「風雲四號」如何捕捉霧霾、沙塵暴行蹤？

作者：中科院上海技物所

監製：中國科學院計算機網路信息中心 中國科普博覽

圖片來源見水印

上周，北方地區沙塵暴肆虐，這一過程被我國新一代靜止氣象衛星——「風雲四號（FY-4）」的掃描成像輻射計拍攝了下來。

對於每15分鐘就要給地球「照一次相」的 「風雲四號」來說，這也是它在沙塵天氣監測上的首秀。據氣象專家估算，衛星可視的沙塵監測面積約為19.2萬平方公里。

那麼，「風雲四號」究竟是憑藉什麼本領，來監測沙塵、霧霾等天氣狀況的呢？

「風雲四號」氣象衛星於去年12月11日發射，其上搭載著中國科學院上海技術物理研究所研製的多通道掃描成像輻射計。與第一代靜止軌道氣象衛星「風雲二號」掃描輻射計（同樣由上海技物所研製）相比，「風雲四號」上搭載的多通道掃描成像輻射計有著「一多三高」的特點，這使其在技術上實現了代際跨越。

一多：多通道光譜觀測

在「風雲四號」上，光譜的探測波段由5個升至14個，輻射計的光譜探測通道可以覆蓋0.45微米可見光至13.8微米甚長波紅外波段，也就意味著輻射計一次可以得到14張單色圖片。

下面這些圖從第二張開始就是風雲四號輻射計獲取的第一套14幅單通道圖像。

這些單通道圖像有什麼用呢？氣象專家通過多個通道的圖像進行合成，可以衍生出百餘種氣象產品，從而對很多自然和天氣現象進行監測。

比如這次對沙塵暴的跟蹤，就是利用上圖第二、第三、第四高解析度波段進行合成，連續數小時監測而來。

從普通公眾的角度看，滾滾而來、鋪天蓋地的黃色沙塵直接就可以目測判定，而在氣象專家的眼裡，沙塵確認卻還需要經歷一個複雜的多參數比對過程。

風雲四號氣象衛星動態監測圖像（2017.5.4 8-10時）

再比如，霧霾監測也是其衍生氣象產品之一，下圖是對孟加拉灣北部的一個霧霾監測圖，在這張圖中，灰色的就是霧霾，而白色的是雲還有雪。

孟加拉灣北部灰霾監測圖

三高：高空間、時間、溫度解析度

掃描輻射計的可見光波段最高空間解析度可達500米，可以幫助氣象專家「看」得更精細。15分鐘完成一次全圓盤成像，對地球同一區域可實現24小時連續多光譜觀測成像，每天獲取96幅地球全圓盤多光譜圖像，可以更準確預測大氣運動方向和氣候影響範圍。

24小時的地球風雲

值得一提的是，輻射計還具備靈活的快速區域成像功能。在30秒內可對1000km×1000km（一百萬平方公里）範圍進行一次多光譜觀測，在一定時間內獲得特定區域內比全圓盤圖像時間頻次高得多的區域雲圖。

用這些氣象產品可以對短時天氣現象進行高頻次密集觀測和跟蹤，積極應對颱風等突發性災害天氣。

輻射計紅外波段的溫度解析度優於0.1度，這個精度達到了數值天氣預報對源數據的要求。數值天氣預報對幾小時之內的短期天氣預報和15天以上的中長期天氣預報將有很好的預期。

這些高性能數據產品將在更多的氣象觀測領域得到廣泛應用，期待中華牌「風四」為社會大眾帶來更多驚喜。

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