文章來源：中國航天科技集團公司 發(fā)布時間：2016-07-22
入汛以來，我國多地遭遇持續(xù)強降雨。從7月19日至20日，包括京津地區(qū)在內的華北地區(qū)普降大雨。而兩周前，南方多地抗洪救災的場景還歷歷在目。面對嚴峻形勢，中國航天科技集團公司積極為社會搶險救災提供各種衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務等技術支持，其中號稱氣象“千里眼”的風云系列衛(wèi)星正時刻緊盯天氣變化。
作用： 洞觀天地“千里眼”
7月10日13點45分，今年的第一號臺風“尼伯特”登陸我國福建省泉州石獅市。
面對來勢洶洶的臺風，我國氣象工程師們并不慌張。“尼伯特”生成時，氣象工程師們就根據(jù)所獲數(shù)據(jù)進行了精準預測判斷。在各地氣象部門的及時通知下，“尼伯特”經(jīng)過地區(qū)并沒有發(fā)生人員傷亡，財物損失被降到最低。
為氣象工程師們提供數(shù)據(jù)支持的一大利器便是風云系列衛(wèi)星。
同樣，在前不久的南方暴雨中，從6月30日到7月6日，中國氣象局分別于6月30日20點至7月2日8點、7月2日10點至7月4日8點、7月4日10點至7月5日8點、7月6日11點至7月9日22點，4次實施風云二號F星每6分鐘一次的區(qū)域加密觀測。
另據(jù)中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心7月8日發(fā)布的兩份水情監(jiān)測報告顯示，通過氣象衛(wèi)星監(jiān)測，湖北東部長江流域、安徽宣城市、江蘇高淳縣等地水體范圍較前期有所增大。
“能夠完成這些精細監(jiān)測和及時準確預報，正是利用了風云衛(wèi)星下傳的數(shù)據(jù)。”中央氣象局衛(wèi)星中心工程師方翔介紹，而準確預測降雨、對洪災地區(qū)進行實時監(jiān)控正是防災救災的關鍵。
風云系列衛(wèi)星是我國專門為觀測氣象變化研制的衛(wèi)星，為我國氣象觀測提供堅實的支撐作用。在1998年的特大洪澇災害中，風云二號衛(wèi)星的正式投入應用被稱為“我國氣象監(jiān)測史上的里程碑”。
中國航天科技集團公司八院院長助理張春明介紹，目前，我國風云衛(wèi)星可以提供高精度大范圍的大氣信息產(chǎn)品，涵蓋了紫外、可見光、紅外、微波產(chǎn)品，大范圍水汽分布、大氣強對流判別圖像等。
他補充說：“通過風云衛(wèi)星不同角度、不同層次的產(chǎn)品，相關部門可密切監(jiān)視大氣狀態(tài)，準確預估強對流云團的行進路線和強對流天氣的發(fā)生地區(qū)，并有針對性地發(fā)布災害預警，有效調撥現(xiàn)有的抗災救災資源。”
中國氣象局資料顯示：截至2015年年底，利用風云二號衛(wèi)星我國已經(jīng)對西太平洋生成的415個臺風、登陸或影響我國的153個臺風監(jiān)測實現(xiàn)了全覆蓋。氣象衛(wèi)星資料的加入，使臺風預報準確率連年提升，2015年中央氣象臺臺風24小時路徑預報誤差首次低于70公里，達到世界領先水平。
我國氣象衛(wèi)星的快速發(fā)展讓中國氣象局局長鄭國光非常提氣，尤其是在風云三號衛(wèi)星投入使用后，我國氣象觀測能力更加強大，所獲數(shù)據(jù)更加精準。
“風云二號衛(wèi)星已經(jīng)可以提供最高每25分鐘一次全地球圓盤觀測、每6分鐘一次區(qū)域觀測；風云三號衛(wèi)星可每天對地球同一區(qū)域完成4次三維立體觀測，光譜范圍從可見光、紅外覆蓋到紫外和微波；衛(wèi)星定標、定位和反演技術接近國際先進水平，衛(wèi)星資料實現(xiàn)了從定性到定量應用的轉變。”鄭國光說。
氣象“千里眼”的功能非常強大，它不光能監(jiān)測臺風，還為提高我國暴雨、洪澇、干旱、冰雪、沙塵暴、霧霾監(jiān)測預報水平發(fā)揮了重要的作用。
據(jù)相關負責人介紹，利用風云衛(wèi)星反演的海表溫度、長波輻射、植被指數(shù)、積雪、大氣成分等產(chǎn)品已廣泛應用于全球和區(qū)域性氣象與氣候變化業(yè)務，為全面加強應對氣候變化能力建設提供客觀科學依據(jù)。
而從另外一重維度上看，鄭國光認為我國風云衛(wèi)星的發(fā)展意義則更為重大——“該系列衛(wèi)星能夠提升我國參與全球競爭的能力，增強了我國在相關國際活動中的話語權。不僅擺脫了發(fā)達國家的技術和業(yè)務壟斷，而且確立了我國在地球觀測領域的國際地位。”
難題： 世界性預報短板如何破解
迄今為止，我國已成功發(fā)射了由中國航天科技集團公司抓總研制的14顆氣象衛(wèi)星。其中7顆衛(wèi)星在軌運行，實現(xiàn)了極軌氣象衛(wèi)星升級換代和上、下午星組網(wǎng)觀測，形成了靜止氣象衛(wèi)星“多星在軌、統(tǒng)籌運行、互為備份、適時加密”的業(yè)務運行格局。
在市場中，國內接收與利用風云衛(wèi)星資料的用戶已超過2500家，為氣象、海洋、農業(yè)、林業(yè)、水利、交通、航空、航天、環(huán)保等領域提供了大量科學數(shù)據(jù)，支持了78個國家重點科研項目，為我國防災減災、應對氣候變化、保障生態(tài)文明建設等作出了重要貢獻。
風云氣象衛(wèi)星在國際觀測領域的地位越來越高，影響越來越大。風云氣象衛(wèi)星以其先進的技術水平、運行的可靠性和較高的穩(wěn)定性，與美國、歐洲風云氣象衛(wèi)星一起成為全球對地觀測網(wǎng)中名副其實的主力軍，承擔起全球對陸地、大氣、海洋、地表環(huán)境全天候連續(xù)觀測的責任。
不過，從客觀角度來說，目前，國內外氣象衛(wèi)星也還有不少進步空間。
面對越來越頻發(fā)的極端天氣，各國氣象衛(wèi)星由于客觀因素所限，在監(jiān)測方面還有力不從心的地方。
國家衛(wèi)星氣象中心主任楊軍說，這些短板可以從兩方面來理解，“一是衛(wèi)星資料空間、時間分辨率不夠，影響小尺度強對流云團上沖云頂特征連續(xù)監(jiān)測和清晰識別；二是靜止衛(wèi)星目前還不能穿透云層看到云團內部，無法獲得垂直運動等更多信息。”
氣象專家表示，中小尺度災害性天氣監(jiān)測預警需要更高時空分辨率的觀測，而這一點是短板，且是世界性的短板。也就是說，我國風云衛(wèi)星不具備預報小區(qū)域極端天氣的能力。從目前來看，世界上任何一個國家氣象衛(wèi)星也都不具備這種監(jiān)測能力。
需要提高風云氣象衛(wèi)星觀測的時空分辨率，才能有效防范氣候變暖背景下呈多發(fā)、重發(fā)態(tài)勢的氣象災害和衍生災害，保障我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全。
在風云四號衛(wèi)星總設計師董瑤海看來，存在這種短板的原因是世界上在軌運行的高軌道氣象衛(wèi)星并沒有技術能力安裝微波探測器，而地面雷達探測范圍有限，所以并不是每個小區(qū)域極端天氣都能夠被氣象部門盡收眼底。
不可否認的是，目前我國在軌的氣象衛(wèi)星核心遙感儀器的時間空間光譜分辨率主要性能指標仍與美國、歐洲、日本的氣象衛(wèi)星存在一定差距。董瑤海說，“不過，我國在低軌道氣象業(yè)務衛(wèi)星級水平上已經(jīng)與歐美國家相當，有些儀器水平甚至已經(jīng)達到更高水平。”
未來： 按需布局 創(chuàng)新發(fā)展
經(jīng)過幾十年來氣象科技工作者和航天科技工作者的不懈努力，風云系列衛(wèi)星走過了從無到有、從小到大、從弱到強的發(fā)展之路，已成為全球對地觀測業(yè)務衛(wèi)星序列的重要成員。
據(jù)統(tǒng)計，風云氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的廣泛應用大幅減少了我國臺風、暴雨、洪澇等災害性天氣造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失。據(jù)不完全估算，僅2010年氣象衛(wèi)星投入產(chǎn)出效益比就已經(jīng)達到1：50。
用國防科工局副局長吳艷華的話來說，未來10到15年，將是我國氣象衛(wèi)星快速發(fā)展的黃金期。站在巨人的肩膀上，我國氣象衛(wèi)星如何向著更高的目標再邁一步，實現(xiàn)彎道超車，已經(jīng)成為刻不容緩的議題。
對此，鄭國光認為，風云衛(wèi)星研制要不斷創(chuàng)新，同時，應對氣象衛(wèi)星的軌道提出更加合理的布局，要在傳承大的綜合衛(wèi)星平臺同時，根據(jù)實際需要探討利用新的平臺，研究發(fā)展單一任務的小衛(wèi)星。
他認為，我國氣象衛(wèi)星要進一步分析應用需求和技術指標關系，提出更加符合實際需求的技術指標體系，加強關鍵部件的功能，提升衛(wèi)星平臺和遙感儀器的質量和技術水平。
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，體系建設一樣必不可少。
在楊軍看來，協(xié)同發(fā)展也很重要，構建對地觀測的新體系，遵循衛(wèi)星研發(fā)的客觀規(guī)律，做到遙感儀器研發(fā)先于衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展、應用技術研究先于應用系統(tǒng)的建設。
“建議將風云氣象衛(wèi)星的觀測與地基空基觀測進一步統(tǒng)籌考慮。”楊軍認為，“未來，我國應該推動天地空一體化的系統(tǒng)監(jiān)測優(yōu)化，并將其作為國家空間基礎設施的重要組成部分，與陸地遙感和海洋遙感衛(wèi)星系列共同協(xié)作，形成我國對地觀測的新體系。”
在衛(wèi)星應用方面，相關專家建議，應該充分利用移動互聯(lián)、智能終端、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術，充分考慮統(tǒng)籌用戶一般性需求和專業(yè)用戶個性化需求，建立完善高效便利的數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)，強化風云衛(wèi)星和其他衛(wèi)星資料綜合應用，提高氣象監(jiān)測預報服務等能力和水平，提高風云氣象衛(wèi)星綜合應用效率。
遠大的理想還要腳踏實地逐步實現(xiàn)。今年下半年，我國風云四號衛(wèi)星將要出征太空，以此為標志，我國氣象衛(wèi)星發(fā)展將踏上新的征程。
據(jù)董瑤海介紹，與我國現(xiàn)有氣象衛(wèi)星相比，風云四號衛(wèi)星探測通道更多，探測精度更高，尤其是其時間分辨率可以比風云二號衛(wèi)星提高整整一倍。不僅如此，風云四號衛(wèi)星還配備了世界首個高軌氣象衛(wèi)星垂直探測儀，可以直接為大氣做“CT”。
“氣象衛(wèi)星的發(fā)展面臨‘慢進則退’的嚴峻挑戰(zhàn)，而我們正在不斷努力。中國用幾十年的時間使風云衛(wèi)星取得了今天的成果，之后更高效地助力防災減災，引領世界氣象衛(wèi)星領域大潮的時刻還會遠嗎？”董瑤海反問道。