风云三号A气象卫星数据和产品应用手册.doc

风云三号A气象卫星数据和产品应用手册中国气象局国家卫星气象中心2008年12月前 言为充分发挥FY-3A卫星的作用与应用效益，按照中国气象局监测网络司要求，国家卫星气象中心将FY-3A卫星资料发送到国家气象信息中心，并由国家气象信息中心通过DVB-S广播系统对全国气象部门广播分发FY-3A卫星资料。由于国家气象信息中心每天提供给FY-3A卫星资料的广播总量为4GB，不能满足FY-3A卫星资料的广播总量要求，因此，根据DVB-S数据广播目前实际分发能力，在原分发方案的基础上，提出FY-3A星第一阶段产品分发方式。具体方式如下：（1）DVB-S广播分发资料为中国及周边地区高时效一级产品（2）数据包括：VIRR HRPT L1数据、MERSI MPT L1数据（250米）、MERSI MPT L1数据（1公里）、MWTS HRPT L1数据、MWHS HRPT L1数据。（3）每天仅传送（2）中仪器（即卫星直接广播的HRPT数据）白天（降轨）数据资料。（4）原则为每弧段数据接收完毕后即时处理，即时发送。（5）每天总数据量控制在4GB以下。具体优先级如下：每日VIRR、MWTS、MWHS仪器数据保证分发；其余传输余量用于尽可能多地传送MERSI的1公里和250米分辨率5分钟块的数据；如当天数据未能广播完，递延到次日发送，直到把一日全国数据全部传输完毕后，再发送新一天的数据。按照新的广播分发方案，特制定第一阶段广播分发资料的应用手册。随着资料的增加，继续修改增加本应用手册。联系方式：国家卫星气象中心数据服务室 咸迪 68409978 Xiandi 孙安来 68407408 Sunal 编者 2008年12月第1章 概述51.1 FY-3A卫星概况51.2 主要技术指标51.2.1 卫星轨道51.2.2 卫星姿态51.2.3 太阳帆板对日定向跟踪61.2.4 星上记时61.2.5 遥感探测仪器性能指标61.2.5.1 可见光红外扫描辐射计(VIRR)61.2.5.2 红外分光计（IRAS）71.2.5.3 微波温度计（MWTS）91.2.5.4 微波湿度计（MWHS）101.2.5.5 中分辨率光谱成像仪（MERSI）111.2.5.6 微波成像仪（MWRI）131.2.5.7 紫外臭氧垂直探测仪（SBUS）141.2.5.8 紫外臭氧总量探测仪（TOU）151.2.5.9 太阳辐射监测仪（SIM）171.2.5.10 地球辐射探测仪（ERM）171.2.5.11 空间环境监测仪（SEM）17第2章 术语和缩略语19第3章 HDF说明223.1 HDF简介223.2 HDF库介绍223.3 HDF的6种基本数据类型223.4 HDF文件的3层交互24第4章 FY-3卫星数据HDF格式规范264.1 FY-3卫星数据文件中使用的HDF对象264.1.1 文件（全局）属性264.1.2 科学数据集（SDS）264.1.3 虚拟数据 (Vdata)27第5章 FY-3 1级数据格式说明295.1 FY-3A扫描辐射计L1级数据格式说明295.1.1 FY3A扫描辐射计L1数据295.1.1.1 数据概况295.1.1.2 数据基本信息295.1.2 L1数据规格305.1.2.1 结构特性305.2 FY-3A扫描辐射计L1级（OBC）数据格式说明385.2.1 FY3A扫描辐射计L1 OBC数据395.2.1.1 数据概况395.2.1.2 数据基本信息395.2.2 L1 OBC数据规格395.2.2.1 结构特性395.3 FY-3A中分辨率光谱成像仪L1级数据信息格式说明（250M）515.3.1 FY-3A中分辨率光谱成像仪L1数据（250m）515.3.1.1 数据概况515.3.1.2 数据基本信息525.3.2 L1数据规格525.3.2.1 结构特性525.4 FY-3A中分辨率光谱成像仪L1级数据信息格式说明（1000M）575.4.1 FY-3A中分辨率光谱成像仪L1数据（1000m）575.4.1.1 数据概况575.4.1.2 数据基本信息575.4.2 L1级数据规格585.4.2.1 结构特性585.5 FY-3A中分辨率光谱成像仪L1级数据信息格式说明（OBC）665.5.1 FY-3A中分辨率光谱成像仪L1数据（OBC）665.5.1.1 数据概况665.5.1.2 数据基本信息665.5.2 L1数据规格675.5.2.1 结构特性675.6 FY-3A微波温度计L1级数据信息格式说明755.6.1 FY-3A微波温度计L1级数据755.6.1.1 数据概况755.6.1.2 数据基本信息765.6.2 L1级数据规格765.6.2.1 结构特性765.7 FY-3A微波湿度计L1级数据信息格式说明915.7.1 FY-3A微波湿度计L1数据915.7.1.1 数据概况915.7.1.2 数据基本信息915.7.2 L1数据规格925.7.2.1 结构特性92第1章 概述1.1 FY-3A卫星概况风云三号A气象卫星（简称FY-3A）是我国的第二代太阳同步极轨气象卫星。风云三号气象卫星将实现全球、全天候、多光谱、三维、定量对地观测。风云三号星发射总质量为2450kg，发射尺寸：4.38m2m2m，卫星长期功耗1130W。卫星本体由服务舱、推进舱与有效载荷舱组成。服务舱采用中心承力筒和隔板结构，主要安装电源、测控、数管及姿轨控分系统的部件和设备、推进舱采用中心承筒和隔板结构，主要安装推进系统设备以及蓄电池组和放电调节器。有效载荷舱隔板和构架结构，主要安装探测仪器的探测头部，舱内主要安装探测仪器的电子设备等。风云三号A卫星有十一台遥感探测仪器。遥感数据通过两个实时传输信道（HRPT和MPT）和一个延时传输信道（DPT）进行传输。风云三号A卫星设计寿命为3年。1.2 主要技术指标1.2.1 卫星轨道轨道类型：近极地太阳同步轨道轨道标称高度：831公里轨道倾角：98.81入轨精度：半长轴偏差： |a|5公里 轨道倾角偏差：|i|0.1 轨道偏心率 0.003标称轨道回归周期为5.79天轨道保持偏心率：0.00013交点地方时漂移：2年小于15分钟卫星发射窗口：降交点地方时10:05 1.2.2 卫星姿态姿态稳定方式：三轴稳定三轴指向精度：0.3三轴测量精度：0.05三轴姿态稳定度：410-3 /s1.2.3 太阳帆板对日定向跟踪1.2.4 星上记时记时方式：J2000日计数和日毫秒计数记时单位：1毫秒时间精度(星地总精度):小于20毫秒1.2.5 遥感探测仪器性能指标 1.2.5.1 可见光红外扫描辐射计(VIRR)(1)通道数、各通道波段范围、灵敏度见表1-1。(2)空间分辨率：星下点分辨率1.1Km(3)扫描范围：55.4(4)扫描器转速：6线/秒(5)每条扫描线采样点数：2048(6)MTF0.3(7)通道配准：飞行方向/扫描方向星下点配准精度0.5个像元(8)扫描抖动：0.8个IFOV(9)通道信号衰减：15%/2年(10)量化等级：10比特(11)定标精度：可见光和近红外通道：CH1、2、7、8、9 7%(反射率)CH6、10 10%(反射率)红外通道：1k(270k)。表1-1 可见光红外扫描辐射计光谱性能通道波段范围(m)噪声等效反射率(%)噪声等效温差(300k)动态范围(或k)10.58-0.680.1%0-100%20.84-0.890.1%0-100%33.55-3.930.4k180-350k410.3-11.30.2k180-330k511.5-12.50.2k 180-330k61.55-1.640.15%0-90%70.43-0.480.05%0-50%80.48-0.530.05%0-50%90.53-0.580.05%0-50%101.325-1.3950.19%0-90%1.2.5.2 红外分光计（IRAS）(1)仪器通道光谱参数 (2)仪器通道灵敏度 (3)定标精度 (4)探测像元地面分辨率 (5)通道间配准 (6)仪器通道动态范围(7)黑体温度(8)辐射校准周期、量化等级等性能指标(9)其他遥测特征参数(10)仪器性能参数稳定性分析(11)产品示例表1-2 红外分光计性能仪 器 性 能要 求对地扫描张角49.5每条线扫描点数56地面视场17km(836km高度，星下点)步进和测量时间100ms行扫描时间和回扫时间6.4s辐射校准暖黑体温度290K冷空间温度3K红外定标精度1K(270K)可见光定标精度5%反射率(CH21-CH24 7%，争取6%) (CH25-CH26 10%，争取9%)通道间配准精度5%像元辐射校准周期256s量化等级13比特表1-3 红外分光计光谱通道特征通道序号中心波数(cm-1)中心波长(m)半功率带宽(cm-1)主要吸收气体成份最高温度(K)NEN(mW/m2.sr.cm-1)贡献最大层(hPa)123456766968069070371673374914.9514.7114.4914.2213.9713.6413.353101216161616CO2CO2CO2CO2CO2CO2/H2OCO2/H2O2802652502602752903004.000.800.600.350.320.360.303060100400600800900880212.4730大气窗区3300.20地表990011.1135大气窗区3300.15地表1010309.7125O32800.20251113457.4350H2O3300.238001213136515337.336.524055H2OH2O2852750.300.307005001415161721882210223522454.574.524.474.4523232323N2ON2OCO2/N2OCO2/N2O3102902802660.010.010.010.0110009507004001823884.1925CO23200.01大气1920251526603.983.7635100大气窗区大气窗区3403400.010.002地表地表21145000.691000大气窗区100%A0.10%A云22112990.885385大气窗区100%A0.10%A地表23106380.94550H2O100%A0.10%A地表24106380.94200H2O100%A0.10%A地表2580651.24650H2O100%A0.10%A地表2660981.64450H2O100%A0.10%A地表1.2.5.3 微波温度计（MWTS）（1）仪器通道中心频率 （2）仪器通道频率宽度 （3）仪器通道主波率效率（4）通道间配准精度 （5）通道频率稳定度（6）通道灵敏度（7）动态范围 （8）冷空计数值（9）黑体PRT温度变化分析（10）定标精度 （11）与国外同类产品的相互比较微波温度计仪器参数和通道参数主要技术指标具体见表1-4和表1-5。表1-4 仪器参数参 数指 标对地扫描张角48.3对地观测15个点/每条扫描线扫描步进角6.9水平分辨率*5075公里(836km高度，星下点)星上校正黑体2个(暖黑体、外层冷空间)通道间配准精度波束指向误差0.1(* 波束宽度的公差为其标称值的10%。) 考核指标：小于0.2每条扫描线扫描时间16秒频率稳定度优于10-4量化等级13比特表1-5 光谱通道技术指标通道序号中心频率(GHz)主要吸收气体带宽(MHz)NET(k)天线波束效率(%)动态范围(K)定标精度（不含NET）(K)150.30窗区18010%0.55903-3401.2253.5960.115O2（2170）10%0.4903-3401.2354.94O240010%0.4903-3401.2457.290O233010%0.4903-3401.21.2.5.4 微波湿度计（MWHS）（1）对地扫描张角（2）扫描带宽度（3）对地观测（4）通道间配准精度（5）扫描周期（6）量化等级（7）定标精度（8）灵敏度（9）动态范围（10）星下点像元水平尺度（11）通道频率特性（12）黑体温度均匀性（13）天线扫描时序（14）定标观测数据特性（15）在轨频率干扰（16）产品应用示例微波湿度计仪器参数和通道参数主要技术指标具体见表1-6和表1-7。表1-6 仪器参数参 数指 标对地扫描张角53.35扫描带宽度约2700公里对地观测98个点/每条扫描线水平分辨率*约15公里(836km高度，星下点)星上校正黑体2个(暖黑体、外层冷空间)通道间配准精度波束指向误差0.1扫描周期2.667秒量化等级14比特仪器定标精度1.5K(不含NET)表1-7 光谱通道技术指标通道序号中心频率(GHz)主要吸收气体单边带宽(MHz)NET(k)频率稳定度(MHz)天线波束效率接收机工作方式动态范围(K)1150(V)窗区100010%1.15093% 双边带3-3402150(H)窗区100010%1.15093% 双边带3-3403183.311H2O50010%1.23095%双边带3-3404183.313H2O100010%1.13095%双边带3-3405183.317H2O200010%1.23095%双边带3-3401.2.5.5 中分辨率光谱成像仪（MERSI）（1）光谱通道选择和性能要求见表1-8（2）量化等级：12比特（3）扫描范围：（55.10.05）度 （4）扫描器转速：40转/分（5）扫描抖动：小于1 IFOV（1公里） （6）每条扫描线采样点数：2048(1000米)，8192(250米)（7）波长定位精度：优于光谱带宽的10%（8）通道间像元配准：0.3个像元（9）饱和恢复：6个像元(1000米)24个像元(250米)（10）MTF：0.27(1000米)0.25(250米)（11）进行星上可见光、红外定标(可见光定标为试验)（12）定标精度：可见光和近红外通道： CH1-4，6-14：7%(反射率) CH15-20：10%(反射率) 红外通道：1k(270k)（13）同一通道,不同像元响应的不均匀性：5-7%(通过遥控注数修正后的结果)表1-8 中分辨率光谱成像仪通道性能要求通道序号中心波长(微米)光谱带宽(微米)空间分辨率(米)噪声等效反射率(%)、温差(300K)动态范围(最大反射率、最大温度K)10.4700.052500.45100%20.5500.052500.4100%30.6500.052500.4100%40.8650.052500.45100%511.252.52500.54 K330k60.4120.0210000.180%70.4430.0210000.180%80.4900.0210000.0580%90.5200.0210000.0580%100.5650.0210000.0580%110.6500.0210000.0580%120.6850.0210000.0580%130.7650.0210000.0580%140.8650.0210000.0580%150.9050.0210000.1090%160.9400.0210000.1090%170.9800.0210000.1090%181.0300.0210000.1090%191.6400.0510000.0890%202.1300.0510000.0790%1.2.5.6 微波成像仪（MWRI）微波成像仪通道特性列于表1-9。表1-9 微波成像仪通道特性频率(GHz)10.6518.723.836.589极化V.HV.HV.HV.HV.H带宽(MHz)18020040090022300灵敏度(k)0.61.01.0 1.0 2.0定标精度(k)1.22.02.02.02.8动态范围(k)3340采样点数240量化等级12比特主波束效率90%地面分辨率(kmkm)5185305027451830915通道间配准波束指向误差0.1扫描方式圆锥扫描幅宽(Km)1400天线视角()450.1扫描周期(s)1.70.1扫描周期误差(ms)0.34ms(相邻扫描线)、1ms(连续30分钟内)1.2.5.7 紫外臭氧垂直探测仪（SBUS）1.通道光谱参数 2.通道信噪比3.仪器线性度4.慢反射板双向反射特性5.定标精度 6.动态范围7.产品示例8.功能测试：包括通过命令注入的方式控制观测模式的运行以及改变观测模式的运行参数。光谱波段及扫描方式如下所述:(1)大气模式在250340nm间选定12个通道探测大气臭氧的垂直分布，其光谱特性见表1-10。表1-10 大气模式的仪器光谱特性通道中心波长(nm)带宽(nm)1252.000.051+0.2，-02273.620.051+0.2，-03283.100.051+0.2，-04287.700.051+0.2，-05292.290.051+0.2，-06297.590.051+0.2，-07301.970.051+0.2，-08305.870.051+0.2，-09312.570.051+0.2，-010317.560.051+0.2，-011331.260.051+0.2，-012339.890.051+0.2，-0云盖光度计379.001.003+0.3(2)太阳模式在光谱波段160400nm进行连续扫描，步长为0.07nm，观测太阳光谱辐照度。波长重复性：0.02nm波长精度：0.03nm(臭氧特征线) 0.05nm(连续光谱)动态范围：106(从最小量化信号到最大量化信号，量化等级16bit/档)灵敏度：亮度：610-4w/cm2srnm(=252nm)时，S/N30 (第一颗星)S/N5照度：0.5W/cm3(=160nm)时，S/N2杂散光：4.5X10-6量级辐亮、辐照度相对定标精度:3%(160250nm) 2%(250400nm)漫反射板定标精度：3%星下点分辨率：约200Km波长监测：星上用253.7nmHg线进行波长监测，在该谱线上的监测点数目视仪器的光谱响应形状确定，如为三角形，可取五点。星上应监测仪器的增益和漫反射板反射率的变化，并通过遥测发送到地面。1.2.5.8 紫外臭氧总量探测仪（TOU）(1)光谱波段：臭氧总量探测仪为一个六通道分光光度计，其通道的光谱特性见表1-1。表1-11 仪器的光谱特性通道中心波长(nm)带宽(nm)1308.680.151+0.3，-02312.590.151+0.3，-03317.610.151+0.3，-04322.400.151+0.3，-05331.310.151+0.3，-06360.110.251+0.3，-0(2)动态范围：104，详见表1-12表1-12 动态范围通道中心波长(nm)探测最小亮度（mW/cm2.nm.sr）探测最大亮度（mW/cm2.nm.sr）308.680.0099.878 312.590.00913.684317.610.02717.424322.400.03618.26 331.310.10830.525360.110.20734.683(3)灵敏度：0.004w/cm2srnm(S/N=1)(4)扫描范围：垂直于卫星轨道的平面内作空间扫描，在天底方向两侧各取样15个点，天底一个点，共31个取样点。(5)行扫描时间：8.16秒(6)相对定标精度：辐亮、辐照度2%；光谱0.03nm(7)漫反射板定标精度：3%(8)量化等级：12比特(放大器分3档)(9)杂散光：10-3(10)星下点分辨率： 优于55km (11)星上应作波长监测和漫反射板反射率监测，并通过遥测发送到地面。1.2.5.9 太阳辐射监测仪（SIM）(1)辐照度测量范围：1001400W/m2(2)光谱范围：0.250m(3)测量灵敏度：0.2Wm-2(4)定标精度：0.5%(5)2年长期稳定度：0.02%(6)量化等级：16比特1.2.5.10 地球辐射探测仪（ERM）ERM在轨测试的主要项目及技术指标如下：(1)辐亮度范围 短波通道：0-370Wm-2Sr-1，全波通道：0-500 Wm-2Sr-1。(2)定标精度 短波通道：1%；全波通道：0.8% (3)灵敏度 短波通道：0.4 Wm-2Sr-1；全波通道：0.4 Wm-2Sr-1。(4) 2年的长期稳定度小于1 %。(5)产品示例 选择ERM扫描视场、GERB的Level2（大气顶辐射通量）在同一区域、时间相近产品显示，比较，分析产品偏差。(6)仪器指向误差1.2.5.11 空间环境监测仪（SEM）空间重离子成分和高能质子能谱。(1)高能质子能道表1-13 高能质子能谱探测主要指标通道质子能谱能量范围1P13.05.0 MeV2P25.010 MeV3P31026 MeV4P42640 MeV5P540100 MeV6P6100300 MeV(2)重离子能道表1-14 重离子探测主要指标通道探测重离子能量范围1He12110 MeV2Li, Be, B24220 MeV3C, N, O, F, Ne, Na60570 MeV4Mg, Al, Si, P, S, Cl0.21.2 GeV5Ar, K, Ca, Sc, Ti0.32.0 GeV6Fe0.52.0 GeV第2章 术语和缩略语本文档中常用的缩略语如下表所示。其中，产品的缩略语将用于相关软件成分的命名与标识。表 2-1 缩略语表风云三号应用系统工程技术系统名称中文英文缩写数据接收系统Data Aqurization SystemDAS运行控制系统Operation & Control SystemOCS数据预处理系统Data PreProcessing SystemDP2S产品生成系统Products Generation SystemPGS监测分析服务系统Analysis & Service SystemASS产品质量检验系统Quality Control SystemQCS计算机及网络系统Computer & Network SystemCNS数据存档与检索服务系统Archival & Retrieval Service SystemARS2应用示范系统Users Demonstration SystemUDS仿真与技术支持系统Simulation & Technique Support SystemSTS2有效载荷飞机试验系统PayLoad Airplane SystemPAS表 2-2 缩略语表风云三号遥感仪器名称中文英文缩写扫描辐射计Visible and InfraRed RadiometerVIRR红外分光计InfraRed Atmospheric SounderIRAS中分辨率光谱成像仪Medium Resolution Spectral ImagerMERSI微波温度计MicroWave Temperature SounderMWTS微波湿度计MicroWave Humidity SounderMWHS微波成像仪MicroWave Radiation ImagerMWRI地球辐射探测仪Earth Radiation MeasurementERM太阳辐射监测仪Solar Irradiation MonitorSIM紫外臭氧总量探测仪Total Ozone UnitTOU紫外臭氧垂直探测仪Solar Backscatter Ultraviolet SounderSBUS空间环境监测器Space Environment MonitorSEM表 2-3 缩略语表数据及产品名称英文中文缩略MEdium resolution Spectral Picture Transmission风云三号中分辨图像传输MPTHigh Resolution Picture Transmission风云三号高分辨图像传输HRPTDelayed Picture Transmission风云三号延时图像传输DPTOrbital Elements轨道根数ORBSatellite Orbit Decision卫星轨道计算SODCALibration Parameters定标参数CALCLoud Detection云检测结果CLDSEGment Cluster Dataset段气候数据集SEGCLoud Classification云分类结果CLCCloud Analysis云分析参数CLACloud Total Amount云总量CTAAtmospheric Motion Vectors大气运动矢量AMVPRecipitation Estimation 降水估计PREPRecipitation Index降水指数PRITemperature Blackbody Equivalent相当黑体温度TBBOutgoing Long wave Radiation出射长波辐射OLRHumidity ProFile derived from Cloud Analysis用云分析出的湿度廓线HPFTotal Precipitation Water for Clear Sky晴空大气可降水TPWUpper Troposphere Humidity对流层上部湿度UTHFOG Detection浓雾自动分析FOGProducts from Energy Water Balance System能量水份平衡系统EWBSea Surface Temperature海表温度SSTSea ICE海冰ICEDuST Storm Monitoring沙尘监测产品DSTFLooD Monitoring水情监测产品FLDFIRe Monitoring火情监测产品FIRSoil Moisture地表土壤含水量SOLTropical Cyclone Location & Intensity Information热带气旋卫星定位TCLImage MOSaic拼图MOSSNoW Cover积雪SNWSurface Solar Irradiance 地面入射太阳辐射SSINormalized Derived Vegetation Index归一化植被指数NVISatellite and Ground Equipment STatUs卫星和地面设备工况STUImage Acquisition System 图像获取系统IASISCCP Data SetISCCP数据集IDSCoded Telemetry 编码遥测TMCAnalog Telemetry 模拟遥测TMASensor Alignment Parameters图像通道配准参数SAPProduct Customized Tailor产品定制处理PCTProduct Personation Processing产品替代处理PPPTelemetry and Tele-Command遥测和遥控TTC表2- 4 缩略语表数据及产品格式英文中文缩写Advanced Weather-satellite eXchange format9210分发及PGS中间数据集数据格式（V2.0）AWXHierarchical Data Format分层数据格式（V5.1.4）HDFJoint Picture Expert Group联合压缩文件格式JPGBit Mapping Picture位图格式BMP第3章 HDF说明3.1 HDF简介HDF（Hierarchical Data Format）是用于存储和分发科学数据的一种自我描述、多对象文件格式。HDF是由美国国家超级计算应用中心（NCSA）创建的，以满足不同群体的科学家在不同工程项目领域之需要。HDF被设计为： 自述性：对于一个HDF文件里的每一个数据对象，有关于该数据的综合信息（元数据）。在没有任何外部信息的情况下，HDF允许应用程序解释HDF文件的结构和内容。 通用性：许多数据类型都可以被嵌入在一个HDF文件里。例如，通过使用合适的HDF数据结构，符号、数字和图形数据可以同时存储在一个HDF文件里。 灵活性：HDF