毫米/亚毫米波遥感仪器大气温度和水汽探测通道选择分析

摘要

卫星探测是监测热带海洋地区天气系统发生和发展的最为有效手段之一。极轨气象卫星通道信息丰富， 空间分辨率高，但其较长的回归周期限制了极轨气象卫星资料在灾害性天气监测预警中的作用。对快速变 化的台风、暴雨等灾害性天气现象的发生、发展和消亡的有效监测要依靠静止气象卫星来完成。将静止轨 道遥感探测的高时效性优势和微波对云雨大气独具的穿透性探测能力结合，提升对快速变化的台风、暴雨 等灾害性天气系统的监测预警能力，是发展静止轨道微波探测的初衷。在静止轨道上发展微波探测，受天 线口径对地面分辨率的制约，需要考虑毫米/亚毫米波 [1 ] ，才能将静止微波的高时效性优势、云雨大气探测 优势与满足天气气候应用的空间分辨能力有机结合。美国和欧洲都在致力于发展地球同步轨道毫米/亚毫米 波探测技术，相继提出了静止轨道微波观象台（GEM：Geostationary Microwave Observatory）和“微波 大气探测静止观测平台计划”（GOMAS：Geostationary Observatory for Microwave Atmospheric Sounding） 的概念。中国在下一代静止气象卫星风云四号卫星规划中，明确提出静止轨道微波探测的构想，与WMO 未 来静止轨道卫星发展规划相吻合，这必将带动国内相关载荷设计技术和应用技术的发展。本文利用美国空 军地球物理实验室（AFGL）给出的五种模式大气 [15 ] 之一的热带大气温湿廓线和威斯康星大学的非流体静力 学中尺度模式系统（University of Wisconsin –Non-hydrostatic Model System）模拟输出的热带气旋 云雨大气廓线，计算了热带地区和热带气旋云墙区毫米/亚毫米波段微波大气透过率权重函数。对权重函数 峰值高度的分析结果显示：对流层低层的大气温度可以选择118GHz 通道的远翼频点来探测，而对高层大 气温度进行探测时，选择425GHz 通道的远翼频点较为合适。在湿度探测方面，183GHz 通道组合适合探测 对流层中层大气的湿度，高层大气湿度的探测应该首先考虑380GHz 通道组合来实现。根据温度探测通道 和湿度探测通道的权重函数分布，鉴于国内现有遥感仪器的制造水平，建议选择118GHz 三个通道与425GHz 八个通道共11 个温度探测通道和183GHz 三个通道与380GHz 五个通道共8 个湿度探测通道作为未来静止轨 道微波探测的候选通道。