大氣輻射亮溫垂直分布動(dòng)態(tài)圖。來源：國家衛(wèi)星氣象中心

　　干涉式大氣垂直探測(cè)儀是國際上第一臺(tái)在靜止軌道上以紅外高光譜干涉分光方式探測(cè)大氣垂直結(jié)構(gòu)的精密遙感儀器。通過該探測(cè)儀，我們成功獲取了全球首幅靜止軌道地球大氣高光譜圖。作為第一次露出真容的大氣高光譜圖，應(yīng)該如何解讀圖像和展開數(shù)據(jù)應(yīng)用呢?這非常值得探析。

　　探什么?

　　很多人都知道“探空”：氣球帶著測(cè)量儀器從地面不斷升高，包含溫度、濕度等傳感器，邊上升邊測(cè)量并把數(shù)據(jù)傳回給地面跟蹤和接收雷達(dá)。這好比用溫度計(jì)，在一個(gè)高度上量一下，在下一個(gè)高度上再量一下。它能把大氣的溫濕度測(cè)量得非常準(zhǔn)確，本質(zhì)上屬于直接測(cè)量，一般測(cè)量高度為30公里，能夠?qū)?duì)流層和平流層在各垂直高度上進(jìn)行測(cè)量。

　　地面探空近乎直接測(cè)量，其精度很高。但是，這些探空站在海洋上是沒有的，而陸地上也只能在約200×200公里設(shè)置一個(gè)，一般每天全球統(tǒng)一在世界時(shí)00時(shí)和12時(shí)兩個(gè)固定時(shí)間進(jìn)行兩次探空。

　　怎么探?

　　大氣結(jié)構(gòu)是三維的，又是隨著時(shí)間快速變化的。由于探空站在地理、空間分布密度和觀測(cè)頻次上的局限性，其探測(cè)數(shù)據(jù)無法支撐快速發(fā)展的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式。

　　探測(cè)大氣三維結(jié)構(gòu)的方法除了地面探空外，天基(衛(wèi)星)紅外和微波被動(dòng)探測(cè)已經(jīng)成為國際主流。在衛(wèi)星上進(jìn)行大氣溫濕度三維結(jié)構(gòu)探測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于可以全球覆蓋，而靜止氣象衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)在于獲得高頻次的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

　　在衛(wèi)星上利用紅外遙感怎么測(cè)大氣三維結(jié)構(gòu)呢?進(jìn)行三維大氣溫度濕度探測(cè)，主要基于光譜通道選擇。比如，選擇大氣混合比穩(wěn)定的二氧化碳紅外吸收帶，探測(cè)大氣的溫度廓線;選擇水汽紅外吸收帶探測(cè)大氣的濕度廓線。不同的二氧化碳吸收通道探測(cè)到的紅外輻射主要來自于特定的高度層，對(duì)該高度的大氣溫度變化敏感，利用此原理可以獲得大氣的溫度垂直分布信息。同樣，不同的水汽吸收通道對(duì)不同高度層的大氣濕度變化敏感，從而可以獲得大氣的濕度垂直分布信息。

　　要滿足數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)大氣探測(cè)精度的要求，在技術(shù)上高光譜紅外探測(cè)是必選的技術(shù)途徑。高光譜探測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于探測(cè)通道的光譜分辨率越高，即通道的權(quán)重函數(shù)越窄，受到的臭氧、水汽等其它吸收氣體的污染就越小，對(duì)特定高度層的敏感程度也越高，不僅提高了大氣溫濕度探測(cè)精度，而且也提高了大氣探測(cè)的垂直分辨能力。

　　“風(fēng)云四號(hào)”干涉式大氣垂直探測(cè)儀采用邁克爾遜干涉分光的方式實(shí)現(xiàn)大氣紅外高光譜探測(cè)，可以獲取高頻次區(qū)域晴空和云頂以上的大氣三維結(jié)構(gòu)。

　　那么，云內(nèi)部和云底以下大氣怎么實(shí)現(xiàn)高頻次探測(cè)呢?這就需要?dú)庀笕似谂蔚摹帮L(fēng)云四號(hào)”微波星在未來發(fā)揮其功效。

　　怎么用?

　　國際上沒有利用靜止軌道高光譜大氣探測(cè)數(shù)據(jù)的成功先例，我國氣象應(yīng)用勢(shì)必要經(jīng)過從試用到業(yè)務(wù)應(yīng)用的過程，特別是要根據(jù)應(yīng)用需求(觀測(cè)精度、區(qū)域范圍和觀測(cè)頻次等)來確定儀器觀測(cè)模式，需要應(yīng)用部門和地面應(yīng)用系統(tǒng)鼎力合作。

　　干涉式紅外大氣探測(cè)儀數(shù)據(jù)主要的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：該儀器具有對(duì)我國及周邊地區(qū)1小時(shí)一次、間隔僅16公里的密集的大氣溫濕分布垂直探測(cè)能力，其探測(cè)數(shù)據(jù)可以同化到全球和區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式，改進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)初始場(chǎng)，特別是像海洋上等缺少常規(guī)探空觀測(cè)的區(qū)域，對(duì)于提高預(yù)報(bào)的精細(xì)化能力起到促進(jìn)作用;利用該儀器反演得到大氣不穩(wěn)定指數(shù)，可以提前數(shù)小時(shí)有效監(jiān)測(cè)到暴雨系統(tǒng)發(fā)生前環(huán)境條件的變化，在還是晴朗無云的大氣中提前發(fā)現(xiàn)極端天氣的蛛絲馬跡，直接提供給預(yù)報(bào)員進(jìn)行天氣分析和預(yù)報(bào);可以對(duì)小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)進(jìn)行高頻次探測(cè)，直接服務(wù)于短臨天氣預(yù)報(bào)預(yù)警。

　　怎么讀?

　　干涉式大氣垂直探測(cè)儀有超過1600個(gè)探測(cè)通道，不同高度的大氣對(duì)不同探測(cè)通道的紅外輻射貢獻(xiàn)存在差異。根據(jù)這些差異可以反演出大氣溫度、濕度的三維結(jié)構(gòu)。下圖所示為選取該儀器觀測(cè)到的7個(gè)長波紅外通道在權(quán)重高度的紅外輻射亮溫垂直分布圖。