■ 王富 陸其峰 倪卓婭

CGMS的長(zhǎng)期協(xié)調(diào)努力已取得了一系重要成果：編制了全球氣象衛(wèi)星系統(tǒng)基線，構(gòu)建覆蓋全球的靜止軌道觀測(cè)，制定全球氣象衛(wèi)星應(yīng)急備份方案，推動(dòng)GSICS交叉定標(biāo)，建成覆蓋全球的數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，建成虛擬實(shí)驗(yàn)室（VLab）向更多用戶普及了衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)。

1960年首顆氣象衛(wèi)星“泰羅斯1號(hào)”的成功發(fā)射開啟了人類從太空觀測(cè)地球的時(shí)代，并促使聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過了關(guān)于和平利用外層空間的決議，更推動(dòng)世界氣象組織（WMO）將氣象衛(wèi)星納入全球觀測(cè)系統(tǒng)（GOS）。隨著氣象衛(wèi)星全球觀測(cè)的特點(diǎn)日益凸顯，很多國(guó)家陸續(xù)啟動(dòng)了氣象衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，而國(guó)際氣象衛(wèi)星協(xié)調(diào)組織（CGMS）作為全球氣象衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)資料交流平臺(tái)也應(yīng)運(yùn)而生。

在航天遙感技術(shù)進(jìn)步和人類生存發(fā)展需求的共同牽引下，氣象衛(wèi)星系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，已形成了覆蓋高軌低軌、觀測(cè)譜段眾多、兼顧成像探測(cè)的綜合地球觀測(cè)能力，并在天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)和資源可持續(xù)開發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。CGMS通過提供國(guó)際交流合作平臺(tái)協(xié)調(diào)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展，為加強(qiáng)全球整體觀測(cè)能力、實(shí)現(xiàn)效益最大化和長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。隨著新一代載荷和觀測(cè)投入使用，CGMS將通過推動(dòng)全球協(xié)調(diào)合作以滿足世界氣象組織綜合觀測(cè)系統(tǒng)（WIGOS）2040年遠(yuǎn)景規(guī)劃的需求 。

1 CGMS組織機(jī)構(gòu)及協(xié)調(diào)成果

CGMS目前共有22個(gè)成員（表1），下設(shè)5個(gè)工作組，指導(dǎo)WMO全球空間交叉定標(biāo)系統(tǒng)（GSICS）及其他5個(gè)國(guó)際科學(xué)工作組（表2）。同時(shí)，CGMS與地球觀測(cè)組織（GEO）、對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星委員會(huì)（CEOS）等密切合作。CGMS秘書處設(shè)在歐洲衛(wèi)星氣象開發(fā)組織，中國(guó)氣象局早在1986年就作為觀察員參與CGMS會(huì)議，并于1989年成為正式成員。

表1 CGMS成員和觀察員機(jī)構(gòu)列表

表2 CGMS下設(shè)工作組及科學(xué)工作組列表

CGMS的長(zhǎng)期協(xié)調(diào)努力已取得了一系重要成果：包括編制了全球氣象衛(wèi)星系統(tǒng)基線，構(gòu)建覆蓋全球的靜止軌道觀測(cè)，制定了全球氣象衛(wèi)星的應(yīng)急備份方案；推動(dòng)GSICS交叉定標(biāo)、改進(jìn)產(chǎn)品算法和推廣數(shù)據(jù)應(yīng)用；建成了覆蓋全球的數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)；建成虛擬實(shí)驗(yàn)室（VLab）向更多用戶普及了衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)。

2 CGMS天氣氣候觀測(cè)計(jì)劃

2.1 全球氣象衛(wèi)星基線

編制全球氣象衛(wèi)星基線是CGMS最主要的成果之一，CGMS通過綜合全球不同氣象衛(wèi)星系統(tǒng)的天基觀測(cè)能力，對(duì)照WIGOS 2040遠(yuǎn)景規(guī)劃，推動(dòng)各成員以此作為未來氣象衛(wèi)星計(jì)劃的重要輸入?；€每4年更新一次，修訂流程見圖1?；€除了由CGMS各成員現(xiàn)有及計(jì)劃中的觀測(cè)能力整合成的全球觀測(cè)體系外，還包括數(shù)據(jù)傳輸保障，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等。

圖1 CGMS極限修訂流程圖

觀測(cè)能力按傳感器被分為23類（表3），主要分布在太陽同步軌道（LEO）、地球靜止軌道（GEO）上，而橢圓軌道（HEO）和拉格朗日點(diǎn)L1也在計(jì)劃中。LEO軌道衛(wèi)星每天以大致相同的時(shí)間經(jīng)過同一地區(qū)2次，按過境時(shí)間可分為晨昏軌道（EO）、上午軌道（MO）和下午軌道（AO）三類，在以上三類LEO軌道上布置3顆大幅寬載荷衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)4 h一次全球觀測(cè)。GEO軌道衛(wèi)星可對(duì)以星下點(diǎn)為中心約三分之一地球表面進(jìn)行高時(shí)間分辨率觀測(cè)，而實(shí)現(xiàn)靜止軌道高時(shí)間分辨率的全球拼圖需要布置6顆衛(wèi)星。HEO軌道衛(wèi)星能提供高緯地區(qū)的高頻次重訪，而拉格朗日點(diǎn)L1的衛(wèi)星能在太陽風(fēng)粒子到達(dá)磁層和地球前幾分鐘對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，這兩個(gè)軌道尚無在軌衛(wèi)星，但已有CGMS成員在實(shí)施相關(guān)計(jì)劃。

表3 CGMS基線計(jì)劃觀測(cè)能力

數(shù)據(jù)傳輸包括同時(shí)保障直接廣播和地面分發(fā)服務(wù)，為天氣預(yù)警預(yù)報(bào)提供實(shí)時(shí)觀測(cè)資料的同時(shí)通過地面分發(fā)系統(tǒng)共享更完整的數(shù)據(jù)資料。CGMS制定了符合實(shí)時(shí)性和經(jīng)濟(jì)性原則的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，并研究探索利用直接廣播系統(tǒng)收集和分發(fā)海上浮標(biāo)等觀測(cè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)資料，以及提供應(yīng)急信息服務(wù)。

數(shù)據(jù)質(zhì)量是氣象衛(wèi)星整體應(yīng)用效能提升的重要前提，包括通過GSICS協(xié)助各成員定期對(duì)各氣象衛(wèi)星系統(tǒng)的參考載荷或者定標(biāo)場(chǎng)進(jìn)行交叉定標(biāo)，通過與國(guó)際科學(xué)工作組合作推動(dòng)不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品之間的交叉檢驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和質(zhì)量可靠，以支撐全球天氣和氣候預(yù)報(bào)。

值得一提的是，風(fēng)云氣象衛(wèi)星作為CGMS基線的重要組成部分，不僅組成了GEO全球拼圖，更將為基線補(bǔ)充重要的LEO晨昏軌道以實(shí)現(xiàn)氣象衛(wèi)星觀測(cè)每隔4 h覆蓋全球一次的目標(biāo)。中國(guó)氣象局的衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)CMACast及數(shù)據(jù)網(wǎng)站等地面分發(fā)系統(tǒng)還是基線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享服務(wù)的重要渠道之一。風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星也參與了GSICS框架下的交叉定標(biāo)等工作，并依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“國(guó)產(chǎn)多系列遙感衛(wèi)星歷史資料再定標(biāo)技術(shù)”項(xiàng)目重點(diǎn)解決國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星歷史資料輻射基準(zhǔn)統(tǒng)一和數(shù)據(jù)長(zhǎng)期一致性的問題。

2.2 氣候監(jiān)測(cè)框架戰(zhàn)略

氣候變化引起地球生存條件的變化，已不再僅是一個(gè)科學(xué)問題，更是世界各國(guó)政府需要共同面對(duì)的政治問題、經(jīng)濟(jì)問題和外交問題。氣候觀測(cè)是深化對(duì)氣候變化客觀規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí)，推進(jìn)氣候變化綜合影響評(píng)估的基礎(chǔ)，也是減少氣候變化不確定性的重要前提。氣象衛(wèi)星觀測(cè)特有的大范圍區(qū)域周期性觀測(cè)能具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能從全球尺度對(duì)其他長(zhǎng)時(shí)間序列觀測(cè)數(shù)據(jù)的區(qū)域差異進(jìn)行分析。

CGMS與CEOS組成的聯(lián)合工作組，通過《空基氣候監(jiān)測(cè)框架戰(zhàn)略》的制定和實(shí)施來推動(dòng)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)在氣候監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為滿足氣候觀測(cè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的要求，需要研究解決不同衛(wèi)星系統(tǒng)不同載荷之間的一致可比性，以及衛(wèi)星觀測(cè)的長(zhǎng)期一致性，以提升氣象衛(wèi)星氣候數(shù)據(jù)集的可用性。聯(lián)合工作組通過梳理衛(wèi)星能力、編制氣候數(shù)據(jù)集目錄，建立結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)視圖，已經(jīng)取得了階段性成果。大氣方面已建立了大氣物理、大氣動(dòng)力和大氣成分的衛(wèi)星數(shù)據(jù)框架，構(gòu)建了用于監(jiān)測(cè)溫室氣體、降水、大氣廓線等的虛擬衛(wèi)星星座，制定了對(duì)應(yīng)氣候數(shù)據(jù)集的生產(chǎn)方案。陸地方面湖泊溫度、冰川變化、陸地火點(diǎn)等產(chǎn)品工作進(jìn)展較快，通過星地真實(shí)性檢驗(yàn)及衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)空分辨率的提高可達(dá)到氣候應(yīng)用的要求。海洋方面氣候數(shù)據(jù)集生產(chǎn)進(jìn)展較快，未來以長(zhǎng)時(shí)間序列LEO觀測(cè)與日變化GEO觀測(cè)結(jié)合、維持海面熱通量、海面動(dòng)力環(huán)境和海綿反射率等監(jiān)測(cè)、補(bǔ)充海面溫度和海冰的被動(dòng)微波觀測(cè)，加強(qiáng)海面高度和海平面的真實(shí)性檢驗(yàn)、浮游植物生物量估算氣候變量、整合多個(gè)全球海鹽監(jiān)測(cè)計(jì)劃等。

未來CGMS將繼續(xù)致力于提高現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性推動(dòng)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)向氣候數(shù)據(jù)集升級(jí)，通過差距分析加強(qiáng)長(zhǎng)期規(guī)劃實(shí)現(xiàn)縮小氣象衛(wèi)星觀測(cè)能力和氣候數(shù)據(jù)集目標(biāo)之間的差距。

3 高優(yōu)先級(jí)計(jì)劃

高優(yōu)先級(jí)計(jì)劃（HLPP）是CGMS滾動(dòng)更新的行動(dòng)計(jì)劃，共包括6個(gè)方面：

業(yè)務(wù)基線能力保障是CGMS協(xié)調(diào)工作的核心內(nèi)容之一，也是HLPP重點(diǎn)任務(wù)，包括：維持被動(dòng)微波和晨昏軌道的延續(xù)性，推動(dòng)成像儀、閃電成像儀和紅外（紫外）載荷的更新?lián)Q代，發(fā)展測(cè)高儀、掩星星座，和加強(qiáng)空間天氣觀測(cè)。

數(shù)據(jù)收集分發(fā)協(xié)調(diào)是CGMS協(xié)調(diào)工作的重要支點(diǎn)，包括：建設(shè)高速數(shù)據(jù)收集平臺(tái)（DCP），擴(kuò)充直接廣播系統(tǒng)帶寬，保護(hù)氣象衛(wèi)星頻段。

對(duì)終端用戶的支撐是CGMS協(xié)調(diào)工作的重點(diǎn)內(nèi)容，包括：維持并新增數(shù)據(jù)高速大容量分發(fā)渠道，向用戶介紹新一代靜止和極軌氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)產(chǎn)品，協(xié)調(diào)美洲、非洲、歐洲和亞太地區(qū)的數(shù)字視頻廣播，加強(qiáng)海洋數(shù)據(jù)產(chǎn)品業(yè)務(wù)化，以及空間天氣觀測(cè)的實(shí)時(shí)獲取與交換，利用氣象衛(wèi)星基礎(chǔ)設(shè)施加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)能力等。

提高數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量是提高氣象衛(wèi)星應(yīng)用效能的關(guān)鍵，包括：通過GSICS建設(shè)完善高度一致的衛(wèi)星儀器校準(zhǔn)平臺(tái)，開發(fā)火山灰、云參數(shù)、大氣運(yùn)動(dòng)矢量（Atmospheric Motion Vector，AMV）等共性產(chǎn)品，改進(jìn)降水，追蹤溫度、水汽、降水和風(fēng)等的誤差，改進(jìn)雪、沙漠等復(fù)雜表面和水凝物等散射大氣成分在微波輻射傳輸模型中的表達(dá)，以及研究未來被動(dòng)探測(cè)儀發(fā)展方向。

培訓(xùn)分享提升效能是推廣氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用的有效手段，包括：完善虛擬實(shí)驗(yàn)室（Virtual Laboratory，VLab）的培訓(xùn)資料，組織區(qū)域用戶培訓(xùn)會(huì)議，促進(jìn)衛(wèi)星用戶經(jīng)驗(yàn)分享，鼓勵(lì)青年人參與，通過各種渠道宣傳氣象衛(wèi)星的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展相應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估方法等。

解決跨領(lǐng)域難題主要集中在氣候觀測(cè)領(lǐng)域，包括：利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)生產(chǎn)氣候數(shù)據(jù)集尤其是溫室氣體監(jiān)測(cè)，以及氣候變化聯(lián)合工作組中的任務(wù)協(xié)調(diào)、交叉定標(biāo)、產(chǎn)品原型、數(shù)據(jù)分發(fā)、交換、格式化、培訓(xùn)和推廣等具體工作。

4 結(jié)論和展望

不論是統(tǒng)籌全球氣象衛(wèi)星系統(tǒng)的現(xiàn)有天氣和氣候觀測(cè)能力、保障高時(shí)效的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，還是分析差距制定未來發(fā)展計(jì)劃，都需要通過CGMS這樣的國(guó)際合作平臺(tái)，借由廣泛交流和溝通合作，凝練出具體措施，專注于融合新技術(shù)新儀器、改進(jìn)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和提高數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)性，通過互利合作實(shí)現(xiàn)“全球觀測(cè)”系統(tǒng)的螺旋上升發(fā)展，讓氣象科技進(jìn)步能夠真正造福于人類社會(huì)。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星經(jīng)過五十年的發(fā)展，已成為世界上少數(shù)幾個(gè)同時(shí)擁有靜止和極軌兩個(gè)系列的業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)之一。風(fēng)云氣象衛(wèi)星不僅是WMO國(guó)際氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列和CGMS基線的重要組成部分，其整體能力也得到了國(guó)際社會(huì)的認(rèn)可。特別是，風(fēng)云四號(hào)靜止軌道衛(wèi)星上搭載的全球首個(gè)靜止軌道干涉式大氣垂直探測(cè)儀（GIIRS）和全球兩臺(tái)靜止軌道閃電成像設(shè)備之一——閃電成像儀（LMI）等先進(jìn)儀器得到國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注；風(fēng)云三號(hào)的微波溫度計(jì)（MWTS）和微波濕度計(jì)（MWHS）已被歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）作為重要衛(wèi)星資料同化到其業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。此外，風(fēng)云三號(hào)C星搭載的微波濕度計(jì)首次新增了118 GHz氧氣吸收線通道，在區(qū)分弱降水、卷云和層狀云降水方面發(fā)揮了重要作用。而風(fēng)云三號(hào)降水衛(wèi)星將填補(bǔ)CGMS基線中18和23 GHz微波探測(cè)在2020—2025年的空白。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星在國(guó)際上受到的關(guān)注與中國(guó)氣象局長(zhǎng)期以來通過CGMS會(huì)議參與國(guó)際交流合作密不可分。與CGMS長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系為風(fēng)云氣象衛(wèi)星開展更廣泛的國(guó)際服務(wù)與交流合作奠定了重要基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，推進(jìn)中國(guó)氣象局提出的“全球監(jiān)測(cè)、全球預(yù)報(bào)、全球服務(wù)”，支撐“一帶一路”倡議等都要求風(fēng)云氣象衛(wèi)星進(jìn)一步提高觀測(cè)和應(yīng)用服務(wù)能力。因此，通過CGMS等國(guó)際組織開展廣泛溝通合作、征集國(guó)際用戶和學(xué)術(shù)界的建議，與風(fēng)云氣象衛(wèi)星自身高質(zhì)量發(fā)展緊密結(jié)合，對(duì)于完善風(fēng)云氣象衛(wèi)星自身規(guī)劃設(shè)計(jì)和提升整合綜合效益具有重要意義。

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