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我國(guó)計(jì)量院解決氣象測(cè)量準(zhǔn)確性難題


時(shí)間:2016-01-20 作者:五五
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 日前,“風(fēng)云氣象衛(wèi)星紅外遙感亮度溫度溯源標(biāo)準(zhǔn)研究”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院召開。由中科院上海技物所副所長(zhǎng)丁雷研究員、國(guó)家衛(wèi)星氣象中心張勇副研究員等組成的驗(yàn)收專家組聽取了項(xiàng)目報(bào)告,認(rèn)真審閱了項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)資料,并實(shí)地核查了項(xiàng)目完成情況。經(jīng)評(píng)議,驗(yàn)收組專家一致同意項(xiàng)目通過驗(yàn)收。


圖為真空低背景紅外遙感亮度溫度標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

氣象衛(wèi)星主要用于對(duì)地進(jìn)行氣象觀測(cè)。星上所載的各種氣象遙感器通過接收和測(cè)量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射(一般是亮度溫度值),并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給地面站。這樣,人們就可以據(jù)此預(yù)知天氣,或準(zhǔn)確衡量地球氣候的變化。這些氣象衛(wèi)星上的設(shè)備對(duì)于 “亮度溫度”測(cè)量的準(zhǔn)確程度直接影響著氣象衛(wèi)星的觀測(cè)“效果”——天氣預(yù)報(bào)是否準(zhǔn)確、氣候變化數(shù)據(jù)是否可靠,均依賴于這些設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性。

據(jù)國(guó)際氣象組織(WMO)和國(guó)際計(jì)量局(BIPM)于2010年聯(lián)合發(fā)表的《全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量挑戰(zhàn)》報(bào)告稱,用于氣候監(jiān)測(cè)的氣象衛(wèi)星對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)在0.1K以內(nèi),用于天氣預(yù)報(bào)的氣象衛(wèi)星對(duì)于該準(zhǔn)確度要求應(yīng)不差于0.5K。然而,我國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)云衛(wèi)星系統(tǒng)的測(cè)溫載荷還達(dá)不到此要求。為此,中國(guó)計(jì)量院應(yīng)中國(guó)氣象衛(wèi)星中心對(duì)于衛(wèi)星“亮度溫度”定量化的迫切需求,展開了歷時(shí)2年的研究,并從量值源頭及傳遞方法兩個(gè)方面切實(shí)解決了這個(gè)問題。

據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,中國(guó)計(jì)量院熱工所郝小鵬博士介紹,項(xiàng)目研究建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“真空低背景紅外遙感亮度溫度標(biāo)準(zhǔn)裝置”,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)輻射背景條件下的微弱紅外亮度傳遞。該標(biāo)準(zhǔn)裝置采用真空低溫光學(xué)系統(tǒng)、低溫球型光路切換艙和低溫真空環(huán)模艙設(shè)計(jì)方案,突破了比較測(cè)量中的光路等效一致、系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)和被校準(zhǔn)黑體適應(yīng)范圍廣等技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)輻射背景條件下的微弱紅外亮度傳遞。

項(xiàng)目組研制的標(biāo)準(zhǔn)裝置主要分為兩大部分:一是準(zhǔn)確的溫標(biāo),即亮度溫度量值的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);二是用于傳遞該量值的裝置——通過該裝置可以直接校準(zhǔn)用于衛(wèi)星載荷標(biāo)定的傳遞儀器,保證量傳的準(zhǔn)確性。其中,亮度溫度標(biāo)準(zhǔn)裝置可以滿足(190~340) K、波長(zhǎng)范圍(1 ~1000) μm的紅外亮度溫度的測(cè)量,標(biāo)準(zhǔn)不確定度達(dá)到0.03 K300 K/10 μm);而用于傳遞該量值的標(biāo)準(zhǔn)真空黑體輻射源發(fā)射率可達(dá)0.9999,標(biāo)準(zhǔn)不確定度達(dá)到0.015 K300 K/10 μm)。

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