1、新一代氣象衛(wèi)星向日葵-8 接收處理應(yīng)用平臺簡介,朱擁軍 2016年6月12日,1,匯 報 提 綱,一、衛(wèi)星簡介 二、與風(fēng)云星對比 三、應(yīng)用概況 四、優(yōu)勢與特點(diǎn) 五、基本功能 六、應(yīng)用案例 七、應(yīng)用方向 八、正在進(jìn)行的研發(fā),2,一、 HIMAWARI-8衛(wèi)星簡介,向日葵HIMAWARI-8 氣象衛(wèi)星，由日本氣象廳出資、三菱電機(jī)公司研制， 2014年10月7日使用三菱重工的H-IIA-25火箭成功發(fā)射，2015年8月27日正式投入業(yè)務(wù)。 目前，HIMAWARI-8是世界上最先進(jìn)的、第三代氣象衛(wèi)星，也是目前唯一投入業(yè)務(wù)應(yīng)用的第三代氣象衛(wèi)星。 世界氣象組織將HIMAWARI-8的各項技術(shù)參數(shù)，定義為第

2、三代氣象衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)，其它國家的氣象衛(wèi)星發(fā)展要執(zhí)行這個標(biāo)準(zhǔn)。,3,4,HIMAWARI-8全長約8m（含太陽電池板），發(fā)射質(zhì)量約3500kg，衛(wèi)星壽命15年，執(zhí)行觀測任務(wù)時間8-10年。HIMAWARI-9將在2016年發(fā)射,HIMAWA RI-8/9將執(zhí)行觀測任務(wù)到2029年。 HIMAWARI-8搭載了世界上最先進(jìn)的新一代氣象觀測遙感器（Advanced Himawari Imager）可視紅外線輻射計，相比以往氣象觀測遙感器實現(xiàn)了更高的空間分辨率，觀測波長種類（波段數(shù)）和觀測頻率都顯著提高。,5,無論汛期和非汛期，HIMAWARI-8每10分鐘進(jìn)行一次常規(guī)觀測（觀測范圍：70-210E, 7

3、5N-75S），下發(fā)觀測數(shù)據(jù)量2.3G。每2.5分鐘進(jìn)行一次特定區(qū)域（例如臺風(fēng)、特大災(zāi)害發(fā)生區(qū)域）觀測，下發(fā)觀測數(shù)據(jù)量56M。 目前，HIMAWARI-8下發(fā)的數(shù)據(jù)種類： （1）14個通道云圖； （2）日本全球數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，空間分辨率1.25，時間分辨率6小時，預(yù)報時效48小時。 （3）東亞和西太平洋氣象觀測數(shù)據(jù)，時間間隔30分鐘。 （4）太平洋洋面風(fēng)場觀測數(shù)據(jù)，時間間隔30分鐘。 我們開發(fā)的接收應(yīng)用系統(tǒng)，可以接收處理以上數(shù)據(jù)。,6,二、 中國風(fēng)云衛(wèi)星和HIMAWARI-8衛(wèi)星綜合對比,總體參數(shù)評估,7,觀測頻段及頻段功能對比,8,“HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星接收處理應(yīng)用平臺”，可以形成立體

4、云圖、紅外云圖、水汽云圖、可見光圖、云頂高度、霧汽監(jiān)測、灰霾監(jiān)測、沙塵暴監(jiān)測、森林火險監(jiān)測、高低空天氣圖、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品、航危天氣診斷產(chǎn)品、航危天氣短時臨近預(yù)報產(chǎn)品。 該平臺可以在氣象、水利、民航、林業(yè)、海洋等部門應(yīng)用。 通過2015年10月1日-2016年5月20日的實際應(yīng)用，對比檢驗情況如下：,三、 HIMAWARI-8衛(wèi)星應(yīng)用情況,9,（1）2015年10月-2016年 4月20日，甘肅省東部共出現(xiàn)13次降水過程，其中小雪4次，小到中雪2次，小雨5次，中雨以上量級2次。 HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的降水預(yù)報，無論量級和范圍，明顯優(yōu)于國內(nèi)外其它數(shù)值模式和天氣在線。特別是冬季的降水預(yù)報，參考

5、性更高。 HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)，每天發(fā)布4次。國內(nèi)省市級氣象和民航等部門通過CMACast接收的國內(nèi)外其它數(shù)值預(yù)報，最多是2次。,HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的應(yīng)用檢驗評估,10,（2）2016年4月9日6-10時，山東大部分地方出現(xiàn)大霧， 150多個高速收費(fèi)站臨時封閉。通過對比分析，HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的圖像清晰度和霧的可識別性，均優(yōu)于中國風(fēng)云星。 （3）2015年11月-2016年1月，發(fā)生在華北、華東、華南地區(qū)的17天重度霾的監(jiān)測，HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的圖像清晰度和霾的可識別性等方面均優(yōu)于中國風(fēng)云星。 （4）2016年3月4日，發(fā)生在甘肅西部和內(nèi)蒙古

6、的沙塵暴，通過10-14時的對比分析：向日葵8的圖像清,HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的應(yīng)用檢驗評估,11,晰度和沙塵暴的可識別性，優(yōu)于中國風(fēng)云星。 （5）森林火險的監(jiān)測 衛(wèi)星遙感是森林火災(zāi)監(jiān)測的重要方法，在森林火災(zāi)監(jiān)測過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。 目前，應(yīng)用到森林火災(zāi)監(jiān)測的衛(wèi)星主要有NOAA 衛(wèi)星、EOS/MODIS、風(fēng)云系列衛(wèi)星、環(huán)境減災(zāi)（HJ）衛(wèi)星。以上衛(wèi)星觀測頻率低，對同一個地方每天最多觀測2次，有的4天才能觀測一次。 如果受到云、陰雨天氣影響，基本上無法觀測。 2016年3月5日，甘肅省迭部縣發(fā)生森林火災(zāi)，只有“向日葵8號”氣象衛(wèi)星成功監(jiān)測了火災(zāi)。,HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星的應(yīng)用

7、檢驗評估,12,四、優(yōu)勢與特點(diǎn),（一）接收設(shè)備 接收的關(guān)鍵設(shè)備：高頻信號分頻LNB和信號調(diào)制器，由美國公司生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，技術(shù)先進(jìn)，是國際最新技術(shù)設(shè)備。 （二）技術(shù)優(yōu)勢 數(shù)據(jù)接收處理軟件采用最前沿的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信技術(shù)，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠。,13,（三）軟件功能緊密結(jié)合氣象、民航、水利等業(yè)務(wù) （1）云圖與高低空天氣圖的疊加分析 （2）云圖與數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的疊加分析 （3）開發(fā)的識別算法，能夠監(jiān)測霧、霾、沙塵暴、臺風(fēng)、森林火險。 （4）開發(fā)的診斷算法，形成云蓋合成、云相診斷、 云頂壓強(qiáng)。 （5）開發(fā)的診斷算法，實現(xiàn)強(qiáng)對流天氣的診斷分析。 （6）開發(fā)的預(yù)報模塊，自動形成雷暴、大風(fēng)、暴雨、冰雹、結(jié)冰、顛簸

8、等強(qiáng)對流天氣預(yù)報。,14,五、平臺基本功能,一、云圖分析功能 14類云圖對比分析、半球云圖、立體云圖、 紅外云圖、水汽云圖、可見光圖、云頂高度。 二、云圖衍生產(chǎn)品 霧（低云）監(jiān)測、灰霾監(jiān)測、沙塵暴監(jiān)測、 森林火險監(jiān)測、臺風(fēng)監(jiān)測、火山爆發(fā)監(jiān)測 云蓋合成、云相識別、云頂壓強(qiáng)。 三、氣象監(jiān)測產(chǎn)品 數(shù)值模式產(chǎn)品、氣象監(jiān)測產(chǎn)品、洋面風(fēng)場 四、強(qiáng)對流天氣診斷和預(yù)報,15,六、典型應(yīng)用案例,HIMAWARI-8的發(fā)射成功引起了航天界和氣象界人士的普遍關(guān)注，已經(jīng)顯示出優(yōu)異的監(jiān)測應(yīng)用性能。 主要案例如下： （1）2015年10月18日，太平洋臺風(fēng)動態(tài)監(jiān)測。 （2）2015年8月12日，天津濱海新區(qū)倉庫爆炸。 （

9、3）2015年10月12日，渤海灣大霧。 （4）2015年11月30日，中國東部地區(qū)的重度霾。 （5）2016年3月5日，甘肅省甘南原始森林大火的監(jiān)測。 （6）2016年6月4日，四川省廣元沉船事件的強(qiáng)天氣監(jiān)測。 （7）2016年6月23日，江蘇省龍卷風(fēng)的強(qiáng)天氣系統(tǒng)監(jiān)測。,16,（1） 2015年10月18日，太平洋臺風(fēng)監(jiān)測。,17,（2）2015年8月12日，位于天津濱海新區(qū)危險品倉庫發(fā)生爆炸, HIMAWARI-8及時監(jiān)測了該過程。,日本向日葵-8號衛(wèi)星的監(jiān)測圖,日本衛(wèi)星清析地監(jiān)測了爆炸發(fā)生的過程和范圍，中國衛(wèi)星由于觀測空間與時間的分辨率低，無法有效地進(jìn)行監(jiān)測。,中國風(fēng)云靜止衛(wèi)星監(jiān)測圖,1

10、8,北京市PM2.5濃度在6時還僅為57微克/立方米，到了18時，一躍升到了526微克/立方米。下午，出現(xiàn)了900微克/立方米這樣的局部極端高濃度。 連續(xù)的霧霾天氣，京津冀多個城市拉響警報。11月29日，北京發(fā)出年內(nèi)首個空氣重污染橙色預(yù)警。次日6時30分，河北繼續(xù)發(fā)布霾橙色預(yù)警信號;兩小時后，天津則將霾黃色預(yù)警信號升級為橙色預(yù)警。,（3） 2015年11月30日，中國華東地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重霾 。,19,20,21,22,2015年10月18日10時，由于受冷空氣東移影響，在中國渤海灣出現(xiàn)大霧。平臺根據(jù)開發(fā)的識別算法，對云霧進(jìn)行識別，將霧分為：輕霧、大霧、濃霧等三個級別。可以利用動畫功能，分析霧的移動

11、和變化情況。,（4） 2015年10月18日，中國渤海灣大霧。,23,24,2016年3月3日，由于兩名當(dāng)?shù)鼐用裨诹謪^(qū)用火不慎，造成甘肅省迭部縣達(dá)拉林場溫泉溝管護(hù)區(qū)43林班3小班發(fā)生森林火災(zāi)。此次森林大火，火場過火面積約220公頃。 “向日葵8號”氣象衛(wèi)星成功監(jiān)測了火災(zāi)的高分辨率衛(wèi)星圖像，這是“向日葵8號”氣象衛(wèi)星在國內(nèi)森林火災(zāi)監(jiān)測領(lǐng)域的首次亮相。,（5） 森林火險的監(jiān)測,25,HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星在甘南火災(zāi)中的應(yīng)用,圖1 迭部縣達(dá)拉林場森林火災(zāi)紅外監(jiān)測圖 時間：2016年3月5日17時20分,26,HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星在甘南火災(zāi)中的應(yīng)用,圖2 迭部縣達(dá)拉林場森林火災(zāi)紅外監(jiān)測自

12、動識別圖 時間：2016年3月5日17時20分,27,HIMAWARI-8氣象衛(wèi)星在甘南火災(zāi)中的應(yīng)用,圖3 迭部縣達(dá)拉林場森林火災(zāi)中，監(jiān)測到煙霧飄散圖 時間：2016年3月5日17時30分,28,2016年6月4甘肅省南部和四川省北部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣，有24個縣出現(xiàn)雷暴天氣，并伴隨有大風(fēng)、冰雹、短時強(qiáng)降水，造成近1個多億的經(jīng)濟(jì)損失，四川省廣元市白龍湖景區(qū)由于下?lián)舯┝髟斐沙链录?，死?4人。 通過當(dāng)?shù)乩走_(dá)圖與HIMAWARI-8云圖對比分析，可以發(fā)現(xiàn)： （1）HIMAWARI-8云圖可以綜合反映強(qiáng)天氣系統(tǒng)的空間分布和發(fā)展演變情況，這是雷達(dá)無法做到的。 （2）HIMAWARI-8云圖可以監(jiān)測到

13、風(fēng)暴的陣風(fēng)鋒和雷暴中心，這是雷達(dá)無法做到的。,（6） 2016年6月4日四川省廣元沉船事件的強(qiáng)對流監(jiān)測,29,30,31,白龍湖景區(qū)沉船位置,32,2016年6月4日14時16分，雷達(dá)監(jiān)測圖，甘肅省隴南市武都雷達(dá)站。,33,2016年6月23日下午14點(diǎn)30分左右，江蘇省鹽城市阜寧縣遭遇的強(qiáng)冰雹和龍卷風(fēng)雙重災(zāi)害，龍卷風(fēng)冰雹災(zāi)害共造成99人死亡，受傷846人。 此次災(zāi)害已確認(rèn)為龍卷風(fēng)，等級為EF4級，風(fēng)力超過17級。 通過當(dāng)?shù)乩走_(dá)圖與HIMAWARI-8云圖對比分析，可以發(fā)現(xiàn)： （1）HIMAWARI-8云圖可以綜合反映強(qiáng)天氣系統(tǒng)的空間分布和發(fā)展演變情況，這是雷達(dá)無法做到的。 （2）HIMAWA

14、RI-8云圖可以監(jiān)測到雷暴中心，這是雷達(dá)無法做到的。,（7） 江蘇省龍卷風(fēng)的監(jiān)測,34,35,36,37,38,七、應(yīng)用方向,HIMAWARI-8產(chǎn)品已經(jīng)顯示出優(yōu)異的監(jiān)測性能，主要應(yīng)用方向如下： （1）美國、日本、澳大利亞，已經(jīng)將 HIMAWARI-8產(chǎn)品同化到數(shù)值模式中，提高數(shù)值模式的預(yù)報水平。 （2）災(zāi)害天氣的短臨監(jiān)測預(yù)警預(yù)報。 （3）森林火災(zāi)、霧霾、沙塵暴、植被、氣溶膠、太陽輻射強(qiáng)度、海洋顏色、海面溫度、海洋洋流。 （4）由于HIMAWARI-8對大氣的監(jiān)測，無論從空間、時間、云團(tuán)內(nèi)部微觀，達(dá)到一個新階段，對天氣的監(jiān)測實現(xiàn)了大尺度向中小尺度轉(zhuǎn)換，形成人眼無法識別的氣象要素及變化的立體結(jié)構(gòu)圖，可以開發(fā)氣象要素的識別變化軟件，有效促進(jìn)天氣預(yù)報能力的提升。,39