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播光| COL封面故事:风云四号干涉式大气垂直探测仪的研究进展

韩峰编辑 中国激光杂志社 2021-08-08

干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)是地球静止轨道气象卫星风云四号的主要仪器。它用来测量大气的红外辐射光谱。此光谱经过气象学专家的反演,可获得大气中湿度、温度的三维分布和随时间的变化。

传统的探测仪如目前还在天上运行的美国GOES探测仪、中国的风云三号红外分光计多是按滤光片分光原理探测光谱的。它们的光谱通道仅有二十几个,探测器只有十几个。GIIRS是按傅里叶变换光谱仪设计的,核心部件是干涉仪,光谱通道数有1600多个。GIIRS具有光学成像系统,使得目标与传感元件(SE)共轭,用于接收干涉信号,实现了大范围动态探测,这对天气预报显得尤为重要。

GIIRS的主要用户为中国气象局。由于它的成功研制和使用,在国际上首次清楚地观测到了气流的上下运动。由于GIIRS本质上是一台光谱分辨率为0.625 cm-1的高光谱分辨率红外探测仪,它在环境、险情预报和军事等方面也有重要的应用。

空间傅里叶变换光谱仪(FTS)的大气探测历史始于1969年,Nimbus气象卫星携带红外干涉分光计(IRIS)发射成功。 2000年,地球同步轨道傅里叶变换成像光谱仪(GIFTS)项目开始对干涉红外探测 技术进行预研究,但由于某些原因,R系列地球静止轨道环境卫星(GOES-R)没有采用其技术。欧洲第三代气象卫星的红外探测仪(MTG-IRS)正在开发类似技术,预计将于2023年发射。相关研究结果发表于Chinese Optics Letters 2018年第16卷第11期(Jianwen Hua et al.. Review of Geostationary Interferometric Infrared Sounder )。

风云四号大气垂直探测仪干涉仪

对于风云四号大气垂直探测仪的成功发射,在2017年11月召开的WMO风云系列卫星发展战略咨询会上,WMO专家、会议主席莫尔博士指出:中国在静止轨道上的探测在世界上处于领先地位。

风云四号A星GIIRS从概念研究到在轨测试成功,历时16年。今后它还将装载于风云后续星。气象观测的进一步需求是提高时间分辨率和空间分辨率,对应的主要关键技术进步是研制更大规模的红外探测器。

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