風(fēng)云不再莫測(cè)

文/倪偉 周霞

風(fēng)云不再莫測(cè)

文/倪偉 周霞

▲ 2017年9月25日～28日，微信啟動(dòng)頁(yè)面更換為風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星云圖

新中國(guó)成立后，對(duì)我國(guó)影響最嚴(yán)重的20個(gè)臺(tái)風(fēng)中，近3/4發(fā)生于1988年之前。而從臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)中心氣壓和最大風(fēng)速等數(shù)據(jù)來(lái)看，1949年以來(lái)登陸我國(guó)最強(qiáng)的8個(gè)臺(tái)風(fēng)中，有一半產(chǎn)生于1988年以后。可見(jiàn)，近30年來(lái)登陸我國(guó)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)并沒(méi)有減少，但每一次造成的損失都不及前30年的臺(tái)風(fēng)災(zāi)難，甚至不及其一個(gè)零頭。建國(guó)之初，一次臺(tái)風(fēng)動(dòng)輒導(dǎo)致數(shù)千人遇難，而2014年，在海南登陸的威馬遜造成的遇難人數(shù)為56人。

臺(tái)風(fēng)依然可怕，但不再如幾十年前那樣讓人恐怖。這樣的感受，同樣適用于洪澇、干旱、暴雨、沙塵暴等自然災(zāi)害事件。在引起這種變化的多種因素中，最重要的或許是氣象衛(wèi)星的應(yīng)用。

衛(wèi)星是如何預(yù)報(bào)天氣的？

衛(wèi)星云圖是天氣預(yù)報(bào)中使用的重要工具，五顏六色的衛(wèi)星云圖可以用來(lái)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)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(guò)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，全部由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司八院抓總研制的風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星拍攝。氣象研究人員每隔半小時(shí)或一小時(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(huà)，便可以清晰地看到過(guò)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。

去年汛期前開(kāi)始的全國(guó)多地持續(xù)降雨還讓人心有余悸，那段時(shí)間“暴雨”成了天氣關(guān)鍵詞，也成為人們心頭的陰霾。其實(shí)在當(dāng)年6月1日起，中國(guó)氣象局就部署國(guó)家氣象衛(wèi)星中心啟動(dòng)“風(fēng)云二號(hào)”E/G雙星加密觀測(cè)模式，G星和E星由每一小時(shí)獲取一張?jiān)茍D增加到每顆星每天獲得48張衛(wèi)星云圖，最終形成中國(guó)區(qū)域15分鐘間隔的衛(wèi)星云圖動(dòng)畫(huà)，密切監(jiān)視主汛期復(fù)雜多變的天氣形勢(shì)，做好汛期氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)。該次強(qiáng)降雨來(lái)臨前，中國(guó)氣象局根據(jù)風(fēng)云氣象衛(wèi)星等遙感資料，就發(fā)布了暴雨預(yù)警和強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)。

一般來(lái)講，氣象衛(wèi)星云圖分為太陽(yáng)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公里～1000公里的太陽(yáng)同步軌道上，拍攝太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星云圖，獲取的是寬幅大照片。風(fēng)云二號(hào)和風(fēng)云四號(hào)，定位在距地面約3.6萬(wàn)公里的地球靜止軌道上，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。如今，全球同時(shí)擁有這兩種氣象衛(wèi)星的，只有中國(guó)、美國(guó)和歐洲，形成了三足鼎立局面。隨著風(fēng)云衛(wèi)星的發(fā)展，我國(guó)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率也從上世紀(jì)70年代的約50%，已經(jīng)提高到了現(xiàn)在的90%。

▲ 風(fēng)云衛(wèi)星提供的地表溫度圖

未來(lái)發(fā)揮更大作用

其實(shí)，風(fēng)云衛(wèi)星的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止天氣預(yù)報(bào)。長(zhǎng)周期氣象資料的收集，對(duì)于氣候觀測(cè)和預(yù)報(bào)起到了重要作用，大到厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象的預(yù)判，小到暖冬、冷冬、季節(jié)降水量的預(yù)測(cè)。利用大氣觀測(cè)，風(fēng)云衛(wèi)星可以追蹤全球?qū)α魈鞖猓煤Ｃ鏈囟扔^測(cè)，風(fēng)云衛(wèi)星則可以分析洋流形勢(shì)。風(fēng)云衛(wèi)星還密切關(guān)注全球氣候變化，對(duì)南北極冰蓋融化現(xiàn)象進(jìn)行全方位觀察，并監(jiān)控、分析南極圈臭氧層的變化。

定位在東半球上空的風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星，已經(jīng)成為東半球的氣象守護(hù)神，東亞、東南亞、南亞、大洋洲等國(guó)家與地區(qū)，均使用風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行氣象監(jiān)測(cè)。俯瞰全球的風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星，則是全人類(lèi)共同的財(cái)富。

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?xún)|計(jì)地引用，成為國(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(guò)2500家單位均在使用風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)，確立了我國(guó)在氣象觀測(cè)領(lǐng)域的國(guó)際重要地位。

最近一次的風(fēng)云衛(wèi)星發(fā)射是2017年11月15日，風(fēng)云三號(hào)D星由長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。這是我國(guó)第二代太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星（又稱(chēng)極軌氣象衛(wèi)星）風(fēng)云三號(hào)的第四顆衛(wèi)星，也是我國(guó)成功發(fā)射的第16顆風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星。

▲ 風(fēng)云三號(hào)A星中分辨率光譜成像儀全球影像鑲嵌圖

風(fēng)云三號(hào)D星共裝載遙感探測(cè)儀器10臺(tái)（套），其中4臺(tái)（套）為全新研制，分別為紅外高光譜大氣探測(cè)儀、高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀、廣角極光成像儀和電離層光度計(jì)。風(fēng)云三號(hào)D星相對(duì)于前面三顆星而言，核心遙感儀器技術(shù)狀態(tài)基本不變。但新增的這些遙感儀器可以逐步滿(mǎn)足氣象領(lǐng)域?qū)Υ髿馓綔y(cè)精度、溫室氣體監(jiān)測(cè)能力和空間環(huán)境綜合探測(cè)能力的新需求。

比如，風(fēng)云三號(hào)D星攜帶的紅外高光譜大氣探測(cè)儀可以測(cè)量大氣在不同光譜通道的輻射值，再定量反演得到全球大氣溫、濕度的三維分布，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，服務(wù)全球氣候變化監(jiān)測(cè)和評(píng)估。比如，高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀能對(duì)全球主要溫室氣體二氧化碳、甲烷以及一氧化碳等氣體柱總量進(jìn)行高精度探測(cè)，可用于全球溫室氣體排放、溫室氣體源與匯分析、溫室氣體與氣候變化關(guān)系等一系列科學(xué)問(wèn)題的研究。再比如，廣角極光成像儀和電離層光度計(jì)則分別用于獲得磁層不同區(qū)域的時(shí)空信息和電離層電子總含量等參數(shù)信息、電離層赤道異常區(qū)的二維精細(xì)結(jié)構(gòu)，以及準(zhǔn)確定位極光邊界等。

▲ 長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭發(fā)射風(fēng)云三號(hào)D星升空

風(fēng)云三號(hào)D星的發(fā)射將再度提升極軌氣象衛(wèi)星的觀測(cè)能力，我國(guó)全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)精度預(yù)計(jì)再提高3%左右，預(yù)報(bào)時(shí)效延長(zhǎng)2～3天左右?；蛘哒f(shuō)，可使臺(tái)風(fēng)登陸等高影響天氣預(yù)報(bào)時(shí)效提前到5～7天。

據(jù)介紹，風(fēng)云三號(hào)D星將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)全球冰雪覆蓋、臭氧分布等方面的觀測(cè)能力。再進(jìn)一步而言，除了直接的氣象應(yīng)用，衛(wèi)星還將最大限度地發(fā)揮遙感衛(wèi)星效能，廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、海洋、交通等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。

經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，我國(guó)已形成了包含極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云一號(hào)、風(fēng)云三號(hào)，靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云二號(hào)、風(fēng)云四號(hào)在內(nèi)完備的風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)，成為國(guó)際上同時(shí)擁有高軌和低軌業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星的國(guó)家之一。風(fēng)云氣象衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用超過(guò)60種類(lèi)，其中對(duì)暴雨、臺(tái)風(fēng)、雪災(zāi)、冰凍等惡劣天氣已經(jīng)具備了實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)的能力，是我國(guó)民用遙感衛(wèi)星領(lǐng)域效益發(fā)揮最好、應(yīng)用范圍最廣的衛(wèi)星之一。

隨著監(jiān)測(cè)效能的不斷提升，風(fēng)云氣象衛(wèi)星已成為全球?qū)Φ赜^測(cè)業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列中的重要成員，與美國(guó)、歐洲風(fēng)云氣象衛(wèi)星一起成為全球?qū)Φ赜^測(cè)網(wǎng)中名副其實(shí)的主力軍，承擔(dān)起全球?qū)﹃懙亍⒋髿?、海洋、地表環(huán)境全天候連續(xù)觀測(cè)的責(zé)任。

準(zhǔn)確的氣候監(jiān)測(cè)是系統(tǒng)作戰(zhàn)的成果。風(fēng)云衛(wèi)星想要充分發(fā)揮作用，必須成體系建設(shè)。預(yù)計(jì)未來(lái)十年，我國(guó)將發(fā)射10余顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星。包括風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星1顆，風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星4顆，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星2顆，降水測(cè)量雷達(dá)衛(wèi)星2顆，晨昏軌道衛(wèi)星、靜止軌道微波探測(cè)衛(wèi)星、高精度溫室氣體綜合探測(cè)衛(wèi)星、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星各1顆。其中今年就將發(fā)射具有穿云透霧測(cè)極光的風(fēng)云三號(hào)04星。預(yù)計(jì)2030年左右，我國(guó)第三代極軌和靜止氣象衛(wèi)星將形成全球觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地球氣候系統(tǒng)進(jìn)行全天候、全天時(shí)、三維、定量探測(cè)，滿(mǎn)足我國(guó)氣象、水文、農(nóng)業(yè)、防災(zāi)減災(zāi)、氣候變化、保障國(guó)家安全、提升我國(guó)國(guó)際影響力。★

吳琳