书城科普读物为了地球领导权——人造卫星
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第15章 透视地球的呼吸——气象卫星(2)

1986年,欧洲30个国家有了一个共同的气象组织——欧洲气象组织,总部设在德国达姆施塔特。2006年10月19日,欧洲气象组织发射了首颗极轨气象卫星——“欧美特”。极轨,就是沿着南北极飞行的轨道。

“欧美特”是Eumetsat音译的名字,真正的名字是欧洲气象卫星。“欧美特”重4.2吨,飞行高度819 千米,设计寿命5年,共有3颗。它能探测垂直温度和湿度,与它的大哥“环境监测-1”配合进行全球观测。它们的方向一样,轨道倾角不一样。

卫星专家称赞“欧美特”是气象卫星中的美女。它有一个硕大的太阳能帆板。它从南极到北极,像女孩的花裙子一样飘荡在太空,为太空增添美色。

“欧美特”气象卫星的一项任务就是监测全球气候变暖。“欧美特”气象卫星装载了欧洲和美国最先进的仪器。如:先进的数据收集系统、微波探测器、散射计、高分辨率辐射计、全球空气监测器、高分辨率红外探测器、红外线大气干涉计、微波湿气探测仪、搜寻和援救处理器、空间环境监视器等。

科学实验证明和科学家预测:未来50~100年,地球将加速变暖。“欧美特”气象卫星已经看见了人类的未来。它虽不会说话,但监测的数据警告人类:既然不愿回到原始星球,那就应该保护好地球。“风云”气象卫星“天有不测风云,人有旦夕祸福”是千年不变的哲理。虽然,人类还无法测定人的祸福,但天之风云人类已经能掐算了。气象卫星探测、辨别气温、风向、风速、降水和气压等气象资料,越来越准确、精确。台风、沙尘暴的等级、强度、面积可提前几天预报。中国的“风云”气象卫星就要测一下天之风云,而且要精准测量和预报。

我们人类看不到的,并不表示不存在。我们可以通过气象卫星延伸我们的视野。目前,中国“风云”气象卫星由4个系列15颗卫星组成。气象卫星极大地扩展了人类的“视觉”。

“风云-1”系列是中国的第一代气象卫星,一共4颗,在太原卫星发射中心发射。“风云-1”号卫星长2.02米,宽2米,高2.2米,设计寿命为2年。它们飞行在距地面800千米、倾角98.8°的低轨道上,飞行在围绕南北极方向的极轨道上。“风云-1”系列让中国的气象专家在谈天论地时有了主动权。

“风云-2”系列的研发开始于20世纪80年代。“风云-2”号卫星为圆柱体,直径2.1米、高4.5米,重约1.38吨,设计寿命3年,扫描辐射计有5个通道。

“风云-3”号气象卫星是新一代极轨气象卫星,运行在距地面808千米、倾角为98.8°的太阳同步轨道上。卫星每天绕地球南北极飞行14圈,每天可获得2次全球资料,扫描宽度近3000千米。

“风云-3”号装载了11个遥感仪器,有可见光和红外扫描辐射仪、红外大气探测仪、微波温度探测仪、微波湿度探测仪、中分辨率光谱成像仪、太阳反射紫外线仪、微波雷达图像仪、地球辐射测量仪、空间环境测量仪、太阳辐射监测器等10余种具有国际先进水平的探测仪器,可在全“风云-3”号气象卫星球范围内实施立体、全天候、多光谱、定量探测,获取地表、海洋及空间环境等参数,实现中期数值预报。

中国已经发射了11颗“风云”系列气象卫星,组成纵横交叉的气象预报网。目前,在轨的气象卫星6颗。第四代“风云”气象卫星已经研制。“风云-4”号有多先进呢?科学家说:它能看透地球的思想。

“福尔摩沙-3”号气象卫星

南极臭氧层破洞会变大变小,还会四处移动。臭氧层破洞使得紫外线直射地面,威胁生物生存。这一研究成果引起国际学术界的震动。这是中国台湾中央大学根据“福尔摩沙-3”号气象卫星得出的结论。

为什么臭氧层破洞会变大变小呢?氟利昂等氟氯碳化物进入15~25千米高的平流层会分解、释放出氯原子。氯原子与其他化合物结成稳定的氯化物,留在平流层中。这种氯化物不会破坏臭氧层。

7月~9月的南极冬天,平流层会出现“极区旋涡”。温度会降到-80℃以下达个月之久。长期低温的平流层形成“平流层云”。云上的冰晶和水,会使稳定的氯化物转为氯分子。当冬天过去,阳光重新照射极区,氯分子就分解成会破坏臭氧层的氯原子。这就是臭氧层破洞出现在南极的原因。

要预报臭氧层破洞的大小,必须先知道南极上空的温度。2006年,中国台湾中央大学的科学家利用“福尔摩沙-3”卫星,完整测量了冬天南极上空的气象、温度等资料,发现整个南极高空10~27千米处,温度都低于-80℃,17~25千米处的空域更低于-90℃。

2006年冬天,南极高空的温度极低,造成历史上最大的臭氧层破洞。2002年,曾因极区旋涡结构出现缺口,气旋内空气流通而温度升高,臭氧层破洞就变小。

为什么臭氧层破洞会四处移动呢?中国台湾中央大学的科学家证实:南极冬季形成的极区旋涡是造成臭氧层破洞的元凶。臭氧层破洞位置会跟着极区旋涡移动。

“福尔摩沙-3”气象卫星提供的资料大大丰富了人们的知识。原先靠探空火箭和气球探索南极的方法已经落后。中国台湾中央大学的研究,也推翻了原先对南极和臭氧层变化的认识,为人类维护生态平衡和治理大气污染提供了科学依据。

“福尔摩沙-3”号由6颗卫星组成星座。每颗卫星重70千克,外形呈圆扁柱形,直径103厘米,高16厘米。它有两片漂亮的圆形太阳能帆板,展开角度分别为121°和59°。卫星分布于地球表面700~800千米高度的不同轨道中,约100分钟围绕地球一圈,设计寿命2年。

“福尔摩沙-3”号观察范围覆盖全球大气层和电离层,每3小时完成全球气象资料的收集和计算分析,每100分钟更新一次。台湾中央气象局运用这些实时大气参数资料,将有效改善台风、大雨等特殊天气的预报准确度。2006年4月15日,“福尔摩沙-3”号在美国范登堡空军基地发射。

“桃蕊迷”热带测雨卫星

全球下雨最多的地方在哪里?热带测雨卫星知道:在热带与亚热带。热带测雨卫星还准确地知道哪个地方下多少雨、下多长时间雨。

气象卫星可以拍摄气象云图,但是有云的地方不一定下雨;即使下雨,也并非所有雨都能够顺利地降落到地面,可能在半空中就挥发了。气象卫星通常不能穿透云层。气象卫星搭载的可见光遥感器只能用来测可见光,红外遥感器适合用来测量温度。它们的波长短,不容易穿透云层,都对云层“望而生畏”。

“桃蕊迷”热带测雨卫星重3620千克,由美国国家航空航天局和日本宇航事业开发局共同研发。日本负责研制测雨雷达和通信系统;美国国家航空航天局研发卫星微波成像仪、可见红外扫描仪、云层与地球辐射能量仪、闪电成像传感器和卫星跟踪与数据中继系统,组装成卫星。

1997年11月27日,“桃蕊迷”热带测雨卫星在日本种子岛航天发射中心升空,运行在近地点367千米、远地点385千米、倾角35°的轨道上,每91分钟围绕地球一圈,24小时可以转16圈,尽可能地覆盖热带地区。

“桃蕊迷”卫星能够穿透云层,测量某地的降雨量。“桃蕊迷”卫星装备的测雨雷达和微波成像仪,是通过测量地球或大气的微波辐射能量进行雨量测量的。为什么“桃蕊迷”卫星能测量雨量呢?科学家说:任何物体都会发射电磁波、辐射一定的能量、发出颜色和温度。卫星雷达发射探测的微波可穿透云层。如果知道了降雨量,就可以用来预测风、洋流、洪水或干旱。

“桃蕊迷”卫星能拍摄强烈暴风雨的独特的三维图像。卫星根据空气中的水汽得到龙卷风三维图,一般的高云为6千米左右,最高处为13千米多。暗红色的一线为强降雨。绿色的和蓝色的几条线是一片较宽广的一般强度的降雨区域。气象卫星预报、预测天气越来越精确,气象专家称赞气象卫星能透视地球的呼吸。

气卫星与云卫星

2006年4月28日,由美国、法国研制的两颗地球观测卫星从美国加利福尼亚州的范登堡空军基地发射升空。人们更愿意将这两颗分别调查地球大气气溶胶和云层的卫星,分别简称为气卫星与云卫星。它们用于获取地球大气中云团的立体图像,研究全球云层的分布和演化,为全球变暖提供科学依据。

美国和法国研制的“云—气”卫星是一对双胞胎——云卫星和气卫星,全称应该为云—气溶胶雷达和红外探测卫星。云卫星有3片纵的长方形的“翅膀”;气卫星有3片横的长方形的“翅膀”,中间一片还突出一点。

云卫星,重560千克,运行在高度676~687千米、倾角98.2°的圆轨道上,设计寿命为3年。它有3台仪器,激光雷达收集大气气溶胶详细的数据,提供云反射率和气溶胶是如何对地球气候产生作用的信息。地球上空晴天和阴天的气候,对气溶胶含量非常敏感。为了获得气溶胶详细的数据,卫星利用雷达对云和气溶胶的高度进行观测,精度在大约30米以内,非常先进。

气卫星,重700千克,运行在高度705千米的圆轨道上,设计寿命为2年。它的超灵敏雷达从太空中向云团发射无线电脉冲信号。根据云团高密度水分子对脉冲信号的反射,以及地面对透过云团的脉冲信号反射,科学家能够获得云团从上至下的立体图、云团的具体位置、云团的湿度等信息。

科学家认为:二氧化碳气体和温室效应气体是导致全球变暖的重要因素。这种影响究竟有多大还存在着很大的分歧。人类将了解低空云层如何反射太阳的热能从而起到减弱全球变暖的作用;高空云层如何“捂”住从地面发散的热量导致全球变暖。各种计算机模型都预测未来100年内会更热。究竟高出3℃,还是5℃呢?卫星将给出准确答案。

这两颗先进的卫星将与美国和法国的两颗“观测”卫星组成编队飞行。气卫星排在第三位,云卫星排在第四位,共同组成严密监视地球的星座,完成调查地球未来的艰巨使命。