FY-3衛(wèi)星大氣濕度微波探測技術(shù)發(fā)展

張 瑜，張升偉，王振占，姜景山，李 靖

(1.中國科學(xué)院 微波遙感技術(shù)重點實驗室,北京 100190；2.中國科學(xué)院 國家空間科學(xué)中心,北京 100190)

FY-3衛(wèi)星大氣濕度微波探測技術(shù)發(fā)展

張 瑜1,2，張升偉1,2，王振占1,2，姜景山1,2，李 靖2

(1.中國科學(xué)院 微波遙感技術(shù)重點實驗室,北京 100190；
2.中國科學(xué)院 國家空間科學(xué)中心,北京 100190)

介紹了風(fēng)云三號(FY-3)衛(wèi)星大氣濕度微波探測技術(shù)及其發(fā)展。闡述了大氣濕度微波探測原理。給出了微波濕度計(MWHS)的組成，以及變速掃描、勻速掃描和定點觀測三種工作模式。從FY-3衛(wèi)星01批到03批，MWHS從單一的濕度探測發(fā)展為大氣溫濕度同步探測，靈敏度和定標(biāo)精度不斷提高。其中：A、B星MWHS有 150，183.31 GHz兩個探測頻率，150 GHz在國際上首次采用準(zhǔn)光技術(shù)實現(xiàn)了極化分離，有垂直和水平通道2個，183.31 GHz與國際同類設(shè)備相同，有通道3個；C、D星MWHS增加了118.75 GHz探測通道8個，183.31 GHz探測通道增加到5個，并增加了150 GHz窗區(qū)頻率，顯著提升了微波濕度計的探測能力，實現(xiàn)了多通道的細(xì)分探測，并具有大氣溫度、濕度同步探測的功能，且118 GHz首次實現(xiàn)了星載非臨邊大氣探測；03批MWHS將包括探測頻率4個、探測通道15個，窗區(qū)探測頻率由150 GHz更改為166 GHz，并大幅提高靈敏度、定標(biāo)精度等系統(tǒng)性能指標(biāo)。性能比較表明：FY-3衛(wèi)星MWHS的系統(tǒng)靈敏度優(yōu)于其他國際同類載荷。給出了FY-3衛(wèi)星MWHS在臺風(fēng)監(jiān)測、全球亮溫圖獲取等大氣探測和災(zāi)害性天氣預(yù)報與跟蹤監(jiān)測中的應(yīng)用成果。

風(fēng)云三號衛(wèi)星； 有效載荷； 微波濕度計； 微波探測； 溫濕度探測； 天氣預(yù)報； 大氣濕度； 水汽含量

0 引言

大氣溫度和濕度是影響全球氣象與氣候變化的重要參數(shù)。每年熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣給多國帶來了巨大的生命和財產(chǎn)損失，因此大氣溫度和濕度探測在全球天氣預(yù)報和氣候變化研究中發(fā)揮的作用越來越重要。美國、歐洲、俄羅斯等的極軌氣象衛(wèi)星先后搭載了大氣溫濕度微波探測儀。美國的NOAA系列極軌氣象衛(wèi)星搭載的先進(jìn)微波濕度探測單元AMSU-B，頻率為89 GHz(垂直極化)、150 GHz(垂直極化)和183 GHz(水平極化，三通道)[1]。從2005年5月發(fā)射的NOAA-18衛(wèi)星開始，AMSU-B被微波濕度計(MHS)取代，探測頻率更改為89，157，190.31 GHz，探測通道仍為5個[2-3]。歐洲系列氣象衛(wèi)星MHS頻率設(shè)置與AMSU-B相同；俄羅斯發(fā)射的氣象衛(wèi)星頻率范圍為6.6～183.31 GHz。上述國際上先進(jìn)的大氣微波探測儀在天氣預(yù)報、中長期氣候研究和災(zāi)害天氣預(yù)警方面發(fā)揮了重要作用。

FY-3衛(wèi)星是我國第二代極軌系列氣象衛(wèi)星，有效載荷包括光學(xué)、紅外、微波遙感器及空間環(huán)境監(jiān)測器等，其目標(biāo)是實現(xiàn)全球全天候、多光譜、三維定量探測，以及云和降水參數(shù)的探測，監(jiān)視大范圍的自然災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境變化[4]。微波濕度計(MWHS)是FY-3衛(wèi)星上一個重要的有效載荷，可全天時、全天候探測全球大氣濕度的垂直分布、水汽含量和降雨量等空間氣象資料，在大氣探測中的作用重要。FY-3衛(wèi)星分為01，02，03三個批次，計劃發(fā)射衛(wèi)星8顆。其中：01批包括A，B兩顆衛(wèi)星；02批包括C，D兩顆衛(wèi)星；03批包括E，F(xiàn)，G，R(降雨星)四顆衛(wèi)星。FY-3A，B星微波濕度計包括150，183.31 GHz兩個探測頻率，其中150 GHz與國際同類設(shè)備不同，分為垂直(V)和水平(H)極化兩個通道；183.31 GHz與國際同類設(shè)備相同，包括(183.3±1)，(183.31±3)，(183.31±7) GHz三個通道。FY-3A，B星分別于2008年5月27日和2010年11月5日發(fā)射，在軌運行期間提供全球、全天候大氣濕度廓線，水汽含量和降雨量等空間氣象資料，獲取了全球與臺風(fēng)暴雨等強對流天氣現(xiàn)象密切相關(guān)的云雨大氣參數(shù)，為數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)和災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報提供支持。2014年9月29日，歐洲中期氣象預(yù)報中心(ECMWF)開始在其業(yè)務(wù)預(yù)報模式中使用FY-3B星MWHS的資料，改進(jìn)了模式對對流層中層和高層濕度場的分析，增強了衛(wèi)星觀測系統(tǒng)的魯棒性。在01批次A，B星微波濕度計的基礎(chǔ)上，02批C，D星微波濕度計實現(xiàn)了升級換代，增加了89，118.75 GHz兩個探測頻率，探測通道也由5個增加到15個。02批微波濕度計命名為微波濕度計II型(MWHS-II)，能同步觀測大氣濕度和溫度，且實現(xiàn)了多通道的細(xì)分探測。FY-3C星于2013年9月23日發(fā)射，MWHS-II經(jīng)過在軌測試，各項指標(biāo)均優(yōu)于FY-3A，B星的MWHS。

MWHS-II在國際上首次將118.75 GHz用于星載下視大氣探測，同時由于增加了探測通道，垂直分辨率和冰云探測能力顯著提高，對改善數(shù)值天氣預(yù)報模型，提高中長期全球氣候預(yù)報準(zhǔn)確度是一次非常有意義的探索。本文主要介紹了FY-3衛(wèi)星微波濕度計的探測原理、技術(shù)方案和發(fā)展，以及在臺風(fēng)、熱帶氣旋等災(zāi)害性天氣中的應(yīng)用。

1 大氣濕度微波探測原理

星載微波輻射計對地觀測時，能穿透地球大氣測量來自地球特定頻率的微波輻射[5]。因大氣中的冰、云、雨、雪等對來自地球表面的微波輻射有衰減作用，故微波濕度計不同通道的觀測數(shù)據(jù)包含了地球大氣層不同高度的濕度信息，通過微波濕度計的亮度溫度能反演得到大氣濕度的垂直分布，以及地球表面的溫度信息。

大氣微波吸收譜如圖1所示[6]。圖1中顯示了氧氣和水汽的大氣吸收譜線，可發(fā)現(xiàn)在頻率0～280 GHz范圍內(nèi)分別有氧氣吸收譜線2條(50～60，118.75 GHz)和水汽吸收譜線2條(22.235，183.31 GHz)。通常利用50～60，118.75 GHz探測大氣溫度廓線，利用183.31 GHz探測大氣濕度廓線。因22.235 GHz水汽吸收線對廓線測量衰減太低，且部分透明性被用于獲取水汽總量。通常設(shè)置89，150 GHz兩個窗區(qū)通道用于探測地球表面和較低大氣的信息，并輔助測量大氣溫濕度廓線、卷云、強降雨等。

圖1 大氣微波吸收譜Fig.1 Atmospheric opacity spectrum

2 微波濕度計總體設(shè)計

2.1總體方案及系統(tǒng)組成

FY-3衛(wèi)星MWHS是一套基于超外差接收機的全功率型微波輻射計，由天線與接收機單元、控制與數(shù)據(jù)處理單元和電源單元組成。

MWHS接收到的信號來自地球大氣層的自由空間輻射，通過一個垂直于衛(wèi)星飛行軌跡進(jìn)行掃描的天線反射面獲取。為標(biāo)定接收機的增益與噪聲，消除信道增益波動的影響，每個掃描周期進(jìn)行一次高低溫兩點定標(biāo)[7]。高溫源為濕度計內(nèi)部的吸收體，其物理溫度由一組高精度的溫度傳感器實時測量獲得，低溫源為宇宙冷空背景的微波輻射。接收機采用直接混頻方式，接收到的信號聚焦于饋源，然后通過本振和混頻器實現(xiàn)雙邊帶下變頻，由中頻處理器進(jìn)行放大、濾波、檢波和積分。

電源單元由二次電源變換器(DC/DC變換)和電源分配器兩部分組成。為提高可靠性，采取主/備份冗余設(shè)計，其主要功能是將衛(wèi)星母線電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的直流電壓。

控制與數(shù)據(jù)處理單元由天線驅(qū)動接口、系統(tǒng)測控模塊和總線通信模塊組成，系統(tǒng)軟件控制天線掃描模式、接收機工作狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行遙控指令及遙測數(shù)據(jù)管理；由1553B總線與衛(wèi)星進(jìn)行通信，接收衛(wèi)星發(fā)出的遙控指令及衛(wèi)星姿態(tài)、時間碼等輔助信息，將科學(xué)數(shù)據(jù)與輔助數(shù)據(jù)打包下傳。其中：天線與掃描驅(qū)動機構(gòu)集成為一體，通過旋轉(zhuǎn)反射面實現(xiàn)周期掃描，反射面與軸成45°角，由一個電機帶動兩個天線反射面進(jìn)行掃描。衛(wèi)星高度、地面順軌方向速度、空間分辨率和積分時間等要素決定了掃描周期為2.667 s。為提高對地觀測時間，采用變速掃描方式，其中對地觀測入射角范圍相對天底點為±53.35°，用時1.71 s，冷空間定標(biāo)角度距天地點為73°，用時0.1 s；熱源定標(biāo)角度位于天頂點，用時0.1 s；剩余時間用于快速空運轉(zhuǎn)。天線與掃描驅(qū)動機構(gòu)如圖2所示。

圖2 天線與掃描驅(qū)動機構(gòu)Fig.2 Antenna and scanning mechanism

FY-3A，B星MWHS的150，183 GHz接收機各自采用獨立的反射面天線，150 GHz通道利用準(zhǔn)光學(xué)技術(shù)(極化柵網(wǎng))將信號分為水平極化和垂直極化；FY-3C，D星MWHS的89，118.75 GHz接收機共用一個反射面，采用準(zhǔn)光學(xué)器件實現(xiàn)兩個頻率的極化分離，用各自的饋源接收微波信號；150 GHz(或166 GHz)和183.31 GHz接收機采用相同方式共用另外一個反射面。為防止衛(wèi)星表面雜散電磁輻射的影響，兩副天線都設(shè)計有天線罩，天線罩活動部分與天線反射面固定在一起旋轉(zhuǎn)，固定部分與饋源固定在一起。

2.2掃描方式

MWHS掃描方式有變速掃描、勻速掃描和定點觀測三種工作模式。勻速掃描模式周期2.667 s，與變速掃描周期相同；定點觀測模式可根據(jù)需要固定任意角度進(jìn)行觀測；掃描模式的選擇及切換通過地面數(shù)據(jù)注入遙控指令完成。

變速掃描模式為默認(rèn)的對地觀測工作模式。MHWS采用機械掃描，結(jié)合衛(wèi)星運動(順軌方向)和天線窄波束的交軌方向掃描。為增加對地觀測時間，電機帶動天線進(jìn)行360°連續(xù)變速圓周掃描，掃描周期2.667 s，對地觀測掃描張角±53.35°(以天底點為中心)。高溫定標(biāo)源位于天頂點位置，冷空定標(biāo)角度287°(距離天底點73°)，掃描過程如圖3所示。

圖3 FY-3衛(wèi)星微波濕度計成像及掃描周期Fig.3 Imaging geometry and scanning period of FY-3 MWHS

為保證足夠小的輻射測量靈敏度，應(yīng)盡可能增加對地觀測時間。因此，在對地觀測期間降低電機速度進(jìn)行勻速掃描，對地觀測時間1.71 s，此值是根據(jù)衛(wèi)星地面速度、天底點像元尺寸，以及兩條連續(xù)的掃描線間天底點像元相鄰而不重疊的要求算出的。

變速掃描模式掃描周期時間分配如下。

a)對地觀測：±53.35°，用時1.71 s，勻速掃描。

b)對地觀測終止至熱源定標(biāo)起始角：53.35°～178°，用時0.357 s，加速/減速。

c)熱源定標(biāo)：180°±2°，用時0.1 s，勻速掃描。

d)熱源定標(biāo)終止至冷空定標(biāo)起始角：182°～285°，用時0.3 s，加速/減速。

e)冷空定標(biāo)：287°±2°，用時0.1 s，勻速掃描。

f)冷空定標(biāo)終止至對地觀測起始角：289°～306.65°，用時0.1 s，加速/減速。

FY-3衛(wèi)星軌道高度836 km，衛(wèi)星地速約7.5 km/s，掃描角度范圍±53.35°，150/183.31 GHz天線3 dB波束寬度1.0°，89 GHz/118.31 GHz天線3 dB波束寬度2.0°。

由以上參數(shù)可知：刈幅寬度2 645 km；像元數(shù)，每條掃描線有98像元；刈幅間隔20 km；空間分辨率，天底點像元為圓形，直徑16 km，隨著入射角增大地面像元逐漸變化為橢圓形，且尺寸變大，最遠(yuǎn)端像元尺寸41 km×27 km；每個像元駐留時間17.4 ms。

3 微波濕度計技術(shù)發(fā)展

3.1探測指標(biāo)提升

FY-3衛(wèi)星MWHS從01批到03批不斷進(jìn)行升級換代，性能指標(biāo)大幅提高，從單一的濕度探測發(fā)展為大氣溫濕度同步探測，靈敏度及定標(biāo)精度不斷提高，三個批次及國外同類儀器性能指標(biāo)對比見表1，通道特性參數(shù)對比見表2。

表1 FY-3衛(wèi)星微波濕度計及國外同類儀器性能指標(biāo)比較

表2 FY-3衛(wèi)星微波濕度計通道特性指標(biāo)比較

3.2微波濕度計探測方案發(fā)展

FY-3A，B星微波濕度計包括150，183.31 GHz兩個探測頻率[8]。其中：150 GHz在國際上首次采用準(zhǔn)光技術(shù)實現(xiàn)了極化分離，分為垂直(V)和水平(H)極化兩個通道；183.31 GHz與國際同類設(shè)備相同，包括(183.3±1)，(183.31±3)，(183.31±7) GHz三個通道，系統(tǒng)組成如圖4所示。

02批C，D星微波濕度計是01批A，B星的繼承和發(fā)展，在保留原全部功能外，增加了118.75 GHz探測通道8個，183.31 GHz探測通道由原來的3個增加到5個，并增加了150 GHz窗區(qū)頻率，顯著提升了微波濕度計的探測能力[9]。02批的MWHS-II實現(xiàn)了多通道的細(xì)分探測，并具有大氣溫度、濕度同步探測的功能，且118 GHz首次實現(xiàn)了星載非臨邊大氣探測。其中：溫度廓線是通過測量位于118.75 GHz氧氣吸收線的8個通道的亮度溫度獲得；水汽廓線是通過測量位于183.31 GHz水汽吸收線的5個不同通道的亮度溫度獲得。FY-3C，D星微波濕度計系統(tǒng)組成如圖5所示，實物如圖6所示。

與01批相比，02批(C，D)星微波濕度計研制的關(guān)鍵技術(shù)有：

a)集成度大幅提高，系統(tǒng)復(fù)雜。

b)多頻及多通道的電磁兼容性。系統(tǒng)接收機采用高次混頻、雙邊帶接收，共有射頻通帶30個、本振4個，諧波分量豐富，故采取了有效的電磁兼容措施控制諧波干擾。

c)壽命提高。系統(tǒng)壽命由3年考核提高至4年，提高了器件等級。

FY-3衛(wèi)星03批衛(wèi)星是02批衛(wèi)星的繼承和發(fā)展，計劃發(fā)射晨昏星、上午星、下午星和降雨星4顆衛(wèi)星。其中清晨星、上午星和下午星將搭載微波濕度計(II型)。

與02批相同，03批星微波濕度計(II型)也包括探測頻率4個、探測通道15個，但根據(jù)用戶使用需求，窗區(qū)探測頻率由150 GHz更改為166 GHz，并大幅提高了靈敏度、定標(biāo)精度等系統(tǒng)性能指標(biāo)。目前，03批05星微波濕度計已完成正樣設(shè)計。

圖4 FY-3A，B星微波濕度計系統(tǒng)組成Fig.4 Block diagram of FY-3A，B MWHS

圖5 FY-3C，D星微波濕度計系統(tǒng)組成Fig.5 Block diagram of FY-3C，D MWHS

圖6 FY-3C，D星微波濕度計Fig.6 FY-3C，D MWHS

4 微波濕度計性能分析及在軌應(yīng)用

4.1微波濕度計性能分析

微波濕度計重要的性能指標(biāo)包括系統(tǒng)靈敏度和定標(biāo)精度。系統(tǒng)靈敏度ΔT，又稱輻射分辨率，定義為微波輻射計能檢測到的最小天線溫度變化，有

(1)

式中：B為檢波前帶寬；τ為積分時間；G為檢波前增益；ΔG/G為一個掃描周期內(nèi)兩點定標(biāo)間的增益

穩(wěn)定度；Tsys為天線溫度TA與接收機等效溫度Trec之和；X為量化處理過程的噪聲貢獻(xiàn)。對實時兩點定標(biāo)的微波輻射計系統(tǒng)，增益波動的影響基本消除。

經(jīng)在軌測試，可獲得微波濕度計各通道的靈敏度和定標(biāo)精度指標(biāo)，結(jié)果與國際同類載荷靈敏度指標(biāo)在軌對比見表3[10-11]。由表3可知：FY-3C星微波濕度計的靈敏度優(yōu)于其他同類載荷。

4.2微波濕度計在軌應(yīng)用

FY-3A星發(fā)射后，微波濕度計于2008年6月4日開機工作正常，開機后第一軌探測數(shù)據(jù)圖像層次分明，信息量豐富，并且反映了大氣中水汽分布和不同高度層的量溫特征。2008年，我國臺灣及東南沿海地區(qū)臺風(fēng)及熱帶風(fēng)暴頻發(fā)，F(xiàn)Y-3A星微波濕度計在監(jiān)測海鷗、鳳凰、森拉克、黑格比、薔薇等臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴的形成、發(fā)展和衰落過程中發(fā)揮了重大作用，顯示出其全天候大氣濕度的探測能力。

2008年7月下旬，強臺風(fēng)鳳凰過境時微波濕度計的監(jiān)測圖像如圖7所示[12]。由于強臺風(fēng)恰好處于星下點，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，臺風(fēng)眼區(qū)監(jiān)測清晰直觀，對臺風(fēng)的強度分布、發(fā)展趨勢提供了有價值的參考信息，為判識臺風(fēng)未來發(fā)展提供了有利依據(jù)。

表3 與同類載荷靈敏度和定標(biāo)精度指標(biāo)在軌對比

FY-3B星微波濕度計自2010年11月5日發(fā)射以來，至今已穩(wěn)定運行超過6年，靈敏度等在軌性能優(yōu)于A星，且在軌定標(biāo)結(jié)果系統(tǒng)偏差小于NOAA-18星AMSU-B和FY-3A星MWHS。B星在2010年11月11日23：52獲取的第一幅單軌圖像如圖8所示，在軌運行期間獲得的全球亮溫圖如圖9所示。

FY-3C星微波濕度計自2013年9月23日發(fā)射以來，在軌工作已超過3年，能同步觀測大氣濕度和溫度，并實現(xiàn)了多通道的細(xì)分探測。FY-3A，B，C星組網(wǎng)運行，為2013年圣帕、菲特等臺風(fēng)在太平洋上生成過程和發(fā)展路徑，以及臺風(fēng)路徑的發(fā)展走勢預(yù)判提供了技術(shù)手段，提高了短時災(zāi)害性天氣預(yù)報的時效性。FY-3C星微波濕度計118，183 GHz探測通道監(jiān)測的臺風(fēng)菲特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示。

FY-3A，B，C星微波濕度計在軌運行期間獲取了全球與臺風(fēng)暴雨等強對流天氣現(xiàn)象密切相關(guān)的云雨大氣參數(shù)，為數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)和災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報提供支持。其中，從2014年9月24日開始，歐洲中期天氣預(yù)報中心(ECMWF)開始在其業(yè)務(wù)預(yù)報模式中使用FY-3B星微波濕度計資料，C星微波濕度計資料也于2016年4月被同化使用，ECMWF認(rèn)為微波濕度計資料改善了模式對對流層中層和高層濕度場的分析，增強了衛(wèi)星觀測系統(tǒng)的魯棒性。這些表明FY-3衛(wèi)星微波濕度計輻射測量精度和觀測穩(wěn)定性已獲得了國際用戶的認(rèn)可，能與歐洲、美國共同在氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供方面發(fā)揮主導(dǎo)作用。

03批FY-3E，F(xiàn)，G三顆衛(wèi)星將搭載微波濕度計II型，并進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能指標(biāo)，計劃于2018年后發(fā)射；屆時將與FY-3A，B，C，D星組網(wǎng)作為系列化、業(yè)務(wù)化運行的氣象衛(wèi)星進(jìn)一步為全球氣象預(yù)報及災(zāi)害預(yù)警服務(wù)。

圖7 FY-3A星臺風(fēng)鳳凰監(jiān)測圖像Fig.7 Monitoring images of typhoon Fung-Wong

圖8 FY-3B星微波濕度計第一幅單軌圖像Fig.8 The first orbit images of FY-3B MWHS

圖9 FY-3B星微波濕度計全球亮溫圖Fig.9 Global brightness temperature images of FY-3B MWHS

圖10 FY-3C星118，183 GHz臺風(fēng)菲特內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.10 Typhoon Fitow inner thermal structure of FY-3 118 GHz/183 GHz

5 結(jié)束語

經(jīng)過近十多年的發(fā)展，我國FY-3氣象衛(wèi)星大氣濕度微波探測技術(shù)從無到有，從單一濕度探測發(fā)展到濕度/溫度多通道同步探測，取得長足的進(jìn)步。我國地處亞洲季風(fēng)區(qū)，氣象災(zāi)害頻發(fā)，F(xiàn)Y-3衛(wèi)星微波濕度計利用其微波探測優(yōu)勢，能全天時、全天候觀測大氣濕度的垂直分布(水汽廓線)、水汽含量和降雨量等空間氣象資料，為數(shù)值天氣預(yù)報、氣候變化研究和環(huán)境監(jiān)測提供了重要參數(shù),在大氣探測領(lǐng)域特別是災(zāi)害性天氣的預(yù)報和跟蹤監(jiān)測等方面發(fā)揮了重大作用。FY-3衛(wèi)星微波濕度計代表了目前中國星載微波輻射計的最高頻率，在軌表現(xiàn)良好，在國際氣象組織中產(chǎn)生了積極影響。FY-3 03批衛(wèi)星計劃發(fā)射晨昏星、上午星、下午星和降雨星。其中：晨昏星、上午星和下午星三顆衛(wèi)星上搭載微波濕度計(II型)。03批星微波濕度計系統(tǒng)性能指標(biāo)將在02批的基礎(chǔ)上大幅提高，計劃于2018年后陸續(xù)發(fā)射，并將與01批、02批組網(wǎng)運行，共同為全球大氣探測提供服務(wù)。

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TechnologyDevelopmentofAtmosphericHumiditySoundingofFY-3Satellite

ZHANG Yu1, 2， ZHANG Sheng-wei1, 2， WANG Zhen-zhan1, 2， JIANG Jing-shan1, 2， LI Jing2

(1. Key Laboratory of Microwave Remote Sensing, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;2. National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)

The technology and development of atmospheric microwave humidity sounding of FY-3 meteorological satellite were introduced in this paper. The composition of the microwave humidity sounder (MWHS) was presented, and so were the three operation modes of variable speed scanning, uniform velocity scanning and pointing observation. MWHS has been developed from single humidity sounding to humidity/temperature sounding simultaneously and the sensitivity and calibration accuracy of MWHS have been improved continuously from 01 batch to 03 batch. MWHS of FY-3A，B satellite has two detection frequency at 150 and 183.1 GHz. The frequency 150 GHz has two channels which realizes the polarization separation by quasi-optics first in the world, and the frequency 183.31 GHz has three channels which are similar to the same type equipment in the world. MWHS of FY-3C，D satellite has increased 8 channels at 118.75 GHz, 3 channels at 183.31 GHz and window frequency at 150 GHz. It realizes the fine detection with multi-channel, and has the function of humidity/temperature sounding simultaneously, and it also realizes onboard limb atmospheric detection at 118 GHz. MWHS of FY-3 03 batch will include 4 detection frequency and 15 channels. The window detection frequency will change from 150 GHz to 166 GHz. The sensitivity and calibration accuracy will be improved greatly. The comparison results show that the system sensitivity of FY-3 MWHS is better than that of the same type equipments in the world. The application of FY-3 MWHS in atmospheric forecasting and disaster weather prediction and tracking of global brightness temperature images and typhoon monitoring were given.

FY-3 meteorological satellite; payload; MWHS; microwave sounding; humidity and temperature sounding; weather forecast; atmospheric humidity; water vapor

1006-1630(2017)04-0052-10

2017-05-16；

：2017-06-24

張 瑜(1984—)，女，碩士，主要研究方向為被動微波遙感、系統(tǒng)控制及信號處理。

V474.24；P414.4

：ADOI:10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.04.007