全球首颗风力测绘卫星发射升空

《测绘学报》

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▲图| 风神发射，来源ESA

欧洲空间局（ESA）的风神（Aeolus）卫星于8月22日发射升空，执行为期3年的任务，在全球范围内监测风力。

▲图| 风神在发射塔内，来源ESA

风神卫星是世界上第一个风力测绘卫星，它从法属圭亚那库鲁的圭亚那空间中心由一枚织女星运载火箭发射升空。地面任务控制人员将在接下来的几个月里校准航天器上装载的仪器，包括一个紫外激光系统，它将用于测量大气层中最低30公里范围内的风速和风向。

ESA在1999年便批准了风神项目，但是开发该卫星仪器花费的时间比预期要长得多。制造一种能在真空中运行的强力紫外激光器所出现的复杂情况曾是一个主要问题。

一旦风神卫星开始科学观测，来自该项目的数据将被纳入数字天气预报，从而改善各国气象机构的预测水平。

风神是一项耗资4.8亿欧元（5.5亿美元）的项目。风神卫星重约1260千克，携带了一部直径1.5米的望远镜、一部散射接收组件和一台多普勒测风紫外激光雷达。该紫外激光雷达每秒观测50次，每道激光束会激发出数十亿个光子照向大气。而每道光子束中，大概只有几百颗光子会由于跟大气分子的碰撞而恰好反射回卫星。根据多普勒效应，科学家通过输出脉冲与反向散射信号间的延迟，就能计算出风的方向、速度和移动距离。

▲图| 模拟图，来源ESA

研究人员之前曾在飞机上使用类似的激光系统研究特定区域的风，但风神项目将是第一个覆盖整个地球的风力测绘任务。如果风神按计划运行，它的数据可以显著改善热带地区的气象预测水平，在地球中高纬度地区也能提高几个百分点的准确率。

“你可能认为这并不是很多，但如果我们的预估水平能够提高2%，对社会便能够贡献数十亿美元的价值。”英国雷丁市欧洲中期天气预报中心（ECMWF）气象学家Lars Isaksen说。例如，更好的预测能够让人们更好地应对风暴。

随着风神卫星的成功发射，地面任务控制人员计划在9月启动激光系统，初始数据将在2019年1月底前到达，并在4月前合并到预测系统中。该项目的目标是在卫星收集到这些数据后的3个小时内提供风速测量数据。

“尽管这项任务只有3年，但如果风神的技术被证明是可靠的，它将有助于为未来的风力测绘卫星铺平道路。”瑞士日内瓦世界气象组织全球观测系统负责人Lars Peter Riishojgaard说。

▲图| 效果图，来源ESA

到目前为止，气象学家已经拼凑出了来自各种资源的风力信息，包括气象气球和飞机飞行。但还没有卫星能够直接测量风速，尽管科学家可以依据卫星测量的云层移动结果推断风速和风向。

研究人员希望后续的任务不会花那么长的时间来开发。“我们在1999年便设计了这个家伙，”德比尔特市荷兰皇家气象研究所大气物理学家Ad Stoffelen说，“看到它飞起来真是太令人兴奋了。”

图卢兹市法国气象预报机构气象学家Alain Dabas表示，风神卫星的激光无法穿透厚厚的云层，因此它将无法看清像飓风这样的风暴系统。

但它将能够追踪其他现象，例如从撒哈拉沙漠吹来的灰尘，或者扩散到不同高度的污染物羽流。“我确信会有一些有趣的发现。”Sara Tucker说。她是美国科罗拉多州博尔德市波尔航天公司的一名工程师，从事风力激光测量工作。（赵熙熙）

来源于中国科学报

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