風(fēng)云衛(wèi)星是怎樣預(yù)報(bào)天氣的？

2017-04-17 07:41:48倪偉周霞

太空探索 2017年2期

關(guān)鍵詞：氣象衛(wèi)星風(fēng)云天氣預(yù)報(bào)

□ 倪偉周霞

□ 倪偉周霞

衛(wèi)星云圖還原風(fēng)云變幻

天氣預(yù)報(bào)越來越準(zhǔn)了。以前人們出門看天，猜測(cè)天氣情況；現(xiàn)在出門看看手機(jī)上的天氣APP，半個(gè)月的天氣情況都一覽無余。

氣象衛(wèi)星對(duì)此居功至偉。茫茫太空中的氣象衛(wèi)星，就是敏于“察言觀色”、洞察風(fēng)云變幻的一雙雙“眼睛”。每一次氣象衛(wèi)星的技術(shù)進(jìn)步，都使得天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率進(jìn)一步提升，這是一個(gè)無止境的過程。

我們已經(jīng)習(xí)以為常的天氣預(yù)報(bào)，到底是如何利用氣象衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的呢？

衛(wèi)星云圖是天氣預(yù)報(bào)中使用的重要手段，五顏六色的衛(wèi)星云圖可以用來識(shí)別不同天氣系統(tǒng)，確定其位置，判別其發(fā)展階段和演變趨勢(shì)。例如，估計(jì)臺(tái)風(fēng)中最大風(fēng)速，預(yù)測(cè)對(duì)流云的降水強(qiáng)度等。

這些衛(wèi)星云圖都是由氣象衛(wèi)星從太空中的不同位置拍攝的，通過衛(wèi)星將大量觀測(cè)數(shù)據(jù)傳回地面站后，再還原合成準(zhǔn)確的云圖。我國(guó)氣象衛(wèi)星云圖，例如中央電視臺(tái)在天氣預(yù)報(bào)中使用的云圖，全部由上海航天技術(shù)研究院抓總研制的風(fēng)云系列衛(wèi)星拍攝。氣象研究人員每隔半小時(shí)或1小時(shí)選擇一幅云圖圖像，利用連續(xù)的12幅圖像合成云圖動(dòng)畫，便可以清晰地看到過去6小時(shí)～12小時(shí)里云團(tuán)的移動(dòng)和變化，從而判斷和預(yù)測(cè)天氣狀況。

氣象衛(wèi)星云圖分為太陽同步軌道氣象衛(wèi)星云圖和地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖。風(fēng)云一號(hào)和風(fēng)云三號(hào)位于距地面高度大約500千米～1000千米的太陽同步軌道上，拍攝太陽同步軌道氣象衛(wèi)星云圖，拍的是寬幅大照片。風(fēng)云二號(hào)和剛剛發(fā)射的風(fēng)云四號(hào)，定位在距地面約3.6萬千米的地球靜止軌道上，拍攝地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖，是局部高清圖片。

這兩種云圖相配合，既能獲取局部地區(qū)氣象狀態(tài)的細(xì)微變化，又能獲取全球范圍內(nèi)的宏觀氣象數(shù)據(jù)，能大大提升天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。隨著風(fēng)云衛(wèi)星的發(fā)展，我國(guó)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率從上世紀(jì)70年代的約50%，已經(jīng)提高到了現(xiàn)在的90%。

風(fēng)云四號(hào)正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，將逐步接替風(fēng)云二號(hào)提供更加及時(shí)和高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)。目前在軌運(yùn)行的風(fēng)云三號(hào)則為全球氣候變化和大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了重要觀測(cè)數(shù)據(jù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)云氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)每年被數(shù)以億計(jì)地引用，成為了國(guó)內(nèi)最大的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)。全球70多個(gè)國(guó)家和地區(qū)、全國(guó)超過2500家單位均在使用風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)。是精確的大氣觀測(cè)參數(shù)，這對(duì)衛(wèi)星提出了很高的定量化需求。何謂定量化？普通的遙感衛(wèi)星只需看到觀測(cè)區(qū)域的外部狀態(tài)即可，而氣象衛(wèi)星作為定量遙感衛(wèi)星，必須準(zhǔn)確測(cè)量觀測(cè)區(qū)域的溫度、濕度等各類數(shù)值，通俗來說，不僅要“看見”，還要“定量化”。

就拿風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星來說，衛(wèi)星選擇以青海湖為定標(biāo)場(chǎng)，在3.6萬千米之外對(duì)湖水溫度的測(cè)量誤差小于1度。同時(shí)，當(dāng)湖水溫度變化0.1度時(shí)，衛(wèi)星能夠準(zhǔn)確感知出來。

時(shí)時(shí)刻刻感知細(xì)微變化

風(fēng)云衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行和出色表現(xiàn)，使得我國(guó)在氣象衛(wèi)星領(lǐng)域躋身世界一流，與美、歐三足鼎立，提升了國(guó)際話語權(quán)。風(fēng)云衛(wèi)星與全球其他氣象衛(wèi)星一起，形成了對(duì)地球大氣、海洋和地表環(huán)境的全天候、立體、連續(xù)觀測(cè)的衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)。

通信衛(wèi)星與遙感衛(wèi)星是航天界炙手可熱的“寵兒”，成為有志者進(jìn)入航天領(lǐng)域首選的敲門磚，但氣象衛(wèi)星卻鮮有人貿(mào)然涉足。當(dāng)前，全球氣象衛(wèi)星也主要是由少數(shù)幾個(gè)國(guó)家發(fā)展。這充分說明了氣象衛(wèi)星技術(shù)難度之大。從天氣預(yù)報(bào)對(duì)氣象衛(wèi)星定量探測(cè)和連續(xù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的要求，我們可以窺知一二。

首先是定量探測(cè)。天氣預(yù)報(bào)求解大氣環(huán)境的動(dòng)力學(xué)方程的初始條件，

天氣是如此復(fù)雜，除了溫度，預(yù)報(bào)天氣的要素還包括濕度、壓強(qiáng)、風(fēng)等多種指標(biāo)。風(fēng)云四號(hào)將提供包括云、輻射、溫濕度、大氣、導(dǎo)風(fēng)、閃電等34種數(shù)據(jù)產(chǎn)品，產(chǎn)品種類、數(shù)量以及定量化指標(biāo)，均較之前的衛(wèi)星有顯著提升。

其次是連續(xù)業(yè)務(wù)工作。所謂連續(xù)業(yè)務(wù)運(yùn)行就是氣象衛(wèi)星不允許出現(xiàn)任何差錯(cuò)，全年“365天×24小時(shí)”時(shí)刻當(dāng)班，這是近乎嚴(yán)苛的運(yùn)行要求，衛(wèi)星需要具備極高的可靠性與時(shí)效性。

如果哪天衛(wèi)星不能提供云圖，天氣預(yù)報(bào)就將缺席，或者準(zhǔn)確性大大降低，對(duì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、交通、生活等各方面將造成不可估量的影響。

風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命達(dá)7年之久，成功發(fā)射只是開始，接下來的7年里，這顆“高精尖”衛(wèi)星每一刻都面臨著考驗(yàn)?！?/p>

FY2F-VIS(20120206)第一幅彩色合成圖像

（《中國(guó)氣象報(bào)》提供部分圖片）

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風(fēng)云氣象衛(wèi)星大家族

編者按：

我國(guó)氣象衛(wèi)星的發(fā)展開始于20世紀(jì)60年代末70年代初，目前，已累計(jì)發(fā)射14顆氣象衛(wèi)星，包含風(fēng)云一號(hào)、三號(hào)極軌衛(wèi)星和風(fēng)云二號(hào)靜止衛(wèi)星，其中7顆在軌運(yùn)行。氣象衛(wèi)星家族日益龐大，2016年12月11日，家族又添一員大將——風(fēng)云四號(hào)，我們一起來扒一扒風(fēng)云大家族吧！

拳有南北，風(fēng)云氣象衛(wèi)星家族也分兩大派：極軌派和靜止派。