4月16日9时36分，我国首颗低倾角轨道降水测量卫星——风云三号G星，搭乘长征四号乙运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。

这是继美国、日本联合发射专用降水测量卫星之后，国际上第三颗发射的主动降水测量卫星，全球降水星家族首添“中国造”。自此，我国成为全球唯一同时业务运行晨昏、上午、下午和倾斜四条近地轨道民用气象卫星的国家。

风云三号G星考核寿命为6年，由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制，地面应用系统由中国气象局负责研制建设和运行。这颗新发“降水星”有何亮点？将如何更精准地预报天气？

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为什么用气象卫星观测降水

降水是地球能量和水循环的重要过程，是天气预报的重要要素，国际社会高度关注。关于降水资料的获取，传统上主要通过雨量计、地基雷达等手段，但由于地面设备配置数量有限且分布不均，难以获取大范围高空间分辨率的地面降水信息。

利用气象卫星遥感资料所推导出的降水产品可以大大弥补常规气象观测的不足，为气象学家提供更为丰富的降水信息。因此，通过遥感手段所得到的降水估计结果越来越受到人们的关注。

所谓降水估计就是根据气象卫星对降水云的探测结果推算地面降水情况。与雷达定量测量降水相比，降水估计覆盖范围大，特别适用于对山区、沙漠和海洋的降水监测。

降水估计的研究成果能够在水文、气象的许多领域得到广泛的应用。水利部门利用河流上游的降水估计结果，结合区域径流模式，可以预测下游洪峰到来的时间和强度，提早做好防洪排涝的准备。在天气研究方面，准确的降水估计，加之对天气系统移动的分析，能为暴雨临近预报提供重要依据。

除此之外，由于高原、沙漠、海洋上的观测站点十分稀少，又无雷达资料可寻，通过卫星探测得到的降水估计结果常常成为全球气候研究中唯一可供参考的降水资料。

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“毛毛雨”无处遁形

降水是水循环的重要组成部分。在气候变化背景下，气象灾害频发，对降水系统瞬时结构和全球分布特征的认识，成为人们防灾减灾、理解全球气候变化的重要内容。

风云三号G星是我国第20颗风云气象卫星，风云三号G星的发射有助于发挥我国低轨气象卫星观测网的整体优势，将显著改善全球暴雨等灾害早期预警能力。

传统上，降水资料的获取主要通过雨量计、地基雷达等手段，但由于地面设备配置数量有限且分布不均，难以获取大范围高空间分辨率的地面降水信息。

风云三号G星搭载了我国首套“空中雨量计”——星载Ku、Ka双频降水测量雷达，将雷达观测“分辨率高”和卫星观测“范围广”的优势结合起来。该星具备自上而下获取三维结构信息的能力，就如同对大气降水进行“CT”扫描，获得降水精细的立体结构信息。

此外，风云三号G星Ku频段和Ka频段雷达同步工作，可以利用大气中不同高度层的降水粒子对两个频段雷达辐射微波信号反射率不同的特性，区分雨和雪，并对风云三号G星降水进行精确估计。Ku频段有利于探测强降水，Ka频段有利于探测弱降水。两者结合形成的双频探测，能够精准感知407公里轨道高度内地球大气0.2毫米/小时如毛毛雨般的降水强度变化。

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首次运行于低倾角轨道

与很多低轨卫星采用太阳同步轨道不同，风云三号G星采用倾角为50度的低倾角轨道。风云气象卫星首次运行于低倾角轨道有何原因？

“太阳同步轨道的倾角略大于90度，卫星每一圈都会经过地球南北极，其针对极区观测效率较高，但对中低纬度地区观测效率偏低。而风云三号G星的主要观测对象是大多发生在中低纬度地区的降水。”钱斌说，风云三号G星采用低倾角轨道，其运动范围集中在南北纬50度之间，能够更高效、更精准地观测地球降水。

但选用低倾角轨道也面临外部热环境变化复杂的挑战。对于运行在这种轨道上的卫星，太阳在一段时间内会照射卫星的左侧面，但过一段时间，又会照射卫星的右侧面。

为确保卫星始终以同一侧面面向太阳，稳定卫星的外部热环境，航天科技工作者们为风云三号G星量身定制了一套自动掉头工作模式。在轨运行过程中，当太阳光从轨道面的一侧运动到另一侧时，风云三号G星将自动旋转，实现前后掉头，始终以同一侧面面向太阳，保障星上仪器一直处于舒适的温度区间。

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台风暴雨“精确把脉”

除了主动降水测量雷达，风云三号G星还搭载了一台全新升级换代的设备——微波成像仪。

作为国内首次配置的降水型多通道、高灵敏、高精度的辐射计，微波成像仪将在国内首次实现9频点26通道一体化探测。它可以接收地球大气10至183GHz微波辐射能量，像一只高灵敏、高精度的千里眼，获取台风内部温湿结构、台风强度、台风影响区雨强等关键信息，预测台风未来发展情况，对台风暴雨“精确把脉”。

此外，卫星搭载的光学遥感载荷——中分辨率光谱成像仪将实现可见光/红外云图、云顶温度、云顶高度、有效粒子半径和云形态学方面的要素探测，进而辅助判断降水云的存在，完善微波测量的反演结果。

主动降水测量雷达与被动微波、光学遥感相辅相成，将实现降水要素的多体制联合协同探测。这样的强强联合，将使风云三号G星成为降水测量界的“顶配”。

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跳出“太空芭蕾”

风云三号G星运行在低轨低倾角的非太阳同步轨道，太阳会定期出现在轨道面的左右两侧，光照条件的不断变化使得卫星外部热环境变化复杂。要保证外部热环境和单机工作环境稳定，卫星需要始终以同一侧面面向太阳。

为此，姿轨控系统设计了自主偏航姿态机动模式，当太阳光从轨道面的一侧运动到另一侧时，卫星将自动完成180度转身，灵动地跳出“太空芭蕾”。

未来6个月，风云三号G星将按照“边测试、边应用、边服务”思路开展在轨测试，以充分验证卫星平台、载荷、星地一体化指标，并全力应对主汛期暴雨、台风等气象灾害。

截至目前，我国共有8颗风云气象卫星在轨运行，正持续为全球126个国家和地区提供数据产品和服务。

文章来源： 汉中科普，科普中国，谭老师地理工作室