風(fēng)云四號效果圖
風(fēng)云四號發(fā)射場合練
風(fēng)云四號A星正式投入業(yè)務(wù)運行后，將逐步接替風(fēng)云二號系列衛(wèi)星，提供更加及時和高精度的觀測數(shù)據(jù)，進一步提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率。
12月11日零時11分,我國新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號發(fā)射成功。
茫茫太空中，氣象衛(wèi)星就是敏于“察言觀色”，洞察風(fēng)云變幻的銳利“眼睛”。風(fēng)云四號衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總師張志清向科技日報記者介紹，氣象衛(wèi)星主要是通過衛(wèi)星裝載的各種探測儀器獲得不同的衛(wèi)星氣象云圖，然后通過云圖反演出其他變量，并應(yīng)用到天氣預(yù)報模式中，再根據(jù)方程的運算得到未來的天氣。
多年來，由中國航天科技集團公司八院509所抓總研制的風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星，為我國天氣預(yù)報，以及防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對氣候變化、保障生態(tài)文明建設(shè)等作出了重要貢獻。
你“巡邏”我“站崗”，拍攝不同軌道衛(wèi)星云圖
天氣與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，對天氣進行準(zhǔn)確的預(yù)報可以為大家的出行，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供重要參考。當(dāng)然，要掌握大氣的變化規(guī)律，對未來的天氣進行預(yù)測并非易事。
據(jù)張志清介紹，目前的氣象觀測手段主要包括地面常規(guī)觀測、空中觀測以及天基觀測。其中，常規(guī)自動氣象站只能觀測地表的數(shù)據(jù)；探空站可以釋放探空氣球獲取高空氣象數(shù)據(jù)，但每天只能觀測兩次，而且無法覆蓋海洋；氣象雷達只有在有云或下雨時，才能收到回波，如果晴空萬里，信號則無法反射回來。這些手段的種種局限，決定氣象衛(wèi)星成為了天氣預(yù)報中的基石。
氣象衛(wèi)星獲取的衛(wèi)星云圖，是天氣預(yù)報中對天氣情況最直觀的說明。通過色彩繽紛的衛(wèi)星云圖，可以識別不同天氣系統(tǒng)，確定它們的位置，判別天氣系統(tǒng)的發(fā)展階段及未來演變趨勢，比如估計臺風(fēng)中最大風(fēng)速、估計對流云的降水強度等。這些衛(wèi)星云圖都是由氣象衛(wèi)星從太空不同位置對地球表面進行拍攝，將數(shù)據(jù)傳回地面工作站后制作而成。我們每天看到的衛(wèi)星云圖天氣預(yù)報動畫，則是由過去每隔半小時或一小時拍攝一幅，共12幅衛(wèi)星云圖組成。通過圖像動畫，能讓觀眾更清楚地了解云團的移動變化。
衛(wèi)星云圖可以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。目前，能用自己研制的衛(wèi)星拍攝這兩種云圖的國家或地區(qū)，除了美歐就只有中國了。風(fēng)云衛(wèi)星中的風(fēng)云一號系列衛(wèi)星和風(fēng)云三號系列衛(wèi)星，分別是我國第一代、第二代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星，運行軌道距地面大約500公里至1000公里，就像“流動巡警”，負責(zé)拍攝太陽同步軌道氣象衛(wèi)星云圖；風(fēng)云二號系列衛(wèi)星和剛剛發(fā)射的風(fēng)云四號A星，分別是我國第一代和第二代對地靜止軌道氣象衛(wèi)星，它們“懸停”在距地面約36000公里的太空，如同“定點崗哨”，任務(wù)就是拍攝地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖。
躋身世界一流，與美歐“三分天下”
目前，中央電視臺天氣預(yù)報的衛(wèi)星云圖基本上來自在軌運行的風(fēng)云二號E、F、G三顆衛(wèi)星。風(fēng)云四號A星正式投入業(yè)務(wù)運行后，將逐步接替風(fēng)云二號系列衛(wèi)星，提供更加及時和高精度的觀測數(shù)據(jù)，進一步提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率。而目前在軌運行的風(fēng)云三號衛(wèi)星，則為全球氣候變化和大氣環(huán)境監(jiān)測提供了重要觀測數(shù)據(jù)。
據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)云氣象衛(wèi)星云圖每年被數(shù)以億計地引用，已成為國內(nèi)最大的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫。全球共90多個國家和地區(qū)使用風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)。隨著風(fēng)云系列衛(wèi)星的發(fā)展，我國天氣預(yù)報準(zhǔn)確率從上世界70年代的50%左右，提升至如今的90%?！笆濉逼陂g，我國24小時晴雨預(yù)報準(zhǔn)確率較“十一五”提高了2個百分點，溫度預(yù)報準(zhǔn)確率提高了13個百分點，24小時臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差縮小了66公里，全國平均每年因氣象災(zāi)害造成的死亡人數(shù)也較“十一五”下降一半以上。
風(fēng)云系列衛(wèi)星的穩(wěn)定運行和出色效能，奠定了中、美、歐氣象衛(wèi)星“三足鼎立”的局面，提高了中國在國際上的話語權(quán)。風(fēng)云系列衛(wèi)星還被世界氣象組織列入了國際氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列，作為全球綜合地球觀測系統(tǒng)的重要成員，與歐美國家的氣象衛(wèi)星一起，形成了對地球大氣、海洋和地表環(huán)境的全天候、立體、連續(xù)觀測的衛(wèi)星觀測網(wǎng)。目前，東半球的氣象預(yù)報主要靠風(fēng)云衛(wèi)星提供相關(guān)資料。
既要精度高，又得“身體好”
為什么國際上會形成氣象衛(wèi)星僅在少數(shù)幾個國家發(fā)展的局面？這得從天氣預(yù)報對氣象衛(wèi)星在定量探測和連續(xù)業(yè)務(wù)應(yīng)用方面提出的苛刻要求說起。
數(shù)值天氣預(yù)報是當(dāng)前制作日常天氣預(yù)報的主要方法，其前提是精確的大氣觀測參數(shù)，以此為復(fù)雜的大氣環(huán)境動力學(xué)方程提供初始條件。這對氣象衛(wèi)星提出了極高的定量遙感需求。
以風(fēng)云四號A星為例，它以常年溫度在20攝氏度左右的青海湖為定標(biāo)場，要求在36000公里高的赤道上空，對湖水溫度的測量絕對誤差小于1攝氏度；當(dāng)湖水溫度變化0.1攝氏度時，要能準(zhǔn)確感知出來。為實現(xiàn)定量化，研制團隊風(fēng)云四號A星進行了大量儀器定標(biāo)方法研究，研制了一套完整的在軌定標(biāo)設(shè)備和定標(biāo)方法。國防科工局系統(tǒng)工程司副司長趙堅介紹說，該衛(wèi)星的掃描輻射計定標(biāo)精度達到1K、靈敏度達0.1K，與美國剛剛發(fā)射的GOES-R衛(wèi)星相當(dāng)。
不過，天氣復(fù)雜多變，預(yù)報要素除了溫度，還包含濕度、壓強、風(fēng)等多個指標(biāo)，涉及溫濕度、導(dǎo)風(fēng)、閃電、輻射、云和氣溶膠、大氣成分等數(shù)十種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用。風(fēng)云四號A星正式投入業(yè)務(wù)運行后，將提供包括云、輻射、溫濕度、大氣、導(dǎo)風(fēng)、閃電等34種數(shù)據(jù)產(chǎn)品，產(chǎn)品種類、數(shù)量，以及定量化指標(biāo)均較之前衛(wèi)星產(chǎn)品有顯著提升。
除了定量探測，氣象衛(wèi)星還要求連續(xù)業(yè)務(wù)運行。就是說，它不能“請假”“開小差”，必須全年365天、每天24小時工作，及時報出晴雨、溫度、風(fēng)力等相同的數(shù)據(jù)。如果哪天衛(wèi)星不能提供云圖，將造成難以估量的影響。風(fēng)云二號衛(wèi)星曾出現(xiàn)丟失云圖的現(xiàn)象，受到了中央領(lǐng)導(dǎo)的親自過問；2015年風(fēng)云三號C星在軌發(fā)生故障，導(dǎo)致一段時間收不到云圖，立刻受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。
嚴(yán)苛的運行要求，要求衛(wèi)星具有極高的可靠性和時效性。為了提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的業(yè)務(wù)服務(wù)，研制團隊為風(fēng)云四號A星打造了角秒級測量和控制精度的高軌三軸穩(wěn)定衛(wèi)星平臺，采用了雙總線體制、高性能AOS技術(shù)、大功率電源、整星防靜電技術(shù)、整星防污染技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，使衛(wèi)星設(shè)計壽命達到7年，為其長期穩(wěn)定開展氣象業(yè)務(wù)觀測提供了有效支撐。
