气候系统的卫星遥感观测

　　卫星遥感在观测中的作用世界上第一颗气象卫星出现于1960年。40多年以来，用气象卫星观测大气的科学和技术得到了长足的发展。

　　卫星对地球大气、陆地和海洋的观测是上世纪70年代从光学（可见光、红外）图像仪开始的。80年代用光学遥感手段实现了大气垂直探测。80年代后期到90年代则进一步获得了微波图像和探测能力。静止卫星的连续观测大大加强了对天气过程特别是中小尺度天气系统的了解。气象卫星的应用领域也延伸到了气候系统的监测。气候变化实况的监视，可能影响气候变化因子的观测和分析都离不开气象卫星。

　　卫星资料覆盖全球，均匀性好；卫星可以观测到常规观测手段无法获得的重要参数，如辐射平衡、下垫面状况、植被分布等，这是任何其它观测手段做不到的。更重要的是，卫星所观测到云和其他要素的分布中，含有大气中正在进行着的动力和热力过程的信息。因此卫星资料还可以在大气物理过程参数化中扮演重要角色。

　　气象卫星的观测能力光学成像仪的观测能力最有代表性的是美国NASAEOS观测系列卫星上的中分辨率成像光谱仪MODIS。MODIS具备综合的大气、辐射、陆地、海洋观测能力。

　　大气温湿度垂直探测仪最有代表性的是美国NPOESS卫星上将搭载的干涉型垂直探测仪CrIS，将使对流层温度廓线的观测水准达到垂直分辨率1公里、精度1K，湿度廓线的观测水准达到垂直分辨率2公里、精度15％。

　　在微波全天候辐射仪方面，美国NPOESS卫星上将搭载同步扫描微波图像探测仪CMIS。某些图像通道将进行极化观测，用于海温、大气温度垂直廓线的推导。美国和日本准备发射8颗这样的卫星，组成一个卫星阵列，对洋面上的降水进行全天候的观测。在臭氧监测方面，荷兰研制了臭氧总含量和廓线仪，该仪器能下视扫描臭氧总含量，并临边扫描3公里垂直分辨率的臭氧垂直廓线。日本研制了改进的临边大气探测仪，研究由臭氧减少引起的一系列平流层变化。

　　在大气化学观测方面，美国NASA和加拿大空间局CSA发射了对流层污染测量卫星MOPITT。MOPITT测量大气柱中发射和反射的红外辐射，用于反演大气中CO和CH4的廓线。

　　海洋水色提供了海洋碳循环和海面热力状态的重要信息。关于海洋水色的卫星遥观测始于美国的CZCS卫星。海洋水色卫星提供了全球资料。

　　海面高度计是主动遥感仪器，提供了关于海流、海平面高度对全球温度变化响应、全球水份平衡、海洋地球物理过程（如地壳变形）、全球海洋状态的信息，首次在欧洲的ERS卫星上实现观测。

　　目前覆盖全球的静止气象卫星观测网已经基本形成。未来的发射趋势有四个特征：一是观测平台由自旋向三轴稳定转移，以获得更高的观测信噪比和更多的观测时相。二是观测光谱通道增加，以获得对云和地物更好的分辨能力。三是垂直探测仪在静止卫星上搭载，以获得更多的大气垂直探测时相。四是静止卫星上安装辐射收支观测仪器，以支持辐射平衡的观测。

　　卫星观测有待进一步发展我国从70年代初期开始规划、发展和研制自己的气象卫星。取得了引人瞩目的成就。我国已经发射的气象卫星遥感观测仪器都属于光学遥感的范畴。在微波遥观和主动遥观方面，我国还没有起步。

　　为了实现卫星定量遥感，需要做艰苦的工作。

　　对气象卫星观测数据进行定量处理。

　　要将我国卫星的辐射测值与地面辐射较正场和外国卫星的辐射测值经常进行比对，以确保辐射标定的准确和一致。

　　由于卫星观测到的辐射中包含观测目标物以及介质状态的信息，我们可以在对遥感数据本身进行准确定标和定位的基础上，把地物和大气介质物理状态的参数反演出来，获得时间序列长、覆盖范围广的多种卫星定量遥感产品。

　　卫星观测是众多观测工具中的一种。需要将来自各种观测工具的数据进行同化分析，获得大气和地表状况三度空间分布随时间演变的，符合大气动力学和热力学方程的最优诊断产品。

　　卫星观测每天都在获取大量的数据，如此海量数据的存档、检索和分发是一个巨大的系统工程。数据处理存档分发系统的设计要把可靠性放在首位。

　　此外，还应加强对地观测领域的国际合作。 （来源于2002年05月13日《中国气象报》 作者：许健民）