欧洲新一代大气红外探测仪精度翻倍将服务气候监测逾20年

2025年8月12日，欧洲气象业务卫星新一代甲型一号星（Metop-SG-A1）搭乘阿丽亚娜6号（Ariane 6）运载火箭从法属圭亚那库鲁航天中心升空。时隔数月，星上首批观测数据已于5月4日正式向全球科学界分发。该卫星搭载六台大气观测仪器，其中Zui受瞩目的是由法国国家空间研究中心（CNES）主导研制的旗舰载荷——新一代大气红外探测干涉仪（IASI-NG，全称Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge - Nouvelle Génération）。

在全球气候数据面临日益严峻压力的当下，这台新一代仪器将连续运行20年以上，持续追踪地球大气层的演变，并将成为全球大气红外垂直探测的国际参考标准。

IASI累计18年连续观测，奠定全球大气监测基石

卫星观测是地球研究与监测体系的核心支柱。过去三十年间，卫星数据实现了对大气状态的连续、全球尺度监测，为气象预报模型提供数据支撑，推动气候评估，并实时追踪大气成分的急剧变化。大气红外探测干涉仪（IASI）正是这一体系中的关键一环——它能够以三维方式绘制大气及其成分的立体图谱。

自2006年至2018年，三台相同的IASI仪器先后搭载三颗卫星升空，至今已积累逾18年的连续观测记录，后两台仍在轨运行。IASI可探测逾30种大气气体分子，包括温室气体、氨气、臭氧、一氧化碳等，其中部分气体此前从未在太空中被观测到。此外，IASI还能测量火山喷发释放的二氧化硫浓度，为全球航空公司的火山灰预警网络提供关键数据，并追踪16项气候关键变量，涵盖温室气体、云层与气溶胶。

IASI的贡献举足轻重：它是全球所有空间仪器中对24小时全球气象预报精度贡献Zui大的单一仪器，其观测数据占法国气象局（Météo-France）预报系统所用数据总量的45%。凭借卓越的仪器性能，IASI已被世界气象组织（WMO）选定为红外测量国际参考基准，所有同类空间任务均需以其为标准进行定标校准。作为欧盟综合地球观测计划哥白尼（Copernicus）的重要数据源，IASI在欧洲环境监测体系中占据的地位。

精度翻倍、噪声减半，IASI-NG攻克"场效应"技术难关

为确保长期观测的连续性，法国国家空间研究中心与欧洲气象卫星应用组织（EUMETSAT）联合启动了IASI-NG的研发工作。新一代仪器在光谱分辨率和辐射测量噪声两项关键指标上均比前代提升一倍，将为未来20年提供更精细的大气结构描述——尤其是对大气底层数千米内的温度、湿度及各类气体分布的刻画，这对高质量气象预报、空气质量研究及地表气体排放监测至关重要。

然而，性能提升并非坦途。在仪器设计中，光谱分辨率与测量噪声之间存在内在矛盾：更宽的观测视场虽能降低噪声，却会导致光线以较大入射角进入仪器，进而扭曲所测光谱——即所谓"场效应"。为克服这一难题，IASI-NG的研制团队首次将梅尔兹干涉仪（Interféromètre de Mertz）这一创新光学概念应用于太空任务，从根本上补偿了场效应的影响。该核心干涉机构已由法国国家空间研究中心与空客防务与航天公司（Airbus Defence and Space，仪器主承包商）联合申请专利，实现了全球首次在轨部署。

IASI-NG入轨后，每日在全球陆地与海洋上空、昼夜不间断地采集超过130万条红外光谱，气象预报中心和科研实验室接收数据的延迟不超过120分钟。经过标准的定标验证阶段，法国国家空间研究中心确认仪器技术状态良好并完成Zui终调校后，观测数据已于今年4月初开始向科学界发布。

40年大气红外记录连贯，三大应用场景全面升级

IASI-NG将搭载于欧洲气象业务卫星新一代甲型系列的三颗卫星，计划于2025年至2039年间陆续发射。与现役IASI的数据相衔接，这意味着地球大气红外辐射的连续观测记录将延伸至40年，足以在气候时间尺度上审视大气演变规律。

在数值天气预报领域，IASI-NG将优化对低层大气温湿度结构的描述，提升强风暴的位置追踪与降水量预报精度。在大气成分监测领域，新仪器将在现有30余种气体的基础上进一步扩充可探测分子目录，并改善对低层大气的观测能力，有助于更精准预警污染事件和沙尘暴。在气候研究领域，IASI-NG将提供各类大气成分（气体、颗粒物）更的垂直分布信息，有效约束大气传输模型，夯实气候模型的物理基础。

对于致力于发展自主大气遥感能力的国内航天与气象行业而言，IASI-NG的研制历程颇具借鉴价值。其核心经验在于：长达数十年的跨机构协作机制、光谱仪器精度与系统稳健性之间的工程权衡，以及以"基准仪器"定位引领的战略眼光。中国风云系列卫星在大气垂直探测领域已有深厚积累，如何在长时序数据连续性和探测精度上向国际水准持续进阶，或可从欧洲这条"接力棒"式的卫星系列化部署路径中寻得启示。