LEO和GEO下一代光栅光谱成像大气探测仪设想(上)

摘要

cqvip:星载超高光谱分辨率红外大气探测仪可测量大气向上红外辐射光谱。该分辨率足以观测到大气成分的吸收特征,从而获取大气温度、水汽剖面、表面辐射和大气成分信息。2002年5月推出的Aqua大气红外探测仪(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)是第一款专为此目的设计的高光谱光栅红外探测仪,至今仍在运行。AIRS之后有MetOp A和B上的红外大气探测干涉仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, IASI),以及Suomi NPP和JPSS上的跨轨迹红外探测仪(Cross-track Infrared Sounder,CrIS)。目前这些仪器运行良好,提供了大量有关大气的信息,改善了天气预报。预计到本世纪30年代末将继续推出其它CrIS和IASI仪器,以提供相关数据。AIRS、CrIS和IASI都是低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)仪器,标称空间分辨率为14km。未来的红外探测仪必将达到更高的空间分辨率和时间分辨率,以匹配改进的预测模型;并且成本更低,以减轻未来的预算压力。可以通过地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)或LEO卫星星座的运行操作等几种方式实现更高的时间分辨率。要实现更高的空间分辨率,可在仪器里配备较大规格的焦平面阵列(Focal Plane Array,FPA)组件和更大孔径的望远镜。光栅光谱仪在紧凑封装中仍有宽视场,非常适用于大幅面FPA。它易于操作,且使用寿命长。本文介绍了美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)多年来研发的下一代光栅光谱仪红外探测仪设想,以及为实现这些设想而取得的技术进步。