一文讀懂風雲氣象衛星50年如何改變，未來兩次發射“值得期待”

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其中風雲一號、風雲三號等以奇數作為標記的風雲衛星屬於“極軌氣象衛星”。它運行在距離地面約700公里的軌道上，每天繞著地球飛行14圈，可以把地球表面均勻無縫隙地觀測一遍。風雲二號、風雲四號等偶數標記的衛星是靜止軌道衛星，它們運行在距離地面3.58萬公里的地球同步軌道上，相對地球保持靜止，可以觀測地球表面1/3的固定區域，保證對同一目標地區進行持續不斷的氣象觀測。“靜止軌道衛星遠有遠的好處，站得高看得遠，而極軌衛星比較低，看得更仔細，這兩種衛星的搭配構成了中國風雲衛星的觀測網。”

中國由此成為世界上唯一同時擁有極軌和靜止兩個系列氣象衛星的發展中國家。在50年的發展曆程中，依靠一代代科學家不斷探索、攻艱克難，從零開始的風雲衛星以“小步快跑”的方式，實現從跟跑到局部領跑的跨越。楊軍透露，2016年發射的中國第二代靜止氣象衛星風雲四號A星對中國區域可實現每5分鐘一次的觀測覆蓋，最高分辨率從1.25公里提高到500米，並且在全球首次實現靜止軌道大氣高光譜垂直探測，綜合探測水平國際領先。2017年發射的風雲三號D衛星搭載有世界上首台能獲取全球250米分辨率紅外分裂窗區資料的成像儀器，可以每日無縫隙獲取全球250米分辨率紅外圖像，這種獨步天下的能力為全球生態環境、災害監測和氣候評估提供中國觀測方案。“風雲衛星在體系上非常完整，可以說，其他國家擁有的探測能力我們都有，我們所有的，他們有些沒有。”

此外，風雲衛星的空間覆蓋性非常巨大，從中國東邊的西太平洋到中國本土，再延伸到印度洋，實現靜止軌道全覆蓋，這種能力同樣在亞太區域獨一無二。例如閃電監測是新一代氣象衛星的重要功能，最近肆虐美國加州的山火大都就是由於雷擊引燃幹枯林地所致。風雲氣象衛星工程副總設計師唐世浩介紹說，目前只有美國和中國的靜止氣象衛星擁有閃電成像儀，但美國衛星監測範圍僅限於美國及周邊區域，歐亞地區只有風雲衛星具備靜止軌道閃電監測能力。

減災方面效果明顯

楊軍表示，按照國際通行的標准計算，風雲衛星在減輕災害損失、服務經濟社會發展所產生的效益非常高，投入產出可以達到1：40。他介紹說，中國是自然災害非常嚴重的國家，每年強降水導致的洪澇和泥石流、幹旱和大風引發的沙塵暴、閃電引燃的森林火災等自然災害頻發，其中70%以上的自然災害就是因為氣象原因造成的。“氣象問題研究透了，除了地震以外的大部分災害都能搞明白，這也是為什麼各國都在大力發展氣象衛星的原因。”

唐世浩介紹說：天氣預報的精度與同化的氣象衛星資料數量成正比。在氣象防災減災時，由於得到大量衛星資料，使台風的路徑預報、強度預報越來越准。自從風雲二號衛星投入運行以來至2020年8月底，西太平洋生成的566個台風、登陸我國的165個台風監測無一漏網。風雲四號衛星投入運行後，我國對台風、暴雨等災害天氣監測識別時效從15分鐘提高到5分鐘，暴雨預警准確率提高到89%，24小時台風路徑預報平均誤差從95公里減小到71公里，優於美國、日本等國。中國氣象局初步建成世界一流的防災減災預警服務體系，被世界氣象組織認定為世界氣象中心之一。

但要打造如此精准的預報能力，除了攜帶各種專業設備外，對氣象衛星平台自身也提出很高的要求。作為防災減災第一道防線，氣象衛星必須由多顆衛星組成星座，通過協同工作“抓早抓小”，第一時間發現各種災害的發生並記錄整個過程。例如森林火災有時是晚上發生，如果當時沒有衛星及時發現，等到第二天火災可能已經呈現燎原之勢了。

此外，現代氣象衛星的服役壽命動輒八年到十年，一旦出現故障難以維修，而且氣象觀測是24小時連續不斷的，這種特殊的使命要求氣象衛星必須要提供穩定、長期的服務，不允許“今天有明天沒有”，或者時好時壞。這對衛星的穩定性提出了很高的要求，在此領域，我們是下了很大的功夫才解決了風雲衛星的高可靠性和長壽命問題，衛星實際壽命大多都在十年以上。

未來兩次發射“值得期待”

在談及風雲衛星的下一步發展計劃時，楊軍透露，我們即將發射的風雲四號B星和風雲三號E星“值得期待”。他介紹說，風雲三號E星是國際上第一個在晨昏軌道上運行的氣象衛星。此前全球極軌氣象衛星都是上午或者下午觀測，因為這個時間段光線好，衛星圖象的效果好。但如今科學家們發現，淩晨和黃昏的觀測也很重要，但此時天色似亮未亮，挑戰要大得多。目前對這個時間段存在觀測空缺，風雲三號E星就是為了彌補這一空白。“中國晨昏軌道衛星在國際上非常引人矚目。幾年前中國宣布這個計劃時，世界氣象組織的會場上馬上響起掌聲，認為中國此舉將增強全球數值天氣預報能力，提高預報水平。這顆衛星不僅是幫助中國自己，全世界都會受益。”

而風雲四號B星是風雲四號第一顆業務星，它的發射將標志著風雲四號正式進入業務運行，使中國的靜止氣象衛星和氣象業務全方位地升級提速。它新增的快速成像功能同樣獨步天下。因為天氣系統瞬息萬變，瓢潑大雨可能轉瞬即逝，以往氣象衛星每隔半小時才能觀測一次，很可能錯過這些動向。而風雲四號B星具備在靜止軌道高精度分鐘級成像能力，可以通過非常壯觀、清晰平滑的動畫，讓天氣系統的變化，第一次高清晰全天候地呈現在我們眼前。▲