摘要

本文以改善風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星圖像定位和衛(wèi)星遙感風(fēng)精度的工作為例，簡述工程技術(shù)任務(wù)中解決問題的途徑.

關(guān)鍵詞

氣象衛(wèi)星;圖像定位;大氣運(yùn)動(dòng)矢量

中圖分類號(hào) P228;P405

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

1969年2月，周恩來總理提出要搞中國自己的氣象衛(wèi)星.1974年12月，錢學(xué)森向當(dāng)時(shí)的中央氣象局領(lǐng)導(dǎo)指示：“把氣象衛(wèi)星星體、運(yùn)載工具造出來，完成發(fā)射、測(cè)量、軌道定點(diǎn)控制等工作，由航天部門歸口.關(guān)于氣象衛(wèi)星如何發(fā)展、走什么途徑、采用什么體制，以及氣象衛(wèi)星資料的地面接收、傳輸、處理、臺(tái)站建設(shè)等工作，要從氣象上去研究，由中央氣象局承擔(dān)”.這個(gè)指示明確了中央氣象局在氣象衛(wèi)星系統(tǒng)工程中的責(zé)任.為此，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，中央氣象局于1978年成立一個(gè)下屬單位——國家衛(wèi)星氣象中心，專門承擔(dān)這兩大任務(wù).

一個(gè)型號(hào)的衛(wèi)星，從規(guī)劃到實(shí)現(xiàn)，須要經(jīng)歷6～8年的時(shí)間.規(guī)劃工作既要有遠(yuǎn)見，在型號(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)不落后，又要保證依靠自己的技術(shù)力量能按期完成任務(wù).數(shù)據(jù)處理工作要把星上傳遞下來逐個(gè)像元的觀測(cè)資料拼接成圖像，定標(biāo)、定位準(zhǔn)確，推導(dǎo)出能代表地物和大氣物理狀態(tài)的產(chǎn)品，檢驗(yàn)它們的精度.這些工作有很大的體量和難度，由許多科技人員組成的團(tuán)隊(duì)共同完成.在氣象衛(wèi)星發(fā)展的初期，由于我們當(dāng)時(shí)知識(shí)水平、經(jīng)驗(yàn)、技能的不足，遇到過很多困難.曾經(jīng)有一段時(shí)間做不對(duì)，或者做不準(zhǔn).本文第1節(jié)及第2節(jié)，以筆者參與過的一小部分工作：風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星圖像的定位和衛(wèi)星遙感風(fēng)的推導(dǎo)為例，介紹氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理工作中遇到的困難和解決問題的過程;第3節(jié)總結(jié)筆者的工作經(jīng)驗(yàn).希望本文有助于相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在走上工作崗位之后，較快地適應(yīng)可能面臨的工作局面.

風(fēng)云氣象衛(wèi)星至今己經(jīng)發(fā)射了17顆.關(guān)于這些衛(wèi)星的性能、數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、服務(wù)，己經(jīng)有許多發(fā)表的文章可以參閱.讀者可以從文獻(xiàn)[1-5]中找到有關(guān)的內(nèi)容.

1 風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星圖像定位精度的提高

風(fēng)云二號(hào)是中國第一代靜止氣象衛(wèi)星.靜止氣象衛(wèi)星的高度，距離地面大約36 000 km，相當(dāng)于地球半徑的6倍，極地軌道衛(wèi)星高度的40倍.在靜止軌道高度上實(shí)現(xiàn)氣象衛(wèi)星觀測(cè)，遇到了比極地軌道衛(wèi)星更復(fù)雜的工程技術(shù)問題，必須要通過星地協(xié)同工作的方式來實(shí)現(xiàn).

衛(wèi)星的姿態(tài)必須可控，做到精準(zhǔn)、穩(wěn)定、可度量.三軸穩(wěn)定是最合理的姿態(tài)控制方式.目前的風(fēng)云四號(hào)A星就是采用了三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制方式.在三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制體制下，衛(wèi)星的姿態(tài)在x-y-z三個(gè)空間維度上都受控，在任何時(shí)間都面向地球上的觀測(cè)目標(biāo)物，更容易提高觀測(cè)質(zhì)量和觀測(cè)頻次.雖然三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制方式優(yōu)點(diǎn)很多，但是對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制能力要求極高.在風(fēng)云二號(hào)規(guī)劃的時(shí)候，航天部門還難以做到.

自旋穩(wěn)定體制把衛(wèi)星做成一個(gè)圓柱體，使衛(wèi)星圍繞圓柱體旋轉(zhuǎn).掃描儀借助衛(wèi)星的自旋實(shí)現(xiàn)東西向掃描.自旋過程中，掃描鏡面向地球時(shí)，開機(jī)觀測(cè)采集資料.在下一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期，掃描鏡在南北方向挪動(dòng)一步，觀測(cè)另一個(gè)條帶.通過這樣的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球的兩維掃描成像.風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星獲取一幅完整的地球圓盤圖像，耗時(shí)約25 min.圖像上的每一個(gè)像元，觀測(cè)時(shí)間都不一樣，但是逐個(gè)像元都準(zhǔn)確己知，不影響數(shù)據(jù)的定量應(yīng)用.云圖十分逼真，好像從衛(wèi)星上俯視地球拍攝的照片一樣.自旋穩(wěn)定的缺點(diǎn)是，在衛(wèi)星自旋一周的360°方位中，只有18°面向地球，其余342°在空轉(zhuǎn).受衛(wèi)星自旋約束，掃描鏡在觀測(cè)目標(biāo)物上駐留的時(shí)間不可能延長，影響觀測(cè)信噪比的提高;衛(wèi)星的觀域，只在南北方向可調(diào)，在東西方向不可調(diào)，影響觀測(cè)范圍調(diào)整的靈活性和觀測(cè)頻次的提高.雖然自旋穩(wěn)定觀測(cè)體制存在這些缺點(diǎn)，但是它也有明顯的優(yōu)點(diǎn)，即不需要對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行頻繁的姿態(tài)控制，從而容易做到穩(wěn)定可靠.在我國航天事業(yè)發(fā)展早期事故比較多發(fā)的年代，天然穩(wěn)定可靠的體制，是非常重要的選擇因素.而且采用自旋穩(wěn)定體制的東方紅二號(hào)甲通信衛(wèi)星，當(dāng)時(shí)己經(jīng)成功.所以風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星選擇了自旋穩(wěn)定觀測(cè)體制.

在風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星獲取一幅云圖的時(shí)段里，衛(wèi)星、地球、太陽都在運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確地把逐個(gè)像元的觀測(cè)數(shù)據(jù)拼接成圖像，需要知道每個(gè)瞬間衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，以及太陽、地球等參照物的位置.還要在數(shù)學(xué)模型中將衛(wèi)星、地球、太陽的位置參數(shù)正確地聯(lián)系起來.

三點(diǎn)測(cè)距系統(tǒng)被用來測(cè)量衛(wèi)星的位置.在地面上設(shè)三個(gè)測(cè)距站.通過無線電波在衛(wèi)星和測(cè)站之間的傳輸時(shí)間，推出它們之間的距離，從而確定測(cè)距瞬間衛(wèi)星的位置.再根據(jù)衛(wèi)星軌道方程，推出任意瞬間衛(wèi)星的位置.

控制好掃描輻射儀的開機(jī)時(shí)間，確保其在掃過地球的范圍內(nèi)成像，是地面系統(tǒng)的工作.衛(wèi)星每自旋一圈，都會(huì)看見一次太陽，因此可以用太陽作為參照物，使得掃描儀在面向地球的時(shí)間開機(jī)，并將逐條掃描線精確配準(zhǔn).衛(wèi)星從掃過太陽到掃過地球之間的夾角，是一個(gè)天文幾何關(guān)系，只要知道衛(wèi)星的位置和自旋軸的指向，就可以精確算出.

衛(wèi)星的姿態(tài)根據(jù)地面上已知地點(diǎn)的地標(biāo)影像，或地球中心在圖像上的位置，反推求出.將一系列圖像組成時(shí)間序列，放在一起觀察，可以看到地球圓盤在衛(wèi)星云圖上呈周期式的擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)：整個(gè)地球圓盤在南北方向擺動(dòng)，同時(shí)它自身還在旋轉(zhuǎn).擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的周期，恰好等于衛(wèi)星圍繞地球公轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間.這樣的圖像表現(xiàn)，一定是受到某種規(guī)律支配的結(jié)果.畫出衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的三度空間示意圖，可以解釋觀察到的現(xiàn)象.在理解圖像表現(xiàn)的基礎(chǔ)上，列出衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立閉合的方程組.對(duì)于自旋式靜止氣象衛(wèi)星，描寫衛(wèi)星和地球之間關(guān)系的圖像定位方程組，由13個(gè)參數(shù)組成，用到13個(gè)坐標(biāo)系.個(gè)別參數(shù)可能在特定的坐標(biāo)系中具有清晰的幾何和物理意義，但是在另外的坐標(biāo)系中才保持守恒.對(duì)這些參數(shù)和坐標(biāo)系的深刻理解和準(zhǔn)確表達(dá)，是建立風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星圖像定位數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ).

為了驗(yàn)證定位數(shù)學(xué)模型的正確性，進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的精度分析，建立了仿真系統(tǒng)，通過數(shù)值模擬，檢驗(yàn)了公式和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的正確性和程序的有效性.通過廣泛調(diào)研，還學(xué)習(xí)了有關(guān)的天文知識(shí)，采用了當(dāng)時(shí)國際上最先進(jìn)的坐標(biāo)體系.

通過這項(xiàng)工作，國家衛(wèi)星氣象中心創(chuàng)新地提出，在地球圓盤圖像的時(shí)間序列中，存在衛(wèi)星姿態(tài)和掃描儀失配的信息.根據(jù)這個(gè)原理，自主設(shè)計(jì)了基于地球圓盤圖像時(shí)間序列的圖像定位算法.這種算法用地球圓盤圖像的時(shí)間序列作為己知量，自動(dòng)解算出全套圖像定位參數(shù)，還設(shè)計(jì)了容錯(cuò)措施，使定位系統(tǒng)能容忍某些條件下太陽或月亮光對(duì)觀測(cè)圖像的干擾，可以正常工作.系統(tǒng)不依賴圖像上的地標(biāo)，也不需要操作人員進(jìn)行手工作業(yè)[6].

風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星圖像定位的研究工作，是利用FY2B出現(xiàn)故障以后，帶病運(yùn)行獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行的.FY2B的數(shù)據(jù)質(zhì)量并不好，但是對(duì)FY2B數(shù)據(jù)的觀察和分析，為理解風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星的行為和工作原理，提供了寶貴的資料.圖像定位問題解決以后，對(duì)風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星的工作機(jī)理和系統(tǒng)中參數(shù)的含義有了更深刻的理解.在此基礎(chǔ)上，對(duì)地面系統(tǒng)中的軟件進(jìn)行檢查.對(duì)曾經(jīng)發(fā)生過的問題，找到根源，改正錯(cuò)誤，使地面系統(tǒng)的堅(jiān)固性大大提高，為地面系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行夯實(shí)了基礎(chǔ).

2006年10月，美國國家航空航天局（NASA）局長Griffin訪問國家衛(wèi)星氣象中心.衛(wèi)星氣象中心向他展示了風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星實(shí)時(shí)收?qǐng)D的情況：先把預(yù)報(bào)地理網(wǎng)格顯示在屏幕上，然后接收云圖.結(jié)果顯示，實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星圖像上的海陸邊界，與事先顯示的地理網(wǎng)格完全一致.Griffin回美國后，在NASA網(wǎng)站的主頁上寫道：“We have seen some very nice things.We saw a very nice algorithm by which Chinese weather satellite developers correct for the apparent motion of the Earth as a result of minor shifts in the orbit of geostationary spacecraft.”[7]

2 衛(wèi)星遙感風(fēng)精度的改善

1998年10月，國家衛(wèi)星氣象中心用日本GMS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)推導(dǎo)風(fēng)[8].算法完全自行設(shè)計(jì)，在兩個(gè)方面與國際上流行的算法不同：計(jì)算方案和風(fēng)所在高度的估計(jì).關(guān)于計(jì)算方案，提出了簡便算法，在結(jié)果等價(jià)的前提下，計(jì)算工作量節(jié)減到原來的1/8 左右，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn).這種算法在1996年第24屆國際氣象衛(wèi)星協(xié)調(diào)組織會(huì)議上被記錄為重要特征（Report of the 24 CGMS）[9].關(guān)于風(fēng)所在高度的估計(jì)，國家衛(wèi)星氣象中心提出，在估計(jì)衛(wèi)星風(fēng)的高度之前，應(yīng)比較追蹤區(qū)域內(nèi)紅外、水汽兩個(gè)通道測(cè)值的分布，以區(qū)分薄卷云和低云[8].對(duì)薄卷云需要進(jìn)行高度訂正，而對(duì)低云則不需要進(jìn)行高度訂正，這就充分利用了原來認(rèn)為高度不容易做準(zhǔn)確的薄卷云，衛(wèi)星風(fēng)的分布大大改進(jìn).這種高度估計(jì)方法在1998年第四屆國際衛(wèi)星風(fēng)會(huì)議上，被記錄為重要進(jìn)展[10].后來歐洲氣象衛(wèi)星組織邀請(qǐng)國家衛(wèi)星氣象中心專家在他們的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了國家衛(wèi)星氣象中心的算法[11] .日本氣象廳Kumabe[12]表示，中國提出的方法是有效、可用的，并在日本的系統(tǒng)中采用該方法.

衛(wèi)星風(fēng)矢量的精度與追蹤目標(biāo)物（通常是云）的高度確定關(guān)系極大.靜止氣象衛(wèi)星在36 000 km的高度觀測(cè)地球，而云的高度最多只有16 km，用幾何方法很難確定云的高度，因此云高的確定，一般采用物理的方法[13-15].在物理方法中，對(duì)于密實(shí)不透明的云，可以用窗區(qū)紅外通道的亮度溫度，直接確定其高度.但是地球上存在大量的半透明卷云，由于從半透明的卷云向上的輻射中，含有來自云下背景的輻射，窗區(qū)紅外通道測(cè)得的亮度溫度，高于半透明卷云本身的實(shí)際溫度，因此如果只使用一個(gè)窗區(qū)紅外通道，將低估云的高度.

Szejwach[16]提出了一種用透明通道（紅外）和半透明通道（水汽）共同指定云高的算法.他指出，半透明云像元的衛(wèi)星輻射測(cè)值中，不僅包含半透明云自身輻射的貢獻(xiàn)，也包含來自半透明云下面背景輻射的貢獻(xiàn).假定云的半透明程度，在窗區(qū)和吸收區(qū)差別不大，那么半透明云窗區(qū)和吸收區(qū)的衛(wèi)星觀測(cè)值，應(yīng)該呈線性相關(guān)關(guān)系.根據(jù)這種線性相關(guān)關(guān)系，可以同時(shí)估計(jì)出卷云的半透明程度和卷云所在地方的環(huán)境溫度，從而比較準(zhǔn)確地算出半透明云的高度.實(shí)現(xiàn)Szejwach算法的關(guān)鍵，是要把來自半透明云自身的輻射，以及來自云下的背景的輻射，都估計(jì)正確.

以往的衛(wèi)星風(fēng)算法中，其高度指定計(jì)算，和示蹤物軌跡計(jì)算一樣，都把示蹤圖像塊作為整體進(jìn)行處理[17-18].將示蹤圖像塊作為一個(gè)整體進(jìn)行處理的衛(wèi)星風(fēng)推導(dǎo)算法，沒有考慮以下問題：圖像塊中哪些像元在運(yùn)動(dòng)，這些像元是否是半透明云，如果是，那么來自這些像元的衛(wèi)星測(cè)值中，有多少輻射貢獻(xiàn)來自半透明云本身，多少來自云下的背景，這些問題以前并沒有深入研究.

2006年，Büche等[19]指出，相對(duì)于作為一個(gè)整體的示蹤圖像塊，對(duì)運(yùn)動(dòng)做出較大貢獻(xiàn)的像元，更加能夠代表運(yùn)動(dòng)中的云.選擇它們參與衛(wèi)星風(fēng)所在高度的估計(jì)，可以比用示蹤圖像塊作為整體的算法，做得更加準(zhǔn)確.Borde等[20-21]后來又對(duì)這種算法進(jìn)行過改進(jìn)和細(xì)化.

在Büche等[19]和Borde等[21]工作的基礎(chǔ)上，2017年張曉虎等[22-23]對(duì)風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星風(fēng)矢量的算法進(jìn)行了全面回顧，總結(jié)出當(dāng)時(shí)風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星風(fēng)矢量高度指定算法中的不足.為了提高風(fēng)矢量高度指定的精度，對(duì)來自半透明云自身，以及來自云下背景的兩部分輻射，都進(jìn)行了精算.

在沒有使用代表運(yùn)動(dòng)的像元以前，圖像塊中全部像元都參與聚類分析，得到來自半透明云自身的輻射.這種做法不夠精細(xì)，應(yīng)該從圖像塊中，把代表隨風(fēng)飄蕩半透明云的像元挑選出來，進(jìn)行聚類，估計(jì)來自半透明云的輻射.根據(jù)像元對(duì)運(yùn)動(dòng)所做的貢獻(xiàn)，可以將追蹤圖像塊中的像元分為三部分：1）小貢獻(xiàn)像元;2）暖區(qū)段大貢獻(xiàn)像元;3）冷區(qū)段大貢獻(xiàn)像元.重點(diǎn)考察暖、冷兩個(gè)區(qū)段里大貢獻(xiàn)像元的表現(xiàn)和統(tǒng)計(jì)特征，歸納出以下兩種情況：第一種情況是，追蹤圖像塊部分被云覆蓋.在這種情況下，散點(diǎn)圖上的暖、冷兩個(gè)區(qū)段比較對(duì)稱，像元的數(shù)目和個(gè)別像元的貢獻(xiàn)，差別都不大，追蹤圖像塊里看見了地面，暖區(qū)段的圖像像元處于地面溫度的典型值范圍里.第二種情況是，追蹤圖像塊全部被云覆蓋.在這種情況下，散點(diǎn)圖上的暖、冷兩個(gè)區(qū)段在散點(diǎn)圖上明顯地不對(duì)稱，暖區(qū)段里的大貢獻(xiàn)像元，數(shù)目比冷區(qū)段小，貢獻(xiàn)卻比冷區(qū)段大，但是它們位于云與云之間的縫隙之中.因此無論追蹤圖像塊部分被云覆蓋，還是全部被云覆蓋，都應(yīng)該選擇冷區(qū)段的大貢獻(xiàn)像元，估計(jì)“來自半透明云體的輻射”.這個(gè)結(jié)論，與Borde等[21]的認(rèn)識(shí)不同.Borde等[21]認(rèn)為，在某些情況下可以用暖區(qū)段大貢獻(xiàn)像元代表云的高度.而實(shí)際上，暖區(qū)段大貢獻(xiàn)像元往往處在云與云之間的縫隙里，云縫里的像元，其測(cè)值不能代表云的高度.

在實(shí)施半透明云高度估計(jì)的算法時(shí)，還需要使用來自半透明云下面的背景輻射.衛(wèi)星并沒有觀測(cè)到來自半透明云下面的背景輻射.因此來自半透明云下面的背景輻射，只能用半透明云區(qū)周邊無云區(qū)里的衛(wèi)星測(cè)值來代表.這里也存在以下兩種情況：第一種情況是，在衛(wèi)星示蹤云追蹤區(qū)內(nèi)包含有無云區(qū).這種情況下追蹤區(qū)里的紅外最高亮度溫度，可以代表云下地面輻射，水汽通道則不能.應(yīng)該在紅外亮度溫度較高的某個(gè)區(qū)段里，選擇水汽亮度溫度相對(duì)較低的測(cè)值，估計(jì)自下而上水汽通道的背景輻射，這是因?yàn)榧t外亮度溫度高值區(qū)段里，具有相對(duì)較低水汽亮度溫度的觀測(cè)像元，離云區(qū)更近.這些地方比遠(yuǎn)離云區(qū)的地方更加濕，更能代表云下的大氣層結(jié)條件.由于水汽吸收的再發(fā)射作用，這些更加濕的地方，水汽通道的亮度溫度相對(duì)略低.第二種情況是，追蹤區(qū)正好位于云區(qū)的內(nèi)部，追蹤區(qū)里只看到云，沒有看到云下的地面.這種情況下應(yīng)該擴(kuò)大搜索范圍，找到附近的無云區(qū)，用附近無云區(qū)的測(cè)值，估計(jì)來自半透明云下面的背景輻射.

風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星風(fēng)的高度指定，曾經(jīng)有一段時(shí)間誤差較大.在做了以上改進(jìn)后，算法于2011年改版.據(jù)歐洲中期預(yù)報(bào)中心的檢驗(yàn)（http：∥www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/monitoring/satellite/amv/windspeed/），F(xiàn)Y2E衛(wèi)星風(fēng)的誤差比歐洲Meteosat7衛(wèi)星更小，達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的水平[24].

3 工程技術(shù)任務(wù)中解決問題的途徑

天氣預(yù)報(bào)是一個(gè)系統(tǒng)工程.無論做數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的開發(fā)，還是做衛(wèi)星觀測(cè)資料的處理，都需要利用盡可能完整、正確的專業(yè)知識(shí)，按時(shí)高質(zhì)量完成任務(wù).工程技術(shù)與科學(xué)研究，它們的工作重心有很大的不同.研究工作要關(guān)注創(chuàng)新，關(guān)注別人沒有發(fā)現(xiàn)過的自然現(xiàn)象，還要指出新發(fā)現(xiàn)的自然現(xiàn)象為什么能夠存在的機(jī)理;而工程則更加關(guān)注是否能成功，要求把任務(wù)做對(duì)、做準(zhǔn)、做可靠.工程工作對(duì)參與工程的科技人員提出了非常高的要求.下面是筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，寫在這里供大家參考.

1）工程科技人員面對(duì)的專業(yè)領(lǐng)域容不得自己選擇，需要解決哪方面的問題，就要把這方面的基礎(chǔ)知識(shí)從頭學(xué)起來，逐一弄懂弄通，成為內(nèi)行和專家.

2）工程工作要經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)：與實(shí)際資料做比較，對(duì)不對(duì)是硬道理.這就是“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”.氣象現(xiàn)代化工程體量大，涉及的專業(yè)面廣，以“做正確”為考核標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工作精度有極高的要求，而且要求系統(tǒng)在能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境條件可靠地工作.其中有許多是工藝性的工作.因此要認(rèn)真看圖、分析資料.這要耗費(fèi)大量的時(shí)間.在這方面花時(shí)間和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)、讀論文一樣重要，要舍得花.

3）看資料要有靈感.要靈敏地察覺，問題可能出在哪里.這樣的靈感，來自扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、大量資料的閱讀和對(duì)問題的反復(fù)思考.

4）對(duì)工程人員的要求，更側(cè)重于解決問題.解決問題要從對(duì)存在問題的精準(zhǔn)定義入手.對(duì)存在問題的科學(xué)、精準(zhǔn)定義，是妥善解決問題的基礎(chǔ).如果對(duì)存在的問題看不清，沒有找到切入點(diǎn)，只進(jìn)行一般的號(hào)召，不會(huì)有什么效果.切入點(diǎn)找準(zhǔn)了，就己經(jīng)站在解決問題的半路上了.切入點(diǎn)來自對(duì)情況的深入調(diào)查和對(duì)形勢(shì)的正確判斷.了解情況和認(rèn)清形勢(shì)，要做到“見樹見林”.“見林”，是指對(duì)事情的全貌，要有總體的理解;“見樹”，是指對(duì)事情的細(xì)節(jié)，要有透徹的洞察.既在宏觀上看到事情的全貌，又從微觀上理解它的細(xì)節(jié)，才能科學(xué)地提出問題、解決問題.

5）做任何工作，都是先有目標(biāo)，后有行動(dòng)，目標(biāo)必須可度量、可考核、可檢查.如果當(dāng)前的目標(biāo)存在偏差，可以在實(shí)踐中改正.只要堅(jiān)持實(shí)踐，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，一定可以找到正確的道路.只怕沒有可度量、可考核、可檢查的工作目標(biāo).

6）有了目標(biāo)，還要做好工作，實(shí)現(xiàn)目標(biāo).遇到困難是必然的.那些困擾著我們的熱點(diǎn)問題和不理想的狀態(tài)之所以存在，就是因?yàn)槠淦D巨性和復(fù)雜性.其中一定有錯(cuò)綜復(fù)雜的因素和矛盾，它們相互之間盤根錯(cuò)節(jié)，交織在一起.對(duì)于要解決的問題，需要努力去克服困難.在解決問題的過程中，有時(shí)會(huì)陷入困境，必須要一步一個(gè)腳印，確認(rèn)每一步都對(duì)，還需要有堅(jiān)持不懈、鍥而不舍的精神，不輕易放棄目標(biāo).半途而廢等于不做.克服困難的體會(huì)，只有在走出困境以后，才能領(lǐng)悟.處身于困難之中，猶如在熱帶雨林里，荊棘叢生，找不到出路;問題解決以后，回顧過去的經(jīng)歷，又好像登高遠(yuǎn)望，一覽無余.

7）在問題沒有解決以前，人們對(duì)存在問題的理解必然是不全面、不深刻的.因此在解決問題的過程中，還要不斷地去觀察、體驗(yàn)、感知、認(rèn)識(shí)、分析，領(lǐng)悟其中的脈絡(luò)，調(diào)整思路，找到解決問題的辦法.

8）要簡明扼要地把事情表達(dá)清楚.把事情講清楚，才能獲得領(lǐng)導(dǎo)的支持、公眾的共鳴、團(tuán)隊(duì)的響應(yīng).

9）要組織好團(tuán)隊(duì).現(xiàn)在單槍匹馬能解決好的問題不是很多.做事情都要依靠組織.組織要有明確的組織目標(biāo)、敬業(yè)的參事人員和扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，還需要有互補(bǔ)的專業(yè)技能、團(tuán)結(jié)合作的工作精神、相互認(rèn)同的行為規(guī)范、互相體諒的工作環(huán)境以及詳細(xì)的檔案紀(jì)錄.其中項(xiàng)目負(fù)責(zé)人特別重要.項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要特別關(guān)注上面所述的第4及第6條，帶領(lǐng)隊(duì)伍克服困難.團(tuán)隊(duì)成員則要發(fā)揮各自的專長和優(yōu)勢(shì)，為組織目標(biāo)做出貢獻(xiàn).形勢(shì)的改觀和局面的突破，是通過一系列優(yōu)秀工作的實(shí)現(xiàn)達(dá)到的，絕非來自空洞的一般號(hào)召，必須用高質(zhì)量的工作推動(dòng)事業(yè)進(jìn)步.所以，具有專業(yè)門類比較齊全的科技人員，以及他們的有效組織，是成功之本.

關(guān)注以上幾個(gè)方面，對(duì)于高質(zhì)量完成工程工作是非常重要的.按照這樣的思路去工作，國家衛(wèi)星氣象中心已經(jīng)完成了17顆國產(chǎn)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)處理任務(wù).重要的是不怕失敗，不斷地實(shí)踐，成功的經(jīng)驗(yàn)和挫折的教訓(xùn)，都幫助我們鍛煉隊(duì)伍，增長才干.

參考文獻(xiàn)

References

[1] Yang J，Zhang Z Q，Wei C Y，et al.Introducing the new generation of Chinese geostationary weather satellites，F(xiàn)engyun-4：Fengyun-4 is the new generation of Chinese geostationary meteorological satellites with greatly enhanced capabilities for high-impact weather event monitoring，warning，and forecasting[J].Bulletin of the American Meteorological Society，2017，98（8）：1637-1658

[2] Dong C H，Yang J，Zhang W J，et al.An overview of a new Chinese weather satellite FY-3A[J].Bulletin of the American Meteorological Society，2009，90（10）：1531-1544

[3] 許健民.中國氣象衛(wèi)星的發(fā)展及應(yīng)用[J].中國科學(xué)院院刊，2013（增刊1）：50-58

XU Jianmin.Development and applications of Chinese meteorological satellites[J].Bulletin of the Chinese Academy of Sciences，2013（sup1）：50-58

[4] 楊軍，許健民，董超華，等.風(fēng)云氣象衛(wèi)星40年：國際背景下的發(fā)展足跡[J].氣象科技進(jìn)展，2011，1（1）：6-13，24

YANG Jun，XU Jianmin，DONG Chaohua，et al.40th anniversary of Fengyun meteorological satellites：evolution in view of the international development[J].Advances in Meteorological Science and Technology，2011，1（1）：6-13，24

[5] 許健民，楊軍，張志清，等.我國氣象衛(wèi)星的發(fā)展與應(yīng)用[J].氣象，2010，36（7）：94-100

XU Jianmin，YANG Jun，ZHANG Zhiqing，et al.Chinese meteorological satellites，achievements and applications[J].Meteorological Monthly，2010，36（7）：94-100

[6] Lu F，Zhang X H，Xu J M.Image navigation for the FY2 geosynchronous meteorological satellite[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2008，25（7）：1149-1165

[7] NASA News.NASA administrator departs china after “rewarding” first visit[EB/OL].（2006-09-28）[2019-05-18].https：∥www.nasa.gov/about/highlights/griffin_china.html

[8] Xu J M，Zhang Q S，F(xiàn)ang X，et al.Cloud motion winds from FY-2 and GMS-5 meteorological satellites[C]∥Proceedings of the 4th International Winds Workshop，Saanenm?ser，Switzerland：EUMETSAT Publication，1998：41-48

[9] CGMS Secretariat.Report of the twenty-fourth meeting of the co-ordination group for meteorological satellites[R].Lauenen，Switzerland，1996：38

[10] Schmetz J，Hinsman D，Menzel W P.Summary of the fourth international winds workshop[J].Bulletin of the American Meteorological Society，1999，80（5）：893-900

[11] Xu J M，Holmlund K，Zhang Q S，et al.A comparison of two atmospheric motion vectors derivation schemes：the EUMETSAT MSG prototyping and the NSMC schemes[C]∥Proceedings of the 5th International Winds Workshop，Lorne Australia，2000：57-64

[12] Kumabe R.Renewal of operational AMV extraction system in JMA[C]∥ Seventh International Wind Workshop，Helsinki，2004：71-76

[13] Menzel W P，Smith W L，Stewart T R.Improved cloud motion wind vector and altitude assignment using VAS[J].Journal of Climate and Applied Meteorology，1983，22（3）：377-384

[14] Nieman S J，Schmetz J，Menzel W P.A comparison of several techniques to assign heights to cloud tracers[J].Journal of Applied Meteorology，1993，32（9）：1559-1568

[15] 許健民，張其松，方翔.用紅外和水汽兩個(gè)通道的衛(wèi)星測(cè)值指定云跡風(fēng)的高度[J].氣象學(xué)報(bào)，1997，55（4）：408-417

XU Jianmin，ZHANG Qisong，F(xiàn)ANG Xiang.Height assignment of cloud motion winds with infrared and water vapour channels[J].Acta Meteorologica Sinica，1997，55（4）：408-417

[16] Szejwach G.Determination of semi-transparent cirrus cloud temperature from infrared radiances：application to METEOSAT[J].Journal of Applied Meteorology，1982，21（3）：384-393

[17] Menzel W P.Cloud tracking with satellite imagery：from the pioneering work of Ted Fujita to the present[J].Bulletin of the American Meteorological Society，2001，82（1）：33-47

[18] Xu J M，Holmlund K，Zhang Q S，et al.Comparison of two schemes for derivation of atmospheric motion vectors[J].Journal of Geophysical Research，2002，107（D14），DOI：10.1029/2001JD000744

[19] Büche G，Karbstein H，Kummer A，et al.Water vapor structure displacements from cloud-free Meteosat scenes and their interpretation for the wind field[J].Journal of Applied Meteorology and Climatology，2006，45（4）：556-575

[20] Borde R，Dubuisson P.Sensitivity of atmospheric motion vectors height assignment methods to semitransparent cloud properties using simulated Meteosat-8 radiances[J].Journal of Applied Meteorology and Climatology，2010，49（6）：1205-1218

[21] Borde R，Oyamma R.A direct link between feature tracking and height assignment of operational atmospheric motion vectors[C]∥ 9th International Winds Workshop，Annapolis，Maryland，USA，2008：14-18

[22] 張曉虎，張其松，許健民，等.半透明云風(fēng)矢量高度算法中代表運(yùn)動(dòng)像元的使用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2017，28（3）：270-282

ZHANG Xiaohu，ZHANG Qisong，XU Jianmin，et al.Use of representative pixels of motion for wind vector height assignment of semi-transparent clouds[J].Journal of Applied Meteorological Science，2017，28（3）：270-282

[23] 張曉虎，張其松，許健民，等.半透明云風(fēng)矢量高度算法中云下背景輻射的估計(jì)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2017，28（3）：283-291

ZHANG Xiaohu，ZHANG Qisong，XU Jianmin，et al.Estimation of background radiation underneath clouds for wind vector height assignment of semi-transparent clouds[J].Journal of Applied Meteorological Science，2017，28（3）：283-291

[24] Salonen K，Bormann N.Atmospheric motion vector observations in the ECMWF system：fourth year report[R].EUMETSAT/ECMWF Fellowship Programme Research Report No.36，2015.http：∥www.ecmwf.int/en/ research/ publications

Pathways on solving problems at algorithm improvements for FY-2

meteorological satellite at image navigation and wind vector derivation

XU Jianmin1

1 National Satellite Meteorological Center，Beijing 100081

Abstract This paper describes algorithm improvements for FY-2 meteorological satellite at image navigation and wind vector derivation.From which，the pathways on solving problems at mission implementation are summarized.

Key words meteorological satellites;image navigation;atmospheric motion vectors

作者簡介：

許健民（1944—），男，中國工程院院士.1965年畢業(yè)于南京氣象學(xué)院，主要從事氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用的研究和業(yè)務(wù)工作.在擔(dān)任國家衛(wèi)星氣象中心主任（1986—1996年）期間，氣象衛(wèi)星資料在自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)以及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮了重要作用.1998—2010年擔(dān)任風(fēng)云二號(hào)靜止氣象衛(wèi)星地面系統(tǒng)總師，所領(lǐng)導(dǎo)的研究組全面實(shí)現(xiàn)了風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星圖像的實(shí)時(shí)、全自動(dòng)、像元級(jí)高精度定位，在大氣運(yùn)動(dòng)矢量產(chǎn)品的開發(fā)中，提出了快速算法和在云高度指定中區(qū)分薄卷云和低云的新算法.

E-mail：xujm@cma.cn