项目研究背景

新一代中国静止气象卫星风云四号A星（简称FY-4A)于2016年12月11日由“长征三号乙”改进Ⅲ型运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射。 FY-4A装载了多通道扫描成像辐射计（Advanced Geostationary Radiation Imager，AGRI）、干涉式大气垂直探测仪（Geostationary Interferometric Infrared Sounder， GIIRS）、闪电成像仪（Lightning Mapping Imager，LMI）和空间环境监测仪器（Space Environment Monitoring Instrument Package，SEP）。FY-4A星是国内第一个装载高光谱红外垂直探测仪的静止轨道卫星，国际上尚无无相关同类载荷的卫星，据悉EUMETSAT在下一代MSG系列静止卫星上才会装载此类高光谱垂直探测仪。

GIIRS采用二维扫描镜＋离轴三反射主光学系统收集地气能量，由动镜式傅里叶干涉仪进行探测。扫描系统作步进－驻留扫描，选取所需探测的区域，将地球的大气辐射折射向望远镜主镜。GIIRS气象数据及产品主要有４级，包括０级数据（地面数据接收并转发给资料处理和服务中心进行质量检测、解码、重复资料提出等处理后的资料）、１级数据（０级数据经过预处理系统的定位、定标后形成的资料）、２和３级产品（１级数据经过产品生成系统加工处理生成轨道和侯、旬、月等气候合成产品）。GIIRS 的光谱范围为4.4 ～14.2μｍ，试验星的指标低于业务星，试验星和业务星的光谱分辨率分别为0.8/1.6, 0.625/1.2 cm-1，星下点空间分辨率相应分别为16km, 8km，探测地域可控。干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)是国际上第一个在静止轨道上以红外(Infrared Radiation, IR)高光谱干涉分光方式探测大气垂直结构的精密遥感仪器，在静止轨道上从二维观测进入三维综合观测。与传统的红外探测卫星不同，如AIRS， IASI和CrIS都是极轨卫星，运行在静止卫星轨道上的GIIRS具有1650个通道，用于测量出辐射长波波段在700-1130 cm-1 (8.85-14.29μm)和中波波段在1650-2250 cm-1 (4.44-6.06μm)的大气信息，光谱分辨率为0.625 cm-1，两个波段分别占有689和961个频道。长波段主要用于大气温度和臭氧探测，而中波段主要用于大气湿度探测。 GIIRS在观察与恶劣天气事件有关的快速变化的水汽和温度结构方面具有空前的优势。 FY-4A可以提供必要的重要信息，以增强临近预报和NWP服务，例如，通过数据同化来改善局部强风暴短程预报等。

目前，FY-4A高光谱红外大气垂直探测仪的处理流程、产品质量等指标已经得到了完善，温湿廓线反演资料也已经在2017年就开展开发，经过三年的时间，资料已经在不断更新和完善中。FY-4A卫星搭载的干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）可每15分钟提供１次分辨率１０ｋｍ的大气温度相关数据，在数值天气预报中有重要的应用前景。FY-4A大气温度廓线资料是由GIIRS通道匹配数据集反演的区域产品,根据产品说明，温度廓线是在GIIRS原始分辨率 (星下点约 16 km)下反演而成，并且未做投影处理。资料中所包括的变量有：每条扫描各个视场的地理经纬度、海陆掩码、高程、太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角、卫星方位角，以及每个视场的大气温度廓线产品。可用于天气分析、数值预报资料同化和气候变化研究等。FY-4A大气温度廓线资料格式为NETCDF，每天有33个这样的资料文件，每个资料之间的时间间隔是1分44秒。每一个资料的三维空间分别为向纬32，经向1624，垂直为101层。大气温度是数值天气预报模式的重要输入数据，对提高数值天气预报精度有重要意义。