我國首顆第二代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云-4升空

張志清董瑤海2丁雷3王淦泉3方翔張效信黃富祥

（1 國家衛(wèi)星氣象中心，2 上海航天技術(shù)研究院，3 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所）

我國首顆第二代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云-4升空

China's First Second-generation FY-4 Meteorological Satellite Launched

張志清1董瑤海2丁雷3王淦泉3方翔1張效信1黃富祥1

（1 國家衛(wèi)星氣象中心，2 上海航天技術(shù)研究院，3 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所）

2016年12月11日，我國第二代靜止軌道氣象衛(wèi)星的首發(fā)星風(fēng)云—4由長征—3B運載火箭發(fā)射升空。它采用三軸穩(wěn)定控制，接替采用自旋穩(wěn)定的風(fēng)云—2，其連續(xù)性、穩(wěn)定性可大幅度提高我國靜止氣象衛(wèi)星探測水平。衛(wèi)星的輻射成像通道由風(fēng)云-2的5個增加到14個，接近歐美第三代靜止氣象衛(wèi)星的16個通道。風(fēng)云—4還配備了有912個光譜探測通道的干涉式大氣垂直探測儀，可在垂直方向上對大氣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高精度定量探測，這是歐美第三代靜止氣象衛(wèi)星所不具備的。

1 任務(wù)概述

風(fēng)云-4是我國第二代靜止氣象衛(wèi)星，采用大型三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制平臺，裝載多種有效載荷，包括先進的靜止軌道輻射成像儀、靜止軌道干涉式紅外探測儀、閃電成像儀和空間天氣監(jiān)測儀器等。其中，干涉式紅外探測儀是國際上第一臺裝載在靜止軌道氣象衛(wèi)星上使用的同類儀器；閃電成像儀是國內(nèi)首次裝載在衛(wèi)星上，可實現(xiàn)對大氣中發(fā)生的閃電進行連續(xù)監(jiān)測；輻射成像儀的性能是我國靜止軌道氣象衛(wèi)星攜帶的同類儀器中最先進的。首發(fā)星為科研試驗衛(wèi)星風(fēng)云-4A，其主要任務(wù)是：①獲取地球表面和云的多光譜、高精度定量觀測數(shù)據(jù)和圖像，特別是高頻次的區(qū)域圖像。全面提高對地球表面和大氣物理參數(shù)的多光譜、高頻次、定量探測能力。②實現(xiàn)大氣三維結(jié)構(gòu)探測，獲得垂直分辨率和精度更高的溫度和濕度參數(shù)。③實現(xiàn)閃電成像觀測，獲取觀測覆蓋區(qū)范圍內(nèi)的閃電分布圖。④利用星載轉(zhuǎn)發(fā)器進行衛(wèi)星圖像和產(chǎn)品的廣播分發(fā)和自然災(zāi)害警報信息發(fā)布。⑤利用數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)自動收集多種地球環(huán)境參數(shù)資料。⑥監(jiān)測太陽活動和空間環(huán)境，為空間天氣預(yù)報業(yè)務(wù)和研究提供觀測數(shù)據(jù)。

2 主要特點

風(fēng)云-4與國際同期先進靜止氣象衛(wèi)星，如美國2016年11月19日新發(fā)射的首顆新一代靜止氣象衛(wèi)星—地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星-R（GOES-R）以及歐洲氣象衛(wèi)星組織的“第三代靜止氣象衛(wèi)星”（MTG）相比，處于相當(dāng)?shù)乃?，但在紅外大氣探測方面處于領(lǐng)先地位。風(fēng)云-4衛(wèi)星具有以下特點：

1）多。風(fēng)云-4單顆靜止軌道氣象衛(wèi)星裝載有效載荷最多。歐洲“第三代靜止氣象衛(wèi)星”分為成像衛(wèi)星（MTG-I）和探測星（MTG-S）兩種衛(wèi)星，分別裝載靈活組合成像儀和大氣紅外探測儀。美國“地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星”裝載先進的基線成像儀、閃電成像儀和空間天氣監(jiān)測儀器包。而風(fēng)云-4靜止氣象衛(wèi)星單顆衛(wèi)星就裝載4種有效載荷。不僅如此，為了驗證毫米波亞毫米波準(zhǔn)光學(xué)分光等微波探測關(guān)鍵技術(shù)，衛(wèi)星還搭載了微波探測儀試驗載荷，是同類衛(wèi)星裝載有效載荷種類和數(shù)量最多的。

2）精。風(fēng)云-4是我國靜止軌道衛(wèi)星中姿態(tài)測量與控制、觀測儀器指向鏡角度測量及控制精度最高的；衛(wèi)星的測距、定軌精度也是我國靜止軌道遙感衛(wèi)星中最高的。由于氣象衛(wèi)星主要是對大氣進行觀測，而地球的云覆蓋率約為1/3，特別是區(qū)域的臺風(fēng)和雨天，觀測得到的幾乎都是云的圖像，云圖應(yīng)用的基礎(chǔ)之一是將每個觀測的像素在地球上進行準(zhǔn)確地定位處理，所以在靜止軌道上對地成像的分辨率越高，需要衛(wèi)星的姿態(tài)測量和觀測儀器掃描鏡角度測量及控制精度越高。衛(wèi)星的空間位置是圖像定位的主要參數(shù)，是靠地面測距進行確定的。風(fēng)云-4采用了雙頻、多站測距的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)快速測距和定軌，定軌精度比風(fēng)云-2提高1個量級。圖像定位精度和輻射定標(biāo)精度都達(dá)到國際先進水平。

3）新。在風(fēng)云-4衛(wèi)星上裝載了通道最多、成像最快的輻射成像儀，它有14個光譜通道（目前風(fēng)云-2上的掃描輻射成像儀為5個通道），全圓盤成像時間為15min（風(fēng)云-2為30min）。國際上首次在靜止軌道氣象衛(wèi)星上裝載了干涉式紅外探測儀，光譜通道達(dá)到1600個，可以實現(xiàn)對大氣的溫濕度結(jié)構(gòu)的三維探測。我國首次在衛(wèi)星上裝載閃電成像儀，能實現(xiàn)全天時對發(fā)生在大氣中的總閃電（云內(nèi)閃、云間閃和云地閃）分布進行實時監(jiān)測。同時，我國首次在衛(wèi)星上裝載了磁通門磁強計，用于對空間磁場進行探測。

4）靜。風(fēng)云-4衛(wèi)星裝載的干涉式紅外探測儀是光譜測量載荷，其正常工作時不僅需要物像間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而且要求確定光譜位置和干涉圖的對比度變化。在風(fēng)云-4衛(wèi)星平臺上運動部件多，如動量輪、掃描機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、制冷機等，它們產(chǎn)生的振動或振蕩叫微振動。微振動會誘發(fā)干涉儀動鏡傾斜或動鏡運動系統(tǒng)共振，造成光程差超差，導(dǎo)致光譜圖無法反演或出現(xiàn)“鬼線”，其高頻頻率成分會直接進入分析光譜內(nèi)，混淆真實譜線。分析和試驗表明，在探測儀動鏡模態(tài)頻率附近1mg的微線振動就會導(dǎo)致其光譜性能的明顯退化，在特定頻段內(nèi)，20mrad/s2量級的角振動就能使載荷的掃描鏡控制精度明顯下降。所以，微振動抑制是一項關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過針對性的微振動抑制設(shè)計和措施，使微振動在探測儀動鏡模態(tài)頻率附近達(dá)到小于0.1mg，全頻段的角振動量小于10mrad/s2，完全滿足星載儀器的正常工作要求。

3 平臺簡介

風(fēng)云-4衛(wèi)星采用六面柱體構(gòu)型、貯箱平鋪方案，具有對地面積大、質(zhì)心低等優(yōu)點，可保證載荷對安裝面積更大的要求，同時降低發(fā)射過程中載荷的振動響應(yīng)；采用單太陽電池翼方案，預(yù)留完整的對應(yīng)一側(cè)用作載荷輻射制冷器的散熱面，保證高精度定標(biāo)需求；采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制，與自旋穩(wěn)定方式相比可明顯增加對地掃描成像和探測的時間；采用雙總線體制，星務(wù)管理由低速1553B總線實現(xiàn)，載荷觀測數(shù)據(jù)采用空間線（SpaceWire，一種專門用于航天器高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€標(biāo)準(zhǔn)）傳輸，配置靈活、可靠性高。風(fēng)云-4衛(wèi)星設(shè)計壽命7年，發(fā)射質(zhì)量5400kg。

風(fēng)云-4衛(wèi)星平臺包括結(jié)構(gòu)、熱控、姿軌控、推進、電源、測控、數(shù)管、總體電路、數(shù)傳、轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)收集等分系統(tǒng)。

風(fēng)云—4靜止氣象衛(wèi)星總裝狀態(tài)

4 有效載荷

風(fēng)云-4裝載了多種先進有效載荷。

先進的靜止軌道輻射成像儀

先進的靜止軌道輻射成像儀是我國第一臺在三軸穩(wěn)定的靜止軌道氣象衛(wèi)星上裝載的全譜段可見光/紅外成像載荷。與風(fēng)云-2掃描輻射計相比，其光譜通道數(shù)量大幅增加，空間分辨率和時間分辨率成倍提高，溫度分辨率明顯提高，光譜分辨率顯著提高，輻射定標(biāo)精度進一步提升。載荷具有靈活的區(qū)域成像功能，可獲取地球表面和云的多光譜、高精度定量觀測數(shù)據(jù)和圖像，包括晝夜的地球全圓盤圖像、高頻次的區(qū)域圖像，可全面提高對地球表面和大氣物理參數(shù)的多光譜、高頻次、定量探測能力。它采用雙掃描鏡結(jié)合三反射光學(xué)系統(tǒng)、線列陣探測器和輻射制冷器的掃描成像技術(shù)方案，成像時東西掃描鏡和南北掃描鏡分別進行線性掃描和步進掃描，東西方向是從東到西、從西到東往復(fù)式掃描，南北方向是從北到南步進掃描；采用高精度掃描控制系統(tǒng)確保圖像配準(zhǔn)精度和成像分辨率。其主要性能為：14個探測通道，覆蓋可見光至長波紅外譜段范圍(0.45～13.8μm)；空間分辨率按通道分別為0.5km、1km、2km、4km；可見光/近紅外通道信噪比優(yōu)于150～400dB；紅外通道溫度靈敏度優(yōu)于0.05～0.3K；輻射制冷工作溫度達(dá)到80K；全圓盤成像時間分辨率15min；恒星敏感-6等星信噪比大于16；掃描鏡靜態(tài)指向不確定度優(yōu)于2″（3σ），成像段動態(tài)指向不確定度優(yōu)于1.5″（3σ）；該載荷具有在軌全光路、全譜段的定標(biāo)功能，實現(xiàn)紅外優(yōu)于1K、反射波段優(yōu)于5%的定標(biāo)精度。

先進的靜止軌道輻射成像儀

靜止軌道干涉式紅外探測儀

閃電成像儀

靜止軌道干涉式紅外探測儀應(yīng)用邁克爾遜干涉原理進行高光譜測量，并通過傅里葉變換獲得探測目標(biāo)的紅外吸收光譜，同時具有光譜分辨率高和探測靈敏度高的優(yōu)勢，能高頻次地對被觀測區(qū)域進行大氣的溫濕度廓線和痕量氣體含量的高精度探測，實現(xiàn)大氣溫度和濕度參數(shù)的三維垂直結(jié)構(gòu)觀測，為數(shù)值天氣預(yù)報提供輸入數(shù)據(jù)，為災(zāi)害性天氣監(jiān)視和大氣化學(xué)成份探測服務(wù)，這是遙感領(lǐng)域紅外光譜技術(shù)的一次躍升。該載荷是世界上首臺在靜止軌道上對大氣進行高光譜觀測的紅外儀器，具有獨創(chuàng)性。采用二維掃描鏡配合離軸主望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)收集大氣能量、通過機械制冷機冷卻面陣探測器和輻射制冷器冷卻后光路、動鏡式傅立葉干涉儀進行探測的總體設(shè)計方案。機械制冷機實現(xiàn)60K的制冷溫度，冷卻長波32×4焦平面陣列光導(dǎo)探測器到65K溫區(qū)、中波32×4焦平面陣列探測器到75K溫區(qū)。它由兩塊平面掃描鏡、掃描機構(gòu)、高精度角度傳感器、掃描控制及驅(qū)動裝置組成掃描系統(tǒng)，在東西和南北兩個方向上作步進-駐留掃描。其主要性能為：探測4.44～6.06μm和8.85～14.3μm譜區(qū)的中長波紅外輻射光譜分布；光譜分辨率達(dá)到0.625cm-1；中波紅外波段靈敏度優(yōu)于0.1mW/m2·sr·cm-1，長波紅外波段靈敏度優(yōu)于0.5mW/m2·sr·cm-1；星下點空間分辨率為16km；可實現(xiàn)5000km×5000km區(qū)域“小時”級的探測。該載荷同時具有空間分辨率為2km的可見光凝視成像能力，進行云檢測；為確保穩(wěn)定探測，指向不確定度優(yōu)于±1″。

靜止軌道干涉式紅外探測儀

閃電成像儀

我國首次研制的星載閃電成像儀，能夠?qū)Ω采w區(qū)域的閃電進行實時、連續(xù)不間斷的觀測。它主要由光學(xué)系統(tǒng)、聚焦平面陣、實時事件處理器、格式編排器和電子控制等4部分組成。光學(xué)系統(tǒng)鏡頭有一個帶寬為1nm的窄帶濾光片，確保777.4nm波長的閃電光譜信號通過。由于閃電成像高達(dá)500幀/秒，數(shù)據(jù)量巨大，不可能將全部的原始數(shù)據(jù)實時傳輸至地面，所以將在星上進行實時處理后得到的閃電事件傳回地面。與此同時，為了驗證星載算法的正確性，以及為了獲得最優(yōu)算法參數(shù)再上注衛(wèi)星，可以選擇一個小區(qū)域原始閃電數(shù)據(jù)下傳至地面，這是我國閃電成像儀的一個技術(shù)特點。閃電成像儀星下點空間分辨率為7.8km，與國際同類衛(wèi)星基本相同。

空間天氣監(jiān)測儀器

風(fēng)云-4靜止氣象衛(wèi)星不僅是對地球大氣觀測的優(yōu)選平臺，也是對空間天氣和空間環(huán)境進行監(jiān)測的理想平臺。風(fēng)云-4衛(wèi)星上的空間環(huán)境監(jiān)測儀器中包含有高能粒子探測器、磁強計和空間天氣效應(yīng)探測器。

1）高能粒子探測器。它包括高能質(zhì)子探頭和高能電子探頭，可測量高能質(zhì)子（能量范圍為0.4～4 M e V）和高能電子（能量范圍：1～165MeV和大于165MeV），并且在三軸穩(wěn)定平臺的多個方向上安裝了粒子探頭，可進行粒子的多方向流量探測。

2）磁強計。它可測量地球矢量磁場，測量范圍±400nT，由2個磁通門探頭和一些電子學(xué)設(shè)備組成。磁場探測儀的電子學(xué)設(shè)備安裝在衛(wèi)星內(nèi)部，探頭則安裝在衛(wèi)星艙外6m長的伸桿上，采用雙探頭差分探測，可以得到衛(wèi)星周圍空間環(huán)境磁場。

3）空間天氣效應(yīng)探測器。它包括輻射總劑量探測器、表面電位探測器和深層充電探測器，這是我國首次在靜止軌道衛(wèi)星上同時搭載有空間環(huán)境和效應(yīng)探測儀器。

數(shù)據(jù)和產(chǎn)品轉(zhuǎn)發(fā)器

高能粒子探測器和輻射總劑量探測儀

磁強計、表面電位探測器和深層充電探測器

風(fēng)云-4衛(wèi)星攜帶有L頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)經(jīng)地面處理的觀測數(shù)據(jù)實時廣播。靜止氣象衛(wèi)星在國際上常被稱為天氣衛(wèi)星，這是由于其運行的軌道特點，可以對所觀測覆蓋區(qū)域的天氣及變化進行實時、連續(xù)、高頻次的監(jiān)測，這些數(shù)據(jù)對于天氣分析的時效性十分重要，要求數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綒庀笈_站。美國新一代靜止氣象衛(wèi)星設(shè)計了直接數(shù)據(jù)廣播鏈路（GOES-R ReBroadcast，GRB），廣播數(shù)據(jù)速率達(dá)到31Mbit/s。我國風(fēng)云-4直接廣播包括高速數(shù)據(jù)傳輸和低速數(shù)據(jù)傳輸，其中高速數(shù)據(jù)廣播傳輸速率達(dá)到20Mbit/s，以滿足不同的用戶。

數(shù)據(jù)收集轉(zhuǎn)發(fā)器

風(fēng)云-4繼續(xù)兼容風(fēng)云-2的數(shù)據(jù)收集功能。通過放置在海洋、海島、湖泊、高山、沙漠、森林、移動物體等處的數(shù)據(jù)收集平臺，可采集的多種地球環(huán)境信息發(fā)送到衛(wèi)星，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面接收站，進行實時、連續(xù)的數(shù)據(jù)收集。

災(zāi)害警報廣播轉(zhuǎn)發(fā)器

靜止氣象衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器天線方向圖覆蓋幾乎1/3的地球，使用國際電信聯(lián)盟全球劃分給靜止氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)的L頻段，具有無雨衰的得天獨厚的優(yōu)點。利用靜止氣象衛(wèi)星廣播災(zāi)害警報信息，具有及時、可靠、覆蓋面廣的優(yōu)勢。

5 應(yīng)用前景

風(fēng)云-4靜止氣象衛(wèi)星是世界上先進的氣象衛(wèi)星，此次設(shè)計建設(shè)的地面應(yīng)用系統(tǒng)是迄今最為復(fù)雜的地面系統(tǒng)。在衛(wèi)星發(fā)射入軌后，由空間段的衛(wèi)星和地面應(yīng)用系統(tǒng)共同構(gòu)成我國新一代的靜止氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，衛(wèi)星的原始觀測數(shù)據(jù)是現(xiàn)在運行的風(fēng)云-2的80倍，處理生成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)則是其160倍，用于天氣預(yù)報和服務(wù)的資料要實時分發(fā)給氣象預(yù)報中心、臺站與政府決策部門。充分體現(xiàn)了星地協(xié)同，穩(wěn)定可靠，自動高效，發(fā)揮效益的特殊性。

風(fēng)云-4靜止氣象衛(wèi)星高時空分辨率成像資料、閃電監(jiān)測資料、大氣三維溫濕度探測資料和空間天氣監(jiān)測資料，將在天氣監(jiān)測與預(yù)報、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對氣候變化、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和空間天氣監(jiān)測預(yù)警等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為氣象、農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)、環(huán)境、能源、航天航空、海洋和科技等提供更多的服務(wù)，為減少人民生命財產(chǎn)損失和社會發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。

天氣監(jiān)測與預(yù)報預(yù)警

利用衛(wèi)星上干涉式紅外探測儀數(shù)據(jù)反演得到的高頻次大氣溫濕度廓線及其派生的大氣不穩(wěn)定指數(shù)，可以提前有效監(jiān)測到暴雨系統(tǒng)發(fā)生前環(huán)境條件的變化，在還是晴朗無云的大氣中提前發(fā)現(xiàn)極端天氣的蛛絲馬跡。利用風(fēng)云-4高時空分辨率成像儀資料，可以提前檢測到小尺度但快速發(fā)展的初生對流。融合這些資料，在臨近預(yù)報中可實現(xiàn)對初生對流的判識，以及對成熟對流系統(tǒng)的識別、追蹤和外推預(yù)報。閃電是對流系統(tǒng)發(fā)展的示蹤信號，閃電成像儀對閃電的實時監(jiān)測，為監(jiān)測對流系統(tǒng)的發(fā)展提供重要信息。這些觀測能力的提升必將提高對暴雨、強對流天氣的短時臨近預(yù)報和預(yù)警的能力。

在臺風(fēng)分析和預(yù)報方面，能夠每分鐘對東西、南北各1000km的臺風(fēng)覆蓋區(qū)域觀測1次，高頻次的500m分辨率圖像可以提供臺風(fēng)云結(jié)構(gòu)及其演變的精細(xì)化動態(tài)信息，特別是對臺風(fēng)眼區(qū)的監(jiān)測，可彌補目前在軌衛(wèi)星云圖時空分辨率不夠高的缺點，為臺風(fēng)定位、定強提供更精細(xì)的觀測資料，將是監(jiān)測和預(yù)報其發(fā)生、發(fā)展、演變和消亡整個生命史的有力工具。

數(shù)值預(yù)報應(yīng)用

世界上首次在靜止衛(wèi)星上裝載的干涉式紅外探測儀將實現(xiàn)對我國及周邊地區(qū)1小時1次、間隔僅16km的密集的大氣溫濕分布的垂直探測，彌補陸地探空站間隔約200km，每天探測兩次的嚴(yán)重不足；成像儀資料可以提供高密度云導(dǎo)風(fēng)資料，水汽等高精度定量監(jiān)測產(chǎn)品，這些資料被同化進數(shù)值天氣預(yù)報模式中，可提高數(shù)值天氣預(yù)報特別是區(qū)域數(shù)值預(yù)報的精度，進一步提高短時臨近預(yù)報的精度。

氣候預(yù)測與氣候資源利用

厄爾尼諾／拉尼娜是氣候預(yù)測的強信號之一，風(fēng)云-4衛(wèi)星觀測范圍覆蓋西太平洋和印度洋海域，可密切監(jiān)測海表溫度的變化，為氣候監(jiān)測和預(yù)測提供有效的觀測依據(jù)；可以對亞洲季風(fēng)區(qū)多時間尺度對流活動進行實時監(jiān)測，如季風(fēng)環(huán)流、季風(fēng)降水以及亞洲夏季風(fēng)開始和結(jié)束時間、推進過程和強度等。另外，更加精細(xì)的可見光資料、云產(chǎn)品、入射太陽輻射產(chǎn)品是太陽能資源評估的重要參數(shù)。

災(zāi)害及環(huán)境監(jiān)測

試驗中的風(fēng)云-4衛(wèi)星

風(fēng)云-4具備高時空分辨率的特點，可以在諸如森林草原火災(zāi)、洪澇、霧霾、藍(lán)藻水華等災(zāi)害和環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮重要作用，除了可對災(zāi)害進行判識之外，還可以掌握其時變特征，監(jiān)測災(zāi)害發(fā)生的全過程。它還有一個特色，專門設(shè)置的高溫目標(biāo)中波紅外探測通道，對地表高溫信息敏感，可以對快速發(fā)展的中小面積火點進行識別和監(jiān)測。

高光譜分辨率成像儀資料可以反演大氣氣溶膠光學(xué)厚度，進而得到PM10和PM2.5濃度值，可以監(jiān)測大氣污染的時空變化，為污染監(jiān)測及防控提供重要數(shù)據(jù)。

人工影響天氣

一方面，綜合利用風(fēng)云-4、地面雷達(dá)、常規(guī)和數(shù)值預(yù)報資料，可在人影作業(yè)臨近時間，判識作業(yè)目標(biāo)的云系屬性和發(fā)展?fàn)顩r，包括層狀云和對流云的演變情況，輔助確定作業(yè)方案。另一方面，將風(fēng)云-4觀測與人影作業(yè)配合，可對作業(yè)效果進行云頂觀測分析和評估。

航空

風(fēng)云-4靜止氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)提供航空關(guān)注的云類型、云相態(tài)、對流、火山灰、閃電、高空湍流（對流層頂折疊）等監(jiān)測產(chǎn)品，可以用于飛行安全保障。

支持大氣科學(xué)前沿性探索

大氣科學(xué)的發(fā)展離不開觀測技術(shù)的提高，新的觀測數(shù)據(jù)將支持大氣科學(xué)的前沿性研究。比如快速發(fā)展對流的研究；利用3～4層不同高度云的相對移動可研究局地垂直風(fēng)切變；對中尺度對流系統(tǒng)云頂重力波分布進行研究等。

空間天氣應(yīng)用

風(fēng)云-4空間環(huán)境探測器數(shù)據(jù)可用于災(zāi)害性空間天氣事件的監(jiān)測，并對太陽活動、地磁環(huán)境、電離層和高層大氣環(huán)境以及衛(wèi)星運行環(huán)境開展預(yù)報服務(wù)。如高能粒子探測數(shù)據(jù)可直接用于預(yù)警一些潛在空間天氣威脅，太陽高能質(zhì)子（大于10MeV）事件實時監(jiān)測預(yù)警；高能電子（大于2MeV）流量數(shù)據(jù)可用于計算衛(wèi)星儀器發(fā)生充放電現(xiàn)象的概率，為衛(wèi)星儀器正常運行監(jiān)測提供服務(wù)；而粒子的投擲角分布則有助于進一步了解同步軌道粒子的動力學(xué)過程，提高對輻射帶環(huán)境的理解和認(rèn)識；地球同步軌道的磁場探測數(shù)據(jù)不僅可以驗證全球磁場模型，同化到磁場模型中支持高精度磁場模型構(gòu)建，還可以用于評估地磁活動水平，估算衛(wèi)星是否穿越磁層頂和舷激波，或者為一些空間天氣數(shù)值預(yù)報模型提供輸入，促進對太陽風(fēng)-磁層相互作用過程的科學(xué)理解；可以獲得衛(wèi)星充電、單粒子事件、輻射劑量和碎片等預(yù)警和預(yù)報指數(shù)，并在衛(wèi)星或載荷狀態(tài)異常時進行綜合分析，甄別是否由空間天氣事件引起，為衛(wèi)星在軌安全運行提供保障等。