實時監視和預報諸如太陽耀斑和地磁暴等特殊“太空氣象”事件的發生和演變過程。太空環境監測器由一台高能粒子感測器（EPS）、2台磁強計和一台太陽X射線探測器（XRS）組成。它每天向美國國家太空環境中心，也就是國家“太空氣象”中心，提供各種太空環境數據。太空氣象預報中心對這些數據進行分析判讀後，及時發布太空氣象預報。這類太空氣象預報信息對保障軍、民無線電通信、衛星通信和導航系統、電力網、太空中的航天員和高空飛行的飛行員的安全至關重要。因為一次激烈的太陽耀斑爆發會使一些通信衛星失效；飛船和空間站上的航天員遭遇強輻射；電力系統、高頻無線電通信和低頻導航系統受到嚴重干擾。
相關鏈接
GOES衛星系統在軌衛星狀態
衛星編號 在軌狀態 軌位
GOES-8 已失效
GOES-9 備用 西經160.5°
GOES-10 工作星 西經134.95°
GOES-11 待命 西經104.00°
GOES-12 工作星 西經74.92°
GOES-13 剛入軌
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文章作者:曉 春
責任編輯:skylook
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