我國北方天氣開始持續(xù)晴朗燥熱起來，與北方的“熱”一起成為天氣焦點的，還有臺風“鯨魚”、“燦鴻”的生成。我國開始緩慢進入熱帶氣旋的多發(fā)季。
但今年氣象預報人員似乎有了很足的底氣。5月4日，中央氣象臺發(fā)布熱帶氣旋公報：今年第1號強熱帶風暴“鯨魚”于當天下午晚些時候加強為臺風，下午5時臺風中心位于北緯16.7度，東經(jīng)129.2度。預計，“鯨魚”中心將以每小時15～20公里的速度向東北方向移動，強度繼續(xù)加強。“鯨魚”未來對我國海域無影響……
“現(xiàn)在我們能清楚地‘看見’臺風的形成和走向了。”中科院空間中心微波遙感及航天應用工程科學專家姜景山院士對此深有感觸。
無論是對氣象工作人員，還是對從事氣象環(huán)境探測的科學家來說，2008年的5月27日和6月4日都是值得紀念的日子。
去年5月27日，我國首顆新一代極軌氣象衛(wèi)星風云三號在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，將中國科學院空間科學與應用研究中心科學家研制的微波濕度計、空間環(huán)境監(jiān)測器、紫外臭氧探測儀等載荷送上了天。
8天后，微波濕度計等開機工作，至今已成功運行一年。其間，利用這些儀器準確“看到”了去年下半年肆虐我國中國臺灣及東南沿海的“海鷗”、“鳳凰”、“森拉克”、“黑格比”、“薔薇”等強臺風、熱帶氣旋，積累了大量大氣水汽及強降雨等氣象資料。
高靈敏度大氣微波濕度
探測儀的嘗試
對于氣象衛(wèi)星來說，衛(wèi)星本身是一個載體，具體執(zhí)行探測任務的是載荷。微波濕度計就是風云三號衛(wèi)星的主載荷之一，其應用目標是探測大氣濕度的垂直分布、水汽含量和降雨量等空間氣象資料。
“這是我國*用于氣象衛(wèi)星探測大氣濕度垂直分布的高頻率毫米波輻射計，也是我國新一代極軌氣象衛(wèi)星的亮點。”姜景山說。
微波濕度計采用垂直于飛行方向的交軌掃描方式，工作在水汽吸收頻段，共有5個探測通道。主探測頻率為183GHz，分為3個通道，獲取大氣層不同高度的濕度分布信息；150GHz為輔助探測頻率，在上采用了雙極化設(shè)計。
姜景山表示：“由于以前國內(nèi)短毫米波的一些關(guān)鍵技術(shù)沒有解決，國內(nèi)對于毫米波、短毫米波集成設(shè)備的研制一直處于比較低的水平，因此星載有效載荷的頻率一直在低毫米波段以下，靈敏度較低。而要想對復雜的天氣一探究竟就需要高頻率的毫米波輻射計。”
*個“吃螃蟹”的人是需要勇氣的。在2001年風云三號衛(wèi)星立項時，國內(nèi)相關(guān)專家對接近亞毫米波的高頻率輻射計并無信心，因此將微波輻射計的zui高頻率定在50G～60GHz的大氣溫度探測頻段上。但中國氣象局的專家明確表示：“我國是一個臺風、暴雨災害頻發(fā)的國家，每年人財物損失巨大，要想提高災害探測預報能力，僅有微波溫度計是遠遠不夠的，對微波濕度計的需求迫在眉睫。”“183GHz的微波濕度計與水平接軌，將使風云三號衛(wèi)星的探測能力發(fā)生質(zhì)的變化，提高我國在氣象衛(wèi)星組織的話語權(quán)。”
“老實說，當初我們心里也沒有底。雖然神舟四號飛船曾搭載了我們研制的微波輻射計，但‘風三’對微波濕度計的頻段要求很高。”姜景山回憶。
后來，在國家“863”項目以及中科院相關(guān)項目的支持下，姜景山帶領(lǐng)中科院空間中心的研究人員做出了高頻段微波濕度計的兩臺樣機。這一消息立即得到了國家氣象局等有關(guān)單位的重視，并決定嘗試在風云三號衛(wèi)星上安裝高頻段微波濕度計。2003年1月18日，空間中心的方案設(shè)計通過了項目評審。2004年4月20日，初樣設(shè)計評審；2005年5月17日，轉(zhuǎn)正樣評審；2005年10月28日，正樣設(shè)計通過評審。
雖然樣機在實驗室連續(xù)運轉(zhuǎn)了幾年沒有出現(xiàn)問題，但項目組研究人員一點也沒有放松緊繃了5年的神經(jīng)。姜景山表示：“上天的儀器和地面運行的儀器有很大的差異。”
除了在地面進行了多次電測、力學、熱循環(huán)、真空試驗等一系列實驗外，2007年9月21日至24日，項目組在青海湖進行了航空校飛試驗。此后的兩個月間，又在敦煌和思茅進行了多架次的校飛試驗。
姜景山說：“1×x=y，這個1是地面，x是上天以后的工作，如果x=0，乘以再大的數(shù)都會等于0，地面工作做得再好，上天不能工作也會前功盡棄，以成功論英雄是航天工作的殘酷性所在。”
眼看一切準備就緒，意想不到的事情發(fā)生了。2008年年初，研究人員需要將儀器送到上海進行相關(guān)試驗。當時我國南方正遭遇雪災，運載儀器的車輛走到山東境內(nèi)時，因為路滑遭遇車禍，儀器遭到損壞，隨行的科研人員也受了傷。
“沒辦法！只有從頭再來！”姜景山對項目組的同事說，“我們要的不是‘你們的工作很辛苦，但沒有取得成果很遺憾’，我們要的是你們能讓x等于1，這才算成功。”經(jīng)過全體項目組人員的努力，微波濕度計按時交付。
微波探測笑攬風云變幻
2008年5月27日11時02分33秒，風云三號衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射基地順利升空。但直到6月4日儀器開機1分鐘后接收到遙測數(shù)據(jù)，顯示儀器工作正常后，姜景山和項目組人員才稍稍松了口氣。
不過令姜景山激動的是，從7月15日微波濕度計開始成功監(jiān)測到“海鷗”臺風及強降雨，并可以從圖像中清晰分辨出臺風形成。
“這些數(shù)據(jù)我們以前都要依靠國外的氣象衛(wèi)星獲取，現(xiàn)在我們靠自己的高頻率微波遙感技術(shù)就能夠完成了。”作為我國微波遙感的開山人姜景山感到很欣慰。
風云三號不負厚望，2008年7月下旬，第八號強臺風“鳳凰”于西北太平洋上生成，登陸我國中國臺灣及東南沿海；9月8日凌晨，第13號熱帶氣旋“森拉克”在菲律賓北部以東的西北太平洋洋面上生成，逐漸加強成為臺風，微波濕度計成功監(jiān)測到其生成、發(fā)展及登陸我國中國臺灣島的過程；9月24日早晨，強臺風“黑格比”登陸東南沿海，早在“黑格比”登陸廣東沿海之前，微波濕度計就監(jiān)測到了其形成及走勢；臺風“薔薇”于9月24日晚在菲律賓以東洋面生成后，向偏西方向移動，強度迅速加強，微波濕度計圖像可以清晰地看到“薔薇”的分布、形成及走勢……
中國氣象局衛(wèi)星氣象中心專家表示：“從風云三號衛(wèi)星在軌測試的情況看，衛(wèi)星平臺和遙感儀器工作的情況正常。其中收集到的一些數(shù)據(jù)是過去我們國家不具備的*手觀測資料。”
進入氣象預報大家庭
有了衛(wèi)星以后，人類沖出了地球，進入空間?，F(xiàn)在的應用衛(wèi)星包括氣象衛(wèi)星、導航衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、環(huán)境災害衛(wèi)星等。目前，我國已成為上同時擁有靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星業(yè)務的三個國家之一，世界氣象組織將風云氣象衛(wèi)星納入業(yè)務應用氣象衛(wèi)星觀測序列，風云衛(wèi)星已成為綜合觀測系統(tǒng)的重要成員。
“氣象衛(wèi)星是我國發(fā)展的應用衛(wèi)星，但現(xiàn)在我們的氣象預報很多仍依靠國外衛(wèi)星的監(jiān)測數(shù)據(jù)。國外不會實時給我們提供數(shù)據(jù)，總是存在時間差，有時數(shù)據(jù)來了，臺風也過去了。”姜景山說。
氣象專家建議，我們的衛(wèi)星至少要觀測到臺風眼的移動?？梢姽?、紅外等技術(shù)手段受大氣、云層的影響要借助光才能觀測，也無法適應惡劣的天氣條件。因此對臺風眼和臺風云層移動的觀察用微波技術(shù)。
“2002年，我國神舟四號飛船成功發(fā)射，經(jīng)過我們的努力，實現(xiàn)了我國航天微波遙感技術(shù)零的突破，從這里開始，我們有了自己的航天微波遙感技術(shù)。氣象問題是一個性的問題，云的運動沒有國界，但沒有一定水平就無法進入系列，進入了這個大家庭，我國的氣象衛(wèi)星也有了相對應的義務和權(quán)利。高靈敏度的微波遙感技術(shù)使我們有了在這個大家庭立足的條件。”
“‘風三’運行一年來，微波濕度計、空間環(huán)境監(jiān)測器、紫外臭氧探測儀等儀器運行正常，但我們的目標是使其正常運行3年甚至更長時間，這點我們有信心。未來幾年，我們還要發(fā)射其他衛(wèi)星與‘風三’接力。要讓我們自己的微波遙感技術(shù)、空間探測技術(shù)為國家甚至大家庭的氣象事業(yè)作出自己的貢獻。”姜景山坦言。
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