GOES U卫星将如何永远改变地球和太空天气预报

降法讲顾

NOAA的GOES-U卫星在地球上空轨道上的示意图。（图片来源：NOAA）

据美国太空网（Meredith Garofaro）：我记得在21世纪末的大学里学习天气预报。我和我的同学会用当前的天气系统手绘地图，然后我们会查看卫星数据，帮助绘制未来几小时和几天会发生的事情。

美国国家海洋和大气管理局的气象卫星当时很好，但与我们现在在轨道上的卫星相比，区别在于白天和黑夜。作为一名广播气象学家，当威胁性天气出现时，我利用他们提供的数据向美国乃至加勒比地区的数十亿人传达救生信息和预警。

当GOES-U于6月25日在太空探索技术公司猎鹰重型火箭上发射时，它将完成美国国家海洋和大气管理局的GOES-R天气卫星星座，增强其兄弟公司的能力，并更加关注太空天气。

NOAA的地球静止运行环境卫星（GOES）并不新鲜；自1975年以来，他们一直在为科学家提供稳定的太空数据和图像流。但在过去的几十年里，技术的进步和从迄今为止发射的每一颗卫星中吸取的经验教训有助于新型号的仪器和产品的显著改进。

GOES家族最近的一个星座始于2016年11月，当时其四颗卫星中的第一颗GOES-R发射到太空。当时，我在加利福尼亚州圣巴巴拉的KEYT-TV工作，随着美国各地的科学家可以获得初步数据，我有机会制作了一个独家功能。

我采访了美国国家气象局（NWS）洛杉矶办公室的预报员团队，了解各种图像和观测如何在他们的不同角色中发挥作用。气象学家们分享了它是如何被纳入他们的预测并用于发布警报以警告公众恶劣天气的，以及它与他们以前使用的任何东西相比是多么不可思议。



GOES卫星网络。（图片来源：美国国家航空航天局）

七年多后，随着该系列四颗卫星中的三颗绕地球运行，科学家和研究人员表示，他们对结果以及先进技术如何改变游戏规则感到满意。

美国国家海洋和大气管理局国家严重风暴实验室（NSSL）的研究员John Cintineo在一封电子邮件中告诉Space.com：“我认为它真的没有辜负它在雷暴预报方面的大肆宣传。气象学家可以近实时地看到对流的演变，这使他们能够更好地了解风暴的发展和严重程度，从而提供更好的警告。”。

Cintineo说：“GOES-R系列不仅在雷达覆盖范围不足的地方提供观测，而且通常在雷达之前提供强大的信号，例如风暴增强或减弱时。我相信在过去十年中，预测和环境监测方面还有许多其他改进，但这是我最清楚地看到改进的地方。”。

除了帮助预测严重雷暴外，每颗卫星都收集了可能引发洪水的暴雨事件的图像和数据，在形成过程中检测到了低云和雾，并对飓风季节使用的预报和服务做出了重大改进。



工作人员从2024年6月14日（星期五）开始，将美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的地球静止运行环境卫星（GOES-U）从太空技术太空操作设施运送到佛罗里达州美国国家航空航天局肯尼迪航天中心39A发射复合体的SpaceX机库，操作于2024年六月15日（星期六）早些时候结束。（图片来源：美国国家航空航天局/本·斯梅格尔斯基）

NOAA国家气象局（NWS）局长肯·格雷厄姆在一封电子邮件中告诉Space.com：“GOES为我们的飓风预报员提供了更快、更准确、更详细的数据，这些数据对估计风暴强度至关重要，包括云顶冷却、对流结构、飓风眼的具体特征、高层风速和闪电活动。”。

高级基线成像仪（ABI）等仪器的光谱通道是以前GOES卫星的三倍，图像质量是以前的四倍，成像速度是以前的五倍。地球静止闪电测绘器（GLM）是GOES-R系列中第一个在轨道上运行的此类测绘器，科学家可以全天候观察闪电以及与地面和云与云之间的接触。

Cintineo说：“GOES-U和GOES-R系列卫星以前所未有的空间和时间尺度为科学家和预报员提供了对整个西半球的天气监测。”。“这些卫星的数据正在帮助研究人员开发新的工具和方法，以解决闪电预测、海浪识别（海浪对水手来说是危险的）、恶劣天气警报和准确的云运动估计等问题。GOES-R的仪器还通过改进数据同化，帮助改进全球和区域数值天气模型的预测。”



NOAA过去50年的卫星图像。（图片来源：NOAA/NESDIS）

尽管GOES-U与它的兄弟姐妹相似，但它将是独一无二的，因为它的仪器改进来自科学家从目前在轨的三个仪器中学到的。

但将GOES-U与其他传感器区分开来的将是船上的一个新传感器，即紧凑型日冕仪（CCOR），它将监测地球大气层外的天气，密切关注可能影响我们星球的太空天气事件。



GOES-U卫星上CCOR仪器的CAD渲染图。（图片来源：NOAA）

美国国家海洋和大气管理局太空天气预测中心（SWPC）的太空科学家Rob Steenburgh在电话中告诉space.com：“这将是我们第一个接近实时运行的冠状病毒图。这对我们来说是一个巨大的飞跃，因为到目前为止，我们一直依赖于很久以前发射的航天器上的研究冠状病毒图仪器。”。

“所以这很令人兴奋，因为我现在不必等待数据下载，因为有时当前的冠状病毒图像会延迟。有时我们会等待长达四到八个小时，当你处理日冕物质抛射（CME）时，每一个小时都很重要，它有时会来到地球，给我们带来像上个月那样的大地磁风暴。”



艺术家对改变近地空间条件的太阳事件的插图。（图片来源：美国国家航空航天局）

在预测太空天气之前，Steenburgh是一位陆地天气的气象学家，他说这些下一代卫星彻底改变了科学家进行预测的方式，这是巨大的。他说，自20世纪80年代以来，技术的进步为地球和太空天气预报员提供了建立信心和提高预报准确性所需的工具。

“可能最大的（变化）之一是多普勒天气雷达的引入，这让我大吃一惊。就能力而言，这是一个多么大的飞跃，所以我觉得自己是气象黄金时代的一部分，”Steenburgh说。“我在2005年左右进入太空天气，我很幸运地见证了这个领域非常相似的演变，这令人震惊。当我开始工作时，我有三个或多或少经常使用的数值模型。

Steenburgh补充道：“现在，我有超过16个观测平台，这些平台在时间和空间分辨率方面的数据质量是我早期做梦都想不到的。我很幸运能生活在另一个黄金时代。”。