风云三号（FY-3）卫星是我国新一代系列化、业务化运行的极轨气象卫星。B星（FY-3B）是该系列的第二颗星，于2010年11月5日发射。星上装载的微波湿度计（MWHS）由中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）微波遥感技术院重点实验室研制，于2010年11月11日开机工作。该载荷圆满完成了在轨考核的各项测试，仪器工作状态稳定，性能良好，所有指标满足任务要求，灵敏度和探测精度均达到国际先进水平。由于其在轨运行的出色表现，得到了用户的高度评价，被誉为风云三号卫星上的亮点载荷，已在轨正常运行10周年（寿命考核为3年），累计获取约242G字节的有效遥感数据，是迄今为止国内寿命最长的星载微波辐射计。
图一：FY-3B微波湿度计
FY-3B微波湿度计为全功率型微波辐射计，在轨正常工作模式下，两副偏置抛物面天线在扫描机构驱动下，以跨轨连续变速扫描方式完成周期性对地和定标源观测。在8/3秒的扫描周期内，以天底点为中心对地观测扫描张角为±53.35度，连续采样98个点，采样间隔为1.1度，包括183.31GHz和150GHz两个工作频率。其中水汽吸收线183.31GHz为主探测频率，在其附近设置了三个通道，分别探测大气850hPa, 500hPa和300hPa高度层水汽的分布特征；窗区150GHz为辅助探测频率，设置双极化探测通道，用于探测近地表的背景微波辐射，主要用于探测全球降雨检测、大气湿度廓线及强降雨等，可以为台风内部结构以及强降雨落区预测和分析提供全天时全天候监测资料。
图二：FY-3B微波湿度计全球亮温图（150GHz V极化）
图三：FY-3B星微波湿度计在Hermine台风中的应用（2016年）
在对FY-3B星微波湿度计资料进行了长期的跟踪和评价后，欧洲中期天气预报中心（ECMWF）认为，FY-3B星微波湿度计数据质量可靠，对模式预报产生的影响已与欧洲或美国的同类仪器相当，资料改进了模式对对流层中层和高层湿度场的分析，增强了卫星观测系统的强壮性（鲁棒性）。从2014年9月24日开始，ECMWF开始在其业务预报模式中使用FY-3B星微波湿度计资料，标志着我国微波湿度辐射测量精度和观测稳定性获得国际用户的认可，卫星遥感定量化应用取得重大突破。
截至目前，风云三号已发射4颗星，均搭载了微波湿度计，C星和D星在B星基础上针对探测频率和性能指标进行了升级换代，多星组网观测大大提升了我国对天气气候系统星载监测探测能力。课题组人员在重点研发项目的支持下，正在针对B星10年的有效观测数据，开展在轨不确定分析，建立基础气候数据集（FCDR）。
图四：FY-3A/B/C/D星微波湿度计在轨灵敏度对比
风云三号B星微波湿度计在我国气象业务部门也得到了具体应用。GSI系统同化FY-3B微波湿度计资料后，通过分析场增量，改善了模式初始场，尤其是对对应雨区湿度场改善明显。在降水预报业务中，同化FY-3B微波湿度计后预报降水分布与实况更为一致，对预报降水落区和降水强度均有贡献。
（a) 水汽混合比增量（b) 温度增量 （c) 纬向风增量 (d) 经向风增量
图五：FY-3B 微波湿度计在2014年7月13日华南暴雨过程中的应用
(a) 雨量计实况降水分布（2014年7月13日7时）
(b) 同化FY3B微波湿度计前后预报效果
图六：微波湿度计同化效果比对（2014年7月13日7时）
风云三号05星微波湿度计性能继续大幅提高，目前已经交付卫星总体开展各种发射前试验，预计2021年上半年发射，届时，微波湿度计将为全球数值天气预报提供更高性能的微波观测资料，在气象监测和模式预报中发挥作用，更好的为气象和气候业务服务。
图七：风云三号05星微波湿度计和研制团队
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来源： 国家空间科学中心
