1.      TERRAAQUAAURA卫星简介

 

近几年来，科学界对全球变化研究、以及全球变化对人类生存环境的影响研究逐步走向深入。为了加强对地球表层陆地、海洋、大气和他们之间相互关系的综合性的科学研究，美国国家航空航天局（NASA）自1991年起开始了对地观测系统（EOS）计划。这个计划分三个阶段：第一阶段－准备工作阶段（1991－1998年）；第二阶段－全面的对地观测阶段（1999－2003）；第三阶段－新一代更为细致的对地观测阶段（2003年以后十年）。NASA新一代的对地观测系统计划主要包括三方面内容：1）发射一系列新一代对地观测卫星；2）以NASA数据中心群（DAAC）为核心管理和散发卫星所获得的数据；3）组织科学家队伍开展对地球多要素的综合研究。重点观测和研究领域包括：水与能量循环，海洋，大气化学，陆地表面，水和生态系统过程，冰川和极地冰盖以及固体地球。

作为这一系列对地观测卫星中有三颗卫星成为系列特别引起遥感应用界的瞩目。它们是：TERRA、AQUA和AURA。它们分别于1999年12月18日、2002年5月4日和2004年7月15日发射成功，目前均处于正常运转中。

 

 

 

图1   TERRA卫星（来自NASA）

 

TERRA卫星名字的由来

 

        1991年美国开始了地球观测系统计划。这个计划被认为是人类历史上第一次对这个具有45亿年历史的地球进行全面调查和综合诊断的具有重要历史意义的大型行动计划。在这个计划中，发射卫星是其中最主要的任务之一。在计划发射的一系列卫星中，第一颗卫星将作为地球观测系统的旌旗（EOS－FLAG）。由于该星是每天地方时上午过境，因此暂定为EOS－AM1，即地球观测系统第一颗上午星。1998年春天，在EOS－AM1发射的前一年，由美国航空航天局（NASA）和美国地球物理联合会（American Geophysical Union － AGU）共同发起对EOS－AM1命名的征集工作。征集的范围限制在全世界8－12年级（初中二年级至高中三年级）的学生，要求用不超过300字的短文说明对EOS－AM1的命名和命名的原由。

        在征集通知发出去后的几个月内，评选委员会收到了来自世界各国1，100多篇命名稿件。经过第一轮筛选，评选出了十个不同的候选名字和短文。在这十个候选的名字和短文中，密苏里州圣路易斯市高中三年级学生 Sasha Jones用她在字句里充满了对地球母亲无限的感激、满腔的热爱和高度的责任感的短文最终感动了评选委员会的全体评委。正象Sasha在她短文中自信的那样，TERRA（取拉丁语义）的名字最终将印在地球观测系统的旌旗上。Sasha及其父母因此获得了1999年12月18日到加里佛尼亚卫星发射基地观看卫星发射过程的全部资助，Sasha所在的学校也因此获得了一台计算机和可以获取TERRA卫星影象数据的全套软件。

 

        这位中学生的短小精炼、充满激情和爱心的TERRA卫星命名篇全文如下：

 

Terra

The woman I believe this satellite should be named after is the most beautiful woman ever. Without her production of food we would not eat. Without her production of fluids we would not drink. Without her tedious care for vegetation we would not be able to build houses, cure the sick, and even breathe. Without her fury we would not be taught lessons, be brought closer together, and learn how to survive against all odds. She is our history, all of it. She is our present, she allows us to be. She is our future, and we must care for her, as she is the most caring and beautiful woman in the universe. She will be the mission of this EOS AM-1, and we should name it after her, in honor of her. She is Terra: Mother Earth.

                                                                           

Terra

        我相信这颗卫星以后会以此命名，她是一位仙女，一位从未有过的最漂亮的仙女。没有她提供的食物，我们就没有吃的。没有她提供的液体，我们就没有喝的。没有她对植被的悉心照料，我们就不能建造房屋，我们也不能抵御疾病，甚至我们不能呼吸。没有她的激昂，我们就不能上课，也不能聚集在一起，更不能学到怎样在奇异变化的环境中生存。她是我们的历史，是历史的全部。她是我们的现在，因为有了她才有了我们的今天。她是我们的未来，我们必须照护好她，因为她是宇宙中最赋有同情心，最美的仙女。我们应该把这个名字授予她，把这份荣耀归功于她，她将完成地球观测系统第一颗上午星的历史使命。她就是Terra：地球母亲。

 

TERRA卫星发射成功标志着人类对地观测新的里程的开始。NASA在介绍TERRA卫星意义时采取的比喻是：“如果把地球比作一位从来没有做过健康检查的中年人的话，TERRA就是科学家对具有45亿年历史的地球的健康状况第一次进行全面检查和综合诊断的科学工具”。由于TERRA卫星每日地方时上午10：30时过境，因此也把它称作地球观测第一颗上午星（EOS－AM1）。

 

 

图2   AQUA卫星外形（来自NASA）

AQUA卫星保留了TERRA卫星上已经有了的CERES和MODIS传感器，并在数据采集时间上与TERRA形成补充。它也是太阳同步极轨卫星，每日地方时下午过境，因此称作地球观测第一颗下午星（EOS－PM1）。

 

 

图3  AURA卫星外形（来自http://aura.gsfc.nasa.gov）

表1  TERRA、AQUA、AURA卫星技术指标

1.1　TERRA卫星搭载的传感器

TERRA卫星是美国（国家航空航天局）、日本（国际贸易与工业厅）和加拿大（空间局、多伦多大学）共同合作发射的卫星。卫星上共载有五个对地观测传感器，它们分别是：

(1)  云与地球辐射能量系统测量仪-CERES(Clouds and the Earth's Radiant Energy System)

(2) 中分辨率成象光谱仪- MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)

表2   TERRA-MODIS技术指标表

（详见网址：http://modis.gsfc.nasa.gov）

(3)  多角度成像光谱仪 － MISR (Multi-angle Imaging SpectroRadiometer)

表3   TERRA- MISR技术指标表

（详见网址： http://www-misr.jpl.nasa.gov）

(4)  先进星载热辐射与反射测量仪 ASTER (Advanced Spaceborn Thermal Emission and reflection Radiometer)

表4   TERRA- ASTER技术指标表

（详见网址http://asterweb.jpl.nasa.gov）

(5) 对流层污染测量仪－MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere)

1.2 AQUA卫星星载传感器

AQUA卫星共载有6个传感器，它们分别是：云与地球辐射能量系统测量仪 － CERES(Clouds and the Earth's Radiant Energy System)、中分辨率成象光谱仪－MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer )、大气红外探测器－AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)、先进微波探测器－AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A)、巴西湿度探测器 － HSB (Humidity Sounder for Brazil)、地球观测系统先进微波扫描辐射计－ AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS)。

(1)  云与地球辐射能量系统测量仪 － CERES(Clouds and the Earth's Radiant Energy System)

云与地球辐射能量系统测量仪（CERES）获取数据的目的主要包括：

－ 用于气候变化分析，提供大气层顶部连续的、包括辐射通量在内的地球辐射收支实验数据

－ 将大气层顶部和地球表层辐射通量的数据精度提高一倍

－ 首次提供大气圈内计算辐射通量的长期数据

－ 提供将大气顶层辐射通量考虑在内的关于云的严格计算数据

云与地球辐射能量系统测量仪（CERES）也装载在TERRA卫星上。所不同的是TERRA/CERES不直接向全世界广播，仅在NASA安排的地面站接收；而AQUA/CERES是直接向全世界广播。在AQUA卫星上装载有两个云与地球辐射能量系统测量仪。

表5  云与地球辐射能量系统测量仪（CERES）的主要技术指标表

（详见网址：http://asd-www.larc.nasa.gov/ceres/ASDceres.html）

(2) 中分辨率成象光谱仪－MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer )

表6  AQUA－MODIS的主要技术指标表

（详见网址：http://modis.gsfc.nasa.gov）

(3)  大气红外探测器－AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)

表7  大气红外探测器（AIRS）数据的主要技术指标表

（详见网址：http://www.airs.jpl.nasa.gov）

(4)  先进微波探测器－AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A)

先进微波探测器（AMSU）由二个单元组成（A1和A2），共有15个波段。它的主要作用是探测大气中有云和无云区域不同高度的温度和水分蒸发的状态，数据波长分布在50－89GHZ。在1998年5月发射的NOAA－15卫星上也装载了先进微波探测器。

表8  先进微波探测器（AMSU）数据的主要技术指标表

（详见网址：http://www.aerojet.com/Weapon_Systems/Earth_Sensing/AMSU/  或http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/crad/st/amsuclimate/amsu.html）

 

(5)  巴西湿度探测器 － HSB (Humidity Sounder for Brazil)

巴西湿度探测器（HSB）主要目的是获取探测云和大气湿度的数据。在150 to 183 GHZ分布区内设计了五个波段。

表9  巴西湿度探测器（HSB）数据的主要技术指标表

（详见网址： http://www.dss.inpe.br/programas/hsb/ingl/index.html ）

AQUA卫星中AIRS/AMSU/HSB三种数据与以往数据不同的是这套数据可以揭示大气中天气系统的垂直结构问题。

(6)  地球观测系统先进微波扫描辐射计 － AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS)

地球观测系统先进微波扫描辐射计（AMSR－E）是日本宇宙开发事业团（NASDA）提供的传感器。在微波6.9－89GHz范围内共有六个波段。其数据主要包括降水率、水蒸发量、陆地表层水汽含量等方面信息。

表10 地球观测系统先进微波扫描辐射计（AMSR－E）的主要技术指标表

（详见网址：www.ghcc.msfc.nasa.gov/AMSR）

其中，先进微波扫描辐射计是日本宇宙开发事业团（NASDA）投资设计的设备，巴西湿度探测器是巴西政府投资设计的设备，其余四个传感器是美国独自投资的产品。

1.3 AURA卫星星载传感器

AURA卫星有4个星载传感器，它们是：

(1)  高分辨动力发声器－HIRDLS（High Resolution Dynamics Limb Sounder）大小约一立方米左右, 它由美国科罗拉多大学，美国大气研究中心，英国牛津大学和英国Rutherford Appleton实验室设计，由美国洛克西德马丁公司负责制造。

(2)  微波分叉发声器－MLS（Microwave Limb Sounder）它由美国宇航局推进动力试验室研制开发。

(3)  臭氧层观测仪－OMI（Ozone Monitoring Instrument）它是由荷兰航空局和芬兰气象所提供，由两家荷兰公司以及三家芬兰公司共同制造。

(4)  对流层放射光谱仪－TES（Tropospheric Emission Spectrometer）它由美国宇航局推进动力试验室研制开发。