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新一代“天眼”
（2006年08月19日 17:17:27）
来源：《太空探索》
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□作者: 晓 春
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自从全球气象卫星观测网建成以来的30多年中，人类从未漏报过袭击各国的台风。从去年肆虐美国的卡特里娜飓风到今年袭击我国的1号“珍珠”台风，人们对气象卫星也许可能不太了解，但对它们为人类防灾减灾所做的重大贡献却记忆犹新！
2006年 5月24日，美国海洋大气局（NOAA）与航宇局（NASA）联合研发的新一代静止轨道业务环境卫星-N（GOES-N）历经几次延期后终于发射成功。它是当今世界最先进的气象卫星，也是GOES卫星系列自1975年10月首次发射以来的第13颗，其跟踪定位飓风的精度比上一代卫星高4倍，经过在轨测试之后将交给NOAA运行管理。该卫星入轨后将更名为GOES-13，并作为备份卫星贮存在轨位上待命。
NOAA 目前运行管理着三大民用和军用气象卫星网，在轨卫星有15颗，分别部署在静止轨道和极地轨道上。其中静止轨道上的GOES卫星有5颗，极地轨道上还有4颗军用国防气象卫星（DMSP）和6颗民用极轨环境卫星（NOAA-10～18）。这些极轨卫星将在未来5～6年内合并为军民结合的极轨业务环境卫星，称作 NPOESS。就全球而言，在静止轨道和极地轨道上还有欧洲、俄罗斯、日本、中国和印度部署的10多颗气象卫星，共同组成全球气象观测网，日夜监视着地球大气、海洋和太空气象环境的变化。全世界200多个国家和地区的气象和环境预报人员通过免费接收来自静止轨道卫星的实时云图和其他气象信息，每天为地球上 60多亿人提供准确及时的例行天气预报和灾害天气报警。
GOES-N卫星简介
GOES- N是美国航宇局委托波音公司研制的新一代静止轨道气象卫星的第一颗。目前在美国东西海岸上空各有两颗GOES系列卫星（一主一备）在轨值班放哨，可覆盖约 60%的地球表面。它们日夜跟踪监视着威胁美国的飓风从生成到登陆的全过程。如果没有这些“天眼”卫星，类似去年席卷墨西哥湾沿岸的卡特里娜飓风将会造成更大的生命财产损失。GOES系统的目标是保持两颗卫星每天24小时连续发送气象数据，满足美国的各类气象业务需求。目前GOES卫星提供的卫星云图及其气象预报信息，可以每天24小时，一年365天，直接通过电视频道进入千家万户。
GOES -N卫星采用波音601公用平台，三轴稳定，卫星发射时重约3200千克，入轨后重约1543千克，在轨展开后的外形尺寸分别为长8.4米，高约9米，宽为2.9米，太阳电池功率2.22千瓦，设计工作寿命5年。由于采用德尔它-4火箭发射，入轨精度更高，节省的燃料有可能使它的寿命延长到10年。
GOES -N卫星携带的遥感器主要有一台扫描成像仪、一台探测仪和一组监测太空环境的太空气象监测器。成像仪和探测器都装有灵活扫描控制装置，可使它们以不同模式扫描局部小区、北美、南美和全球。局部小区扫描模式可以快速连续观测某些地区的灾害性天气变化和精确测定风速。这种功能对于预报强台风、强暴雨和龙卷风等短寿命灾害天气尤为重要。灾害性天气发生时，地面操作人员可以快速选择局部小区的位置和覆盖面积，并跟踪其路径变化。
GOES- N扫描成像仪的分辨率取决于所要成像的像元（或像素）的大小；而每张图像像元的大小又取决于所用的谱段是红外，还是可见光。不同谱段所拍图像具有不同的像元分辨率。例如，远红外（13.35微米）谱段的分辨率为8千米，中红外和近红外（3.9，6.55和10.7微米）谱段的分辨率为4千米，可见光谱段图像分辨率高达1千米。而探测器所有通道产生数据的分辨率均为10千米。
扫描成像仪实际上是一种成像辐射仪，能同时感测所选地区放射的热和反射的太阳能。它的扫描反射器可以自东向西和自西向东交替扫描。它通过5个红外和可见光谱段每隔 3分钟采集一次数据，生成地球表面、海洋、强风暴、云图、云层温度和厚度、表面温度和水汽的图像。利用这些图像可使气象预报员和其他用户识别出夜间的雾；区分白天不同时间的云是水云还是冰云；探测出发生森林火灾和火山喷发时形成的“热点”；确定台（飓）风眼的准确位置，以及测量夜间地表和海面的温度变化。
GOES -N的探测器采用从14.71微米到0.70微米的19个远红外、中红外、近红外和可见光通道，采集从北纬60°到南纬60°这一区域在任何时间的大气状况数据。这些数据经过处理，可使气象人员推导出大气温度和湿度剖面图、地表温度和云顶温度和臭氧分布。它所探测的数据还可制作用于中期或长期气象预报的计算机模型。
守护天使的使命
气象卫星的“天眼”如同护卫天使一样日夜守护着地球人类。它所发回的各种气象和环境信息，主要有如下功能。它们为保障人类的生命财产安全，提高大众生活质量做出了重要贡献。
1.与大众生活息息相关的日常气象预报
每天上班和外出旅行前，你一定非常关注今天、明天或未来几天的天气状况。目前的气象卫星可以让气象预报人员准确预报出未来3～5天的天气状况，甚至可以预报出未来1小时到几小时内局部地区的天气变化，为航天发射、重大庆典活动和体育比赛活动提供决策参考。
2.灾害性气象预报
台风/飓风、龙卷风、强暴雨和沙尘暴等灾害性天气是威胁人类的重大自然灾害。目前各国虽然无法消除或阻止这些灾害的发生，但却可以充分利用气象卫星的准确预报大大减轻这类灾害所带来的生命财产损失。例如，最近登陆广东、福建沿海的“珍珠”1号台风，就曾因气象卫星的准确跟踪与预报，才使数以万计的沿海船只提前返港，100多万人提前转移，从而使这次台风造成的损失减少到最低程度。可以设想，如果没有气象卫星的贡献，或是发生任何一次漏报和误报，那么它所造成的巨大损失是难以估量的。同样，2005年8月袭击美国墨西哥湾沿岸的卡特里娜飓风，虽然几乎摧毁了新奥尔良市，但由于大多数人提前转移，其生命财产损失也相对减轻。
3.监测森林、草原火灾和火山爆发
气象卫星上的红外扫描成像仪非常灵敏，它不仅可以观测到夜间的城市灯光，更可以在早期阶段监测到刚刚发生的森林或草原火灾，以及火山喷发前的“热点”。这类报警信息对扑灭林火和转移火山周边地区人员非常有用。此外，在上述灾害发生过程中和灾后灾情评估时，气象卫星所拍摄的图像也有重要价值。
4.长期气候变化和环境监测研究
气象卫星还为厄尔尼诺现象、臭氧层空洞和全球气候变化研究提供了重要数据。据NOAA国家气候数据中心科学家2006年5月16日宣布，2006年4月美国经历了自 1895年有温度记录以来从未出现过的“最温暖4月”，当月平均气温比上世纪100年的平均温度上升了2.5℃，突破了1981年创下的最高温度记录。而 4月份全球陆地海洋平均温度也出现异常，当月全球平均温度比20世纪升高了0.49℃。这是自1880年有温度记录史以来的第七个最温暖的4月。上世纪最温暖的4月出现在1998年，全球月平均温度升高了0.70℃。
利用气象卫星进行长期气象和气候研究与预测，对增强国家安全和经济安全具有重要意义。尤其是在人类正面临全球气候变暖、环境和生态日趋恶化的今天更是如此。
5.太空环境预报
这是 GOES-N卫星的特有功能。星上安装的太空环境监测器能够在太空实时监视和预报诸如太阳耀斑和地磁暴等特殊“太空气象”事件的发生和演变过程。太空环境监测器由一台高能粒子感测器（EPS）、2台磁强计和一台太阳X射线探测器（XRS）组成。它每天向美国国家太空环境中心，也就是国家“太空气象”中心，提供各种太空环境数据。太空气象预报中心对这些数据进行分析判读后，及时发布太空气象预报。这类太空气象预报信息对保障军、民无线电通信、卫星通信和导航系统、电力网、太空中的航天员和高空飞行的飞行员的安全至关重要。因为一次激烈的太阳耀斑爆发会使一些通信卫星失效；飞船和空间站上的航天员遭遇强辐射；电力系统、高频无线电通信和低频导航系统受到严重干扰。
相关链接
GOES卫星系统在轨卫星状态
卫星编号 在轨状态 轨位
GOES-8 已失效
GOES-9 备用 西经160.5°
GOES-10 工作星 西经134.95°
GOES-11 待命 西经104.00°
GOES-12 工作星 西经74.92°
GOES-13 刚入轨
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责任编辑:skylook
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