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香港氣象衛星接收系統

引言:

氣象衛星攜帶探測器從太空拍攝地球的圖像。氣象衛星按其運行軌跡可以分為兩類,分別是地球同步氣象衛星及極地軌道氣象衛星(圖一)。

地球同步氣象衛星相對地面是靜止不動的,因此可以24小時不斷拍攝地球上同一地區的雲圖。衛星位於赤道的上空約35,800公里,拍攝的圖像覆蓋接近半個地球。

極地軌道氣象衛星是低飛的衛星,以大致南北的方向在數百公里上空環繞地球運行。大部分的極地軌道氣象衛星每天都在同一地區的上空經過一至兩次。由於它們距離地面較接近,每次只能拍攝有限面積的圖像,但圖像的分辨率較地球同步衛星為高,而地球同步衛星每天提供較多同一地區的圖像。

香港氣象衛星接收系統:

當美國在一九六三年發射第八號電視及紅外光觀測衛星(TIROS8)後不久,香港天文台即利用一套自製系統接收該衛星的自動圖像傳送系統發出的信號。初期是使用一副改裝過的普通電視機來顯示衛星圖像的。

上述自製系統一直用來接收環境勘測衛星(ESSA)及美國海洋大氣局(NOAA)氣象衛星兩個系列的極地軌道衛星的自動圖像傳送信號,直至一九六八年天文台添置了一部照片傳真機為止。

一九七七年,日本發射了首顆地球同步氣象衛星(GMS)。該衛星在東經140度赤道上空35,800公里處,並每三小時一次以模擬傳真形式傳送可見光(VIS)及紅外光(IR)頻道圖像。一九七九年,天文台購置了一套接收系統以接收該衛星的高分辨率圖像。這首顆地球同步氣象衛星在一九八一年、一九八四年、一九八九及一九九五年先後被第二號衛星(GMS-2)、第三號衛星(GMS-3)、第四號衛星(GMS-4)和第五號衛星(GMS-5)所取代,而傳送模式亦由模擬傳真形式轉為數字形式(數字數據來自可見光和紅外光自旋掃描輻射儀的延展信號),並且每小時傳送衛星圖片一次。為切合這些轉變,天文台於一九八八年購置了一套電腦化接收系統。在一九九六年,天文台安裝一套更先進、利用Unix作業系統的接收系統來接收和分析GMS-5提供的額外的紅外光衛星圖像以及新的水汽通道圖像。

在二零零一年年底天文台安裝一台接收系統接收中國氣象局風雲一號系列和美國國家海洋及大氣管理局的NOAA系列的極地軌道氣象衛星。

在二零零三年中日本的GMS-5衛星的任務由美國的地球同步業務環境衛星-9號(GOES-9)所取代。天文台利用原有接收日本GMS-5的系統接收GOES-9的圖像。

在二零零四年天文台安裝另一台衛星接收系統來接收中分辨率成像光譜儀(MODIS)的直接廣播。該儀器是美國太空總署地球觀測系統的兩顆名為Terra 和Aqua 衛星上的探測器。MODIS擁有36條觀察頻道,覆蓋了從可見光至紅外光的廣闊頻率,使它成為一些學科如氣象學、海洋學甚至是環境監測的寶貴數據來源。MODIS拍攝出來的高分辨率圖像,對監測一些細微的特徵或現象如山火及煙霞等尤為有用。

在二零零五年中國氣象局的第一顆業務應用地球同步氣象衛星,即風雲二號C(FY-2C)衛星,投入運作。風雲二號C衛星位於東經105度的赤道上空,提供五個頻道(可見光、紅外光-1(IR1)、紅外光-2(IR2)、水汽及紅外光-4(IR4))的圖像。雲圖覆蓋大部分亞洲、澳洲、印度洋、西太平洋地區。可見光圖像的分辨率為1.25公里,而紅外光和水汽圖像則為5公里。在熱帶氣旋和暴雨的季節期間,衛星每30分鐘提供北半球的圖像。

日本氣象廳於同年發射名為多用途輸送衛星-1R(MTSAT-1R)的新一代地球同步氣象衛星,以取代美國的GOES-9。MTSAT-1R衛星每30分鐘提供更新圖像,圖像覆蓋範圍與GOES-9相若。衛星除了提供四個頻道(可見光、紅外光-1(IR1)、紅外光-2(IR2)及水汽)的圖像外,亦額外提供一個新的紅外光-4(IR4)頻道圖像。可見光的圖像分辨率為1公里,而紅外光及水汽圖像的分辨率為4公里。

衛星資料的應用:

香港天文台直接接收下列衛星的廣播,以二十四小時支援天氣預測和警報服務:
  • 中國氣象局的FY-1D和FY-2C衛星。
  • 日本氣象廳的MTSAT-1R衛星。
  • 美國海洋大氣局(NOAA)系列的極地軌道衛星。
  • 美國太空總署地球觀測系統(EOS)系列的衛星。

氣象衛星資料有下列各項用途:

  • 衛星圖片顯示全球雲量及天氣系統分布情況,是各地區重要的資料來源,尤其在海洋和其他天氣觀測資料稀少的地區。
  • 暴雨的雲團會發展及上升到較高的高度,雲頂的溫度相對較低。利用紅外光的衛星雲圖,分析雲頂的溫度,對監測暴雨的發展很有幫助。
  • 在衛星雲圖上,熱帶氣旋具獨有的特徵,較為容易辨認,因此衛星圖片對追蹤熱帶氣旋的移動及估計其強度有極大的幫助(圖二)。
  • 在沒有雲層遮蔽的情況下,紅外光圖片上可以顯示海面溫度的變化。這些資料有助預報海霧及熱帶氣旋的發展。
  • 除雲圖外,一些衛星圖片提供環境監測的資料,對監測如煙霞分佈、山火地點、火山爆發及沙塵暴等尤為有用。

圖一: 地球同步氣象衛星及極地軌道氣象衛星
圖一: 地球同步氣象衛星及極地軌道氣象衛星。

圖二: 2006年9月29日下午2時風雲二號C衛星拍攝到的颱風象神圖像
圖二: 2006年9月29日下午2時風雲二號C衛星拍攝到的颱風象神圖像。

 

最近修訂日期: <2014年3月4日>