風雲四號給大氣做「CT」 拍閃電測颱風 觀天象知冷暖

　　12月11日零時11分，我國新一代靜止軌道氣象衛星首發星風雲四號在西昌衛星發射中心成功發射。這可不是一顆普通的氣象衛星，風雲四號的成功發射，將引領我國靜止軌道氣象衛星的升級換代，在技術上實現了從跟跑向並跑的重大跨越，達到世界先進水平，是我國從航天大國向航天強國邁進的又一重要標誌。

　　在36000公里高空24小時「站崗」，1秒能拍攝500張閃電圖

　　氣象衛星可以說是離百姓生活最近的衛星。我們平常看到的天氣預報，首先就要通過氣象衛星裝載的各種探測儀器獲得不同的衛星氣象雲圖和遙感數據，然後通過雲圖及數據反演出大氣要素，並應用到天氣預報模型中，再根據方程的運算得到未來的天氣。隨著風雲衛星的發展，我國天氣預報的準確率從上世紀70年代的約50%，提高到了現在的90%。

　　「我國的風雲氣象衛星分為極軌氣象衛星和靜止軌道氣象衛星兩種，其中單數編號的風雲一號、風雲三號是極軌氣象衛星；偶數編號的風雲二號、風雲四號是靜止軌道氣象衛星。」國防科工局系統工程司副司長趙堅介紹，極軌氣象衛星逆地球自轉方向環繞北極和南極、與太陽同步；靜止軌道氣象衛星則懸在赤道上空36000公里處、與地球保持同步運行，相對地球是不動的。我國是世界上少數幾個同時擁有極軌氣象衛星和靜止軌道氣象衛星的國家之一。

　　據介紹，風雲四號是我國新一代靜止軌道氣象衛星的首發星，也是我國首顆高軌三軸穩定定量遙感衛星。衛星發射重量5400公斤，設計壽命7年，成功突破了圖像定位與配准等20餘項重大關鍵技術，填補了我國多項技術空白，整體性能達到歐美最新一代靜止軌道氣象衛星的水平。風雲四號通過獲取地球表面和雲的多光譜、高精度、定量觀測數據和圖像，能夠有效提高天氣預報和氣候預測水平，增強生態環境監測能力。

　　「圖像定位與配准就是衛星通過實時測量計算，消除姿態變化等各種影響成像的因素，使衛星在36000公里的『眼睛』永遠瞄準我們想讓它看的地方，同時在拼接拍攝的圖像時做到零誤差。」風雲四號衛星總設計師董瑤海說。

　　風雲四號衛星地面應用系統總師張志清用幾個「更」來形容這顆新衛星。眼睛更銳利——空間解析度最高達500米；反應更敏捷——區域觀測時間解析度可達1分鐘；光譜解析度更高——可以看到更多的大氣和地物特徵。

　　趙堅進一步解釋：「比如說閃電監測資料，風雲四號裝載了我國自主研製的閃電成像儀，一秒鐘可以拍攝500張閃電圖，探測區域範圍內的閃電頻次和強度，進而實現對強對流天氣的監測與跟蹤，提供閃電災害預警，這在國內是首次應用。」

　　「與風雲二號相比，風雲四號的成像時間解析度提高一倍。」趙堅介紹，風雲四號單星即可完成風雲二號雙星組網才能實現的15分鐘全圓盤成像，觀測1000×1000公里區域只需1分鐘，能力超過風雲二號，與歐美新一代靜止軌道氣象衛星相當。

　　再如對颱風分析和預報方面，風雲四號能夠每3分鐘對颱風區域進行觀測，高頻次觀測可提供颱風雲結構及其演變的精細化動態信息，特別是對颱風眼區的監測，可彌補目前在軌衛星雲圖解析度和時間解析度不夠高的缺點，為颱風定位、定強提供更可靠更精細的觀測資料。

　　首次將成像和垂直觀測相結合，可以對大氣進行切片觀察

　　董瑤海表示，作為我國新一代靜止軌道氣象衛星，風雲四號衛星不僅技術新，而且平台新，採用了全新的總體方案、全新的載荷配置，關鍵技術突破多、自主創新成果多。衛星首次使用了中國航天科技集團八院全新研製的SAST5000平台，具有承載能力大、質心低、力學響應小、對地面大等特點。與風雲二號類似陀螺旋轉的自旋穩定方式不同，風雲四號採用了三軸穩定方式，可以輕鬆實現在高空對地球的24小時凝視，對地觀測時間利用率接近80%，達到國際先進水平。

　　載荷新也是風雲四號的突出亮點。董瑤海頗為自豪：「風雲四號是國際上首顆同時裝載多通道掃描成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀的高軌氣象衛星。」

　　據介紹，多通道掃描成像輻射計的成像通道從風雲二號的5個增加到了14個，覆蓋3個可見光和11個短波紅外、中波紅外和長波紅外等波段，通道數量提升近3倍，其技術指標與美國剛剛發射的GOSE—R衛星相當。同時，星上輻射定標精度達到1K、靈敏度0.1K，也就是說，衛星在測量地面溫度時誤差小於1攝氏度，只要發生0.1攝氏度的變化就能感知出來。

　　「風雲四號還是國際上首個在二維成像觀測的同時，實現對大氣的垂直分層三維觀測的衛星。」風雲四號衛星工程總師李卿介紹，這有賴於最新研製的干涉式大氣垂直探測儀，這在國際上也是首次裝載於氣象衛星上。探測儀的探測通道超過1600個，可在垂直方向上對大氣結構實現高精度定量探測。專家打了個比方：這個新儀器不僅實現了從黑白電視機向彩色電視機的跨越，還可以對大氣做CT掃描，進行切片觀察，大大提高了氣象觀測的能力。

　　李卿表示，美、歐把成像輻射計和干涉式垂直大氣探測儀分別裝在兩顆衛星上，以避免兩台大型光學儀器運動部件帶來的動力學干擾等技術問題，但我國通過採用圖像定位與配准系統和微振動抑制系統，解決了世界性難題，實現了兩台載荷同時工作，達到國際領先水平。

　　將提供更多更精準的數據，能預報氣象也能監測災害污染

　　目前中央電視台天氣預報的衛星雲圖基本上來自在軌運行的風雲二號E、F、G三顆星。風雲四號衛星正式投入業務運行後，將逐步接替風雲二號衛星，提供更加及時和高精度的觀測數據，進一步提高天氣預報的準確率。

　　今後，風雲四號將提供包括雲、輻射、溫濕度、大氣、導風、閃電等30多種數據產品，可為我國及周邊地區的短時氣象預報、颱風監測、環境及污染監測、自然災害監測、森林防火、糧食畝產等提供服務，產品的種類、數量以及定量化指標均較之前的衛星產品有顯著提升。

　　據統計，風雲氣象衛星的雲圖每年被數以億計的引用，成為國內最大的遙感衛星資料庫。在國際上，風雲衛星已經達到了國外同類衛星的先進水平，被世界氣象組織（WMO）列入國際氣象業務衛星序列。接收和應用風雲系列氣象衛星資料的國家和地區多達70多個，東半球的氣象預報主要靠我國的氣象衛星提供相關資料。

　　趙堅透露，根據《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015—2025年）》，明確與氣象事業緊密相關的有13顆衛星，其中全新研製的有大氣環境監測星、陸地生態系統碳監測衛星和靜止軌道微波探測星。

　　靜止軌道微波探測衛星將有力提升對快速變化的颱風、暴雨等災害性天氣系統的監測預警能力，成功發射後將與風雲四號靜止軌道氣象衛星組網運行，將大幅度增強我國對天氣預報，尤其是對降雨預報、氣候預測、自然環境和自然災害監測的能力。降水雷達測量衛星則將實現降水和雲雨大氣參數遙感探測，獲取融化層高度和厚度信息，有效提高降水數值預報的準確率。