文/倪偉 周霞

風云不再莫測

文/倪偉 周霞

▲ 2017年9月25日～28日，微信啟動頁面更換為風云四號衛(wèi)星云圖

新中國成立后，對我國影響最嚴重的20個臺風中，近3/4發(fā)生于1988年之前。而從臺風登陸時中心氣壓和最大風速等數(shù)據(jù)來看，1949年以來登陸我國最強的8個臺風中，有一半產(chǎn)生于1988年以后?？梢?，近30年來登陸我國的超強臺風并沒有減少，但每一次造成的損失都不及前30年的臺風災(zāi)難，甚至不及其一個零頭。建國之初，一次臺風動輒導(dǎo)致數(shù)千人遇難，而2014年，在海南登陸的威馬遜造成的遇難人數(shù)為56人。

臺風依然可怕，但不再如幾十年前那樣讓人恐怖。這樣的感受，同樣適用于洪澇、干旱、暴雨、沙塵暴等自然災(zāi)害事件。在引起這種變化的多種因素中，最重要的或許是氣象衛(wèi)星的應(yīng)用。

衛(wèi)星是如何預(yù)報天氣的？

衛(wèi)星云圖是天氣預(yù)報中使用的重要工具，五顏六色的衛(wèi)星云圖可以用來識別不同天氣系統(tǒng)，確定其位置，判別其發(fā)展階段和演變趨勢，例如估計臺風最大風速，預(yù)測對流云的降水強度等。

這些衛(wèi)星云圖都是由氣象衛(wèi)星從太空中的不同位置拍攝的，通過衛(wèi)星將大量觀測數(shù)據(jù)傳回地面站后，再還原合成準確的云圖。我國氣象衛(wèi)星云圖，例如中央電視臺在天氣預(yù)報中使用的云圖，全部由中國航天科技集團公司八院抓總研制的風云系列氣象衛(wèi)星拍攝。氣象研究人員每隔半小時或一小時選擇一幅云圖圖像，利用連續(xù)的12幅圖像合成云圖動畫，便可以清晰地看到過去6小時～12小時里云團的移動和變化，從而判斷和預(yù)測天氣狀況。

去年汛期前開始的全國多地持續(xù)降雨還讓人心有余悸，那段時間“暴雨”成了天氣關(guān)鍵詞，也成為人們心頭的陰霾。其實在當年6月1日起，中國氣象局就部署國家氣象衛(wèi)星中心啟動“風云二號”E/G雙星加密觀測模式，G星和E星由每一小時獲取一張云圖增加到每顆星每天獲得48張衛(wèi)星云圖，最終形成中國區(qū)域15分鐘間隔的衛(wèi)星云圖動畫，密切監(jiān)視主汛期復(fù)雜多變的天氣形勢，做好汛期氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警服務(wù)。該次強降雨來臨前，中國氣象局根據(jù)風云氣象衛(wèi)星等遙感資料，就發(fā)布了暴雨預(yù)警和強對流預(yù)報。

一般來講，氣象衛(wèi)星云圖分為太陽同步軌道氣象衛(wèi)星云圖和地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖。風云一號和風云三號位于距地面高度大約500公里～1000公里的太陽同步軌道上，拍攝太陽同步軌道氣象衛(wèi)星云圖，獲取的是寬幅大照片。風云二號和風云四號，定位在距地面約3.6萬公里的地球靜止軌道上，拍攝地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖，是局部高清圖片。這兩種云圖相配合，既能獲取局部地區(qū)氣象狀態(tài)的細微變化，又能獲取全球范圍內(nèi)的宏觀氣象數(shù)據(jù)，能大大提升天氣預(yù)報的準確性。如今，全球同時擁有這兩種氣象衛(wèi)星的，只有中國、美國和歐洲，形成了三足鼎立局面。隨著風云衛(wèi)星的發(fā)展，我國天氣預(yù)報的準確率也從上世紀70年代的約50%，已經(jīng)提高到了現(xiàn)在的90%。

▲ 風云衛(wèi)星提供的地表溫度圖

未來發(fā)揮更大作用

其實，風云衛(wèi)星的作用遠遠不止天氣預(yù)報。長周期氣象資料的收集，對于氣候觀測和預(yù)報起到了重要作用，大到厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象的預(yù)判，小到暖冬、冷冬、季節(jié)降水量的預(yù)測。利用大氣觀測，風云衛(wèi)星可以追蹤全球?qū)α魈鞖猓煤Ｃ鏈囟扔^測，風云衛(wèi)星則可以分析洋流形勢。風云衛(wèi)星還密切關(guān)注全球氣候變化，對南北極冰蓋融化現(xiàn)象進行全方位觀察，并監(jiān)控、分析南極圈臭氧層的變化。

定位在東半球上空的風云二號衛(wèi)星，已經(jīng)成為東半球的氣象守護神，東亞、東南亞、南亞、大洋洲等國家與地區(qū)，均使用風云衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行氣象監(jiān)測。俯瞰全球的風云三號衛(wèi)星，則是全人類共同的財富。

據(jù)統(tǒng)計，風云氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)每年被數(shù)以億計地引用，成為國內(nèi)最大的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫。全球70多個國家和地區(qū)、全國超過2500家單位均在使用風云衛(wèi)星數(shù)據(jù)，確立了我國在氣象觀測領(lǐng)域的國際重要地位。

最近一次的風云衛(wèi)星發(fā)射是2017年11月15日，風云三號D星由長征四號丙運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。這是我國第二代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星（又稱極軌氣象衛(wèi)星）風云三號的第四顆衛(wèi)星，也是我國成功發(fā)射的第16顆風云系列氣象衛(wèi)星。

▲ 風云三號A星中分辨率光譜成像儀全球影像鑲嵌圖

風云三號D星共裝載遙感探測儀器10臺（套），其中4臺（套）為全新研制，分別為紅外高光譜大氣探測儀、高光譜溫室氣體監(jiān)測儀、廣角極光成像儀和電離層光度計。風云三號D星相對于前面三顆星而言，核心遙感儀器技術(shù)狀態(tài)基本不變。但新增的這些遙感儀器可以逐步滿足氣象領(lǐng)域?qū)Υ髿馓綔y精度、溫室氣體監(jiān)測能力和空間環(huán)境綜合探測能力的新需求。

比如，風云三號D星攜帶的紅外高光譜大氣探測儀可以測量大氣在不同光譜通道的輻射值，再定量反演得到全球大氣溫、濕度的三維分布，為數(shù)值天氣預(yù)報提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，服務(wù)全球氣候變化監(jiān)測和評估。比如，高光譜溫室氣體監(jiān)測儀能對全球主要溫室氣體二氧化碳、甲烷以及一氧化碳等氣體柱總量進行高精度探測，可用于全球溫室氣體排放、溫室氣體源與匯分析、溫室氣體與氣候變化關(guān)系等一系列科學問題的研究。再比如，廣角極光成像儀和電離層光度計則分別用于獲得磁層不同區(qū)域的時空信息和電離層電子總含量等參數(shù)信息、電離層赤道異常區(qū)的二維精細結(jié)構(gòu)，以及準確定位極光邊界等。

▲ 長征四號丙運載火箭發(fā)射風云三號D星升空

風云三號D星的發(fā)射將再度提升極軌氣象衛(wèi)星的觀測能力，我國全球數(shù)值天氣預(yù)報模式預(yù)報精度預(yù)計再提高3%左右，預(yù)報時效延長2～3天左右?；蛘哒f，可使臺風登陸等高影響天氣預(yù)報時效提前到5～7天。

據(jù)介紹，風云三號D星將進一步加強對全球冰雪覆蓋、臭氧分布等方面的觀測能力。再進一步而言，除了直接的氣象應(yīng)用，衛(wèi)星還將最大限度地發(fā)揮遙感衛(wèi)星效能，廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、海洋、交通等多個行業(yè)領(lǐng)域。

經(jīng)過40年的發(fā)展，我國已形成了包含極軌氣象衛(wèi)星風云一號、風云三號，靜止氣象衛(wèi)星風云二號、風云四號在內(nèi)完備的風云氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，成為國際上同時擁有高軌和低軌業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星的國家之一。風云氣象衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用超過60種類，其中對暴雨、臺風、雪災(zāi)、冰凍等惡劣天氣已經(jīng)具備了實時預(yù)報和監(jiān)測的能力，是我國民用遙感衛(wèi)星領(lǐng)域效益發(fā)揮最好、應(yīng)用范圍最廣的衛(wèi)星之一。

隨著監(jiān)測效能的不斷提升，風云氣象衛(wèi)星已成為全球?qū)Φ赜^測業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列中的重要成員，與美國、歐洲風云氣象衛(wèi)星一起成為全球?qū)Φ赜^測網(wǎng)中名副其實的主力軍，承擔起全球?qū)﹃懙?、大氣、海洋、地表環(huán)境全天候連續(xù)觀測的責任。

準確的氣候監(jiān)測是系統(tǒng)作戰(zhàn)的成果。風云衛(wèi)星想要充分發(fā)揮作用，必須成體系建設(shè)。預(yù)計未來十年，我國將發(fā)射10余顆風云氣象衛(wèi)星。包括風云二號衛(wèi)星1顆，風云三號衛(wèi)星4顆，風云四號衛(wèi)星2顆，降水測量雷達衛(wèi)星2顆，晨昏軌道衛(wèi)星、靜止軌道微波探測衛(wèi)星、高精度溫室氣體綜合探測衛(wèi)星、大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星各1顆。其中今年就將發(fā)射具有穿云透霧測極光的風云三號04星。預(yù)計2030年左右，我國第三代極軌和靜止氣象衛(wèi)星將形成全球觀測系統(tǒng)，對地球氣候系統(tǒng)進行全天候、全天時、三維、定量探測，滿足我國氣象、水文、農(nóng)業(yè)、防災(zāi)減災(zāi)、氣候變化、保障國家安全、提升我國國際影響力。★

吳琳