為什麼要把雷達放到氣象衛星上？

原標題:為什麼要把雷達放到氣象衛星上？

眾所周知，氣象衛星是捕捉颱風路徑的一把好手，正是在其幫助下，科學家對颱風（颶風）路徑的預報準確率越來越高。不過，這僅僅是一個起點。

颱風登陸后，所到之處會引來狂風豪雨，給民眾的生產生活帶來危害。要真正做到因地制宜防範颱風，最需要的就是能夠知道在颱風這個巨大的氣旋內，每個部位的風力和降水量。如此一來，政府和民眾就可以知道，對於這個颱風，是該拿出幾級應急響應來對待。

這些功能，正在研製中的「風雲三號」降水測量雷達衛星就可以具備。

星載降水測量雷達

星載微波輻射計

目前，極軌氣象衛星「風雲三號」C星上已經有了一個能夠穿透雲雨的儀器——微波輻射計。但是，星載降水測量雷達的研製絕非重複勞動。

從原理上來看，地球表面物體都在一刻不停地向外輻射電磁波。當降雨產生時，會吸收一部分地表輻射。這樣一來，地表物體向外產生輻射的強度就會發生變化。微波輻射計通過對比所接收到的輻射量的前後變化，就能夠推斷出降雨的強弱。

而與之相比，降水測量雷達則顯得更加「積極主動」一些。它工作時，會主動向大氣發射電磁波。一道道電磁波穿透雲雨，與雨滴相互作用后，就能帶著降水量信息，反射回到衛星上了。

雖然微波輻射計可以測量降雨量，但是其收集到的輻射信息容易受到地表輻射的干擾，所以精度不是很高。更重要的是，因為微波輻射計是被動探測，所以只能拿到「一攬子」輻射量，卻分不清其中都是從哪一層大氣發射來的。受此限制，它獲得的信息也只是地表總降水量。而降水測量雷達則能夠知道電磁波是從哪些不同高度的大氣中回來的，進而獲得大氣三維降水信息。

天上的雷達

地上的雷達

目前，世界上地基天氣雷達已比較普及。從1998年開始，依託國家項目，新一代天氣雷達建設也進入快車道，目前，已在國家防災減災、天氣預報預警中發揮著不可或缺的作用。

當TRMM衛星於2013年9月13日飛過墨西哥灣時，正好捕捉到了正在變強的熱帶風暴英格力德。圖中紅色突出的部分，常常是熱帶氣旋即將變強的標誌。

美、日熱帶降雨測量計劃（TRMM）衛星在2005年8月28日監測到卡特里娜颶風的三維降水量。

但地基天氣雷達也存在著幾個方面的限制。首先，因為雷達的經濟成本非常高，所以在東部人口比西部人口密集的國情下，東部沿海雷達的布設也比西部要密一些。這也決定了西部存在一些「空白區域」。另外，地基雷達標定測量精度手段受限，所以其目前只對外發布一級產品，即反射率因子。雖然反射率因子的強弱取決於雨量的強弱，但用其來推導降雨強度到底是多少，就容易出現較大的偏差了。

與地基雷達相比，星載降水測量雷達的覆蓋範圍廣，能獲得「無人區」的降水信息；而且在地面定標系統的幫助下，星載降水測量雷達有著較好的定標精度；另外，因為是從天上往下看，所以不會受到山地、高原等特殊地形的遮擋。

降水測量雷達衛星

SAR衛星

去年8月，在太原衛星發射中心用「長征四號丙」運載火箭成功將「高分三號」衛星發射升空。這是首顆解析度達到1米的C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）成像衛星。

同樣是把雷達放到衛星上，兩者的主要用途有什麼不同呢？

據介紹，SAR衛星主要目標是獲取地球的地表、地物信息。對於SAR衛星來說，相當於在衛星上放了一個照相機。雖然這個照相機能夠穿透雲層，但它卻不是來看雲的，而是看雲層下面的地表信息的。具體到氣象方面的應用，SAR衛星多可用在大的降雨、洪澇過後的影響評估上，比如降雨範圍多大、哪兒發生了滑坡或泥石流等。而與之相比，降水測量雷達衛星的功能主要集中在實時降水的監測方面。

降水測量雷達衛星還可幫助科學家弄清楚全球能量循環和氣候變化問題。此前，美國和日本曾聯合發射了一顆全球降水測量計劃衛星，旨在摸清全球降水分佈，以及水循環在全球能量釋放的過程和在全球氣候變化中的影響。（作者：盧健 本文科學顧問：國家衛星氣象中心副研究員尹紅剛）