風(fēng)云二號(hào)H星發(fā)射氣象保障分析

江曉華，許平平，張 瀅，胡云濤，楊道勇

(西昌衛(wèi)星發(fā)射中心技術(shù)部，四川 西昌 615000）

1 概述

2018年6月5日21∶07，我國風(fēng)云二號(hào)H星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)甲運(yùn)載火箭成功發(fā)射。H星是我國第一代靜止軌道氣象衛(wèi)星的最后一顆，計(jì)劃定點(diǎn)于東經(jīng)79°的赤道上空，有助于提高我國天氣系統(tǒng)上游地區(qū)的監(jiān)測能力，并為“一帶一路”沿線國家提供天氣預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等監(jiān)測服務(wù)[1]。

風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星于1986年啟動(dòng)研制，1997年至今已成功發(fā)射8顆。H星是中國氣象衛(wèi)星風(fēng)云二號(hào)系列衛(wèi)星中可靠性最高、性能最穩(wěn)定的衛(wèi)星。目前風(fēng)云二號(hào)在軌衛(wèi)星形成了“多星在軌、互為備份、統(tǒng)籌運(yùn)行、適時(shí)加密”的業(yè)務(wù)模式，主要為用戶提供實(shí)時(shí)可見光、紅外和水汽云圖，已經(jīng)被世界氣象組織納入全球業(yè)務(wù)應(yīng)用氣象衛(wèi)星序列，成為全球綜合地球觀測系統(tǒng)的重要成員。

6月份，西昌發(fā)射場剛剛進(jìn)入雨季[2]，氣候復(fù)雜，雷雨天氣明顯增多，氣象保障難度大。1997年6月5日風(fēng)云二號(hào)A星首次發(fā)射就遭遇突發(fā)性雷雨天氣，而不得不中止發(fā)射，推遲到6月10日發(fā)射并取得成功。因此，同一時(shí)期、同樣發(fā)射時(shí)間段的風(fēng)云二號(hào)H星的氣象保障受歷史上保障失利的陰影影響，壓力就更大。發(fā)射中心氣象系統(tǒng)針對(duì)此次任務(wù)特點(diǎn)，認(rèn)真總結(jié)雨季氣象保障歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[3-5]，開展了一系列針對(duì)性天氣專題研究，制定了復(fù)雜氣象保障的預(yù)案，加強(qiáng)了與四川省氣象臺(tái)、涼山州氣象臺(tái)的天氣會(huì)商，充分利用了氣象科技的新技術(shù)，圓滿完成了H星的氣象保障，打破了氣象衛(wèi)星6月份發(fā)射的心理魔咒，為后續(xù)雨季氣象保障提供了有益借鑒。

2 氣候概況

發(fā)射中心氣象部門統(tǒng)計(jì)了西昌發(fā)射場1974—2017年歷史資料，以6月5日為中心，前后5日氣候概況如下：平均氣溫為18.9℃，日平均最高為19.4℃，日平均最低為18.1℃，極端最高氣溫為36.2℃（2014年6月2日），極端最低氣溫為9.1℃（2009年6月3日）；降水量日平均為5.7 mm，日最大降水量為39.0 mm（2007年6月8日）。降水日數(shù)平均為8.3 d，占總天數(shù)的75.2%，最多11 d，最少4 d；雷暴日數(shù)平均為3.3 d，占總天數(shù)的30.2%，最多8 d，最少0 d；晴天日數(shù)平均為0.6 d，占總天數(shù)的5.9%，最多2 d，最少0 d，陰天日數(shù)平均7.5 d，占總天數(shù)的69%，最多10 d，最少3 d；高空最大風(fēng)速平均為23.3 m/s，高空極端最大風(fēng)為51 m/s，風(fēng)向241°，高度13 313 m（1987年6月2日）。

今年5月下旬以來，場區(qū)以多云天氣為主，雷暴日數(shù)2 d，較歷史平均值（3.5 d）偏少；累積降水量73.0 mm，較歷史平均（45.2 mm）偏多；平均氣溫17.6℃，較歷史平均（18.6℃）偏低。

3 氣象保障分析

3.1 72 h氣象保障（射前指揮部會(huì)議專題匯報(bào)）

6月3日，場區(qū)召開了發(fā)射前任務(wù)指揮部會(huì)議，會(huì)前，聽取了氣象系統(tǒng)的專題匯報(bào)。

根據(jù)歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)中心細(xì)網(wǎng)格資料分析，6月5日20∶00，高空500 hPa東亞槽東移到長江中下流到貴州一帶，場區(qū)屬于槽后弱高壓脊控制，為弱東北氣流；高空700 hPa為弱風(fēng)場，場區(qū)處于弱反氣旋中心附近，以下沉氣流為主，濕度明顯偏干，約為40～50%；地面為負(fù)變壓，無冷空氣影響；總云量預(yù)報(bào)為4成，且周圍只有零散云系。20∶00高空風(fēng)最大風(fēng)速33 m/s，風(fēng)向267°，高度9 000 m。

歐洲中心集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析表明，射前-8 h：對(duì)流有效位能平均為62～85 J/kg，極大值預(yù)報(bào)為629 J/kg，因此對(duì)流天氣出現(xiàn)概率極??；降水概率平均為0%，極大值為33%；降水量預(yù)報(bào)為平均為0.2 mm，極大為3.1 mm，因此降水概率不大。

從歐洲中心和中國氣象局T639模式各自的細(xì)網(wǎng)格累積降水量預(yù)報(bào)分析表明，6月5日8：00-23：00時(shí)，降水量不明顯，均為0.0 mm。

此次任務(wù)還利用了近年來的新技術(shù)資料，主要分析了中國氣象局GRAPES_MES0中尺度區(qū)域數(shù)值模式產(chǎn)品資料。分析FY2G衛(wèi)星云圖模擬資料表明，6月4日有一次高原槽影響場區(qū)的天氣過程，5日受高壓脊控制，云量較少。分析我國西南地區(qū)700 hPa風(fēng)場和雷達(dá)組合反射率疊加資料表明，4日有一次中等降水過程，5日午后至夜間本區(qū)700 hPa風(fēng)場為一致的南風(fēng)，發(fā)射窗口前后無明顯雷達(dá)回波；分析3 h降水量和10 m風(fēng)場疊加資料表明，4日?qǐng)鰠^(qū)附近有10 mm左右降水，5日午后至夜間場區(qū)周圍只有零散的降水區(qū)，總體降水不明顯。

另外，由于4日?qǐng)鰠^(qū)出現(xiàn)降水，近地面濕度大，5日傍晚前后局地?zé)崃?duì)流需要密切關(guān)注，這種局地?zé)崃?duì)流天氣的風(fēng)險(xiǎn)通常只有當(dāng)天16∶00通過多普勒天氣雷達(dá)探測才能確定有無。

綜合上述氣象信息，氣象系統(tǒng)認(rèn)為預(yù)計(jì)6月3日至4日，場區(qū)受高原槽過境影響，結(jié)合地面冷空氣的入侵，有一次中雨降水過程；5日至6日?qǐng)鰠^(qū)開始受高壓環(huán)流前緣影響，濕度明顯轉(zhuǎn)干，場區(qū)上空云量減少，天氣轉(zhuǎn)好。

氣象發(fā)言人代表發(fā)射中心氣象系統(tǒng)于3日11∶00發(fā)布了6月5日發(fā)射窗口天氣預(yù)報(bào)：4～6成低云，無雷暴，無降水，氣溫17～19℃，露點(diǎn)13～15℃，相對(duì)濕度30～50%，北風(fēng)1～3 m/s，淺層風(fēng)＜10 m/s，大氣電場＜10 kV/m，能見度≥20 km；高空風(fēng)最大風(fēng)速30±5 m/s，風(fēng)向270±10°，高度9 000±1 000 m，q×α值＜ 1 200 Pa·Rad。滿足任務(wù)最低發(fā)射氣象條件。但是需要密切關(guān)注6月5日當(dāng)天的局地?zé)崃?duì)流天氣。

指揮部聽取了氣象專題匯報(bào)后，決定按程序進(jìn)行常規(guī)和低溫燃料的加注，發(fā)射按計(jì)劃實(shí)施，6月5日16∶00再專門聽取一次天氣匯報(bào)，以最終確定相關(guān)低溫燃料加注時(shí)間。

3.2 8h氣象保障

6月3日后半夜到4日正如預(yù)計(jì)，場區(qū)出現(xiàn)了12.3 mm的降水，5日白天天氣明顯轉(zhuǎn)好，以中高云為主。

5日08∶00 500 hPa高空形勢分析表明，高空槽已經(jīng)東移到重慶至云南昭通附近，場區(qū)位于槽后，轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)10 m/s，總體屬于高壓脊控制；08∶00 700 hPa高空轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)4 m/s，切變線明顯偏東南，位于場區(qū)東南側(cè)重慶至貴州一帶，場區(qū)處于不完整的反氣旋環(huán)流中心南側(cè)，并且濕度較干，約60%～70%；地面無明顯冷空氣，24 h變壓為-1 hPa。

09∶00以前，場區(qū)垂直測風(fēng)表明，3 000～6 000 m為東北風(fēng)，3 000 m以下為弱西北風(fēng)，中低層為弱反氣旋，無明顯切變；08∶00場區(qū)上空經(jīng)向和緯向的垂直速度探測均為弱下沉運(yùn)動(dòng)；08∶00 K指數(shù)為22左右、SI指數(shù)為7左右、θsc為-7左右；地面電場平穩(wěn)，一直處于＜0.4 kv/m，表明場區(qū)上空整體層結(jié)穩(wěn)定，不利于對(duì)流天氣發(fā)生。

12∶00以前，衛(wèi)星云圖分析表明，場區(qū)基本上處于少云區(qū)，主要多云區(qū)位于場區(qū)南側(cè)；場區(qū)周圍的三部雷達(dá)125 km探測范圍內(nèi)均未能探測到明顯回波；閃電定位系統(tǒng)100 km內(nèi)未探測到閃電。

接著分析歐洲中心細(xì)網(wǎng)格各類數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。從500 hPa環(huán)流形勢預(yù)告圖可知，5日08～14∶00場區(qū)及附近區(qū)域?yàn)橐恢碌钠睔饬?，無明顯輻合區(qū)，主要輻合區(qū)位于貴州附近；17～23∶00場區(qū)及附近區(qū)域，轉(zhuǎn)為一致的東北氣流，仍然沒有明顯輻合。因此，本區(qū)500 hPa高層以輻散場為主，不利于出現(xiàn)天氣現(xiàn)象。

分析700 hPa環(huán)流形勢預(yù)告圖可知，5日08∶00～17∶00，場區(qū)處于一個(gè)弱風(fēng)場、弱反氣旋中心附近；20∶00～23∶00轉(zhuǎn)為一致的偏南氣流中，場區(qū)西南側(cè)有弱切變，以東移為主，不會(huì)影響場區(qū)，故本區(qū)700 hPa環(huán)流形勢總體也是輻散場，不利于出現(xiàn)天氣現(xiàn)象。

分析本區(qū)700 hPa相對(duì)濕度預(yù)告可知，5日08∶00～17∶00 為 52～58%時(shí)，20∶00～23∶00 為 32～36%，表明低層濕度明顯偏干，也不利于出現(xiàn)天氣現(xiàn)象和上云。

分析細(xì)網(wǎng)格云量預(yù)報(bào)可知，場區(qū)上空云量08∶00為 9 成 、11∶00 為 8 成 、14∶00 為 5 成 、17∶00 為 2成、20∶00～23∶00為0成，圖1就是歐洲中心細(xì)網(wǎng)格5日20∶00的總云量覆蓋預(yù)報(bào)，可以發(fā)現(xiàn)窗口時(shí)段場區(qū)為少云。表明5日夜間云量明顯減少，天氣轉(zhuǎn)晴。

圖1 歐洲中心細(xì)網(wǎng)格6月5日20:00總云量覆蓋預(yù)報(bào)

分析場區(qū)及附近的累積降水量預(yù)報(bào)值可知，5日08∶00～23∶00均無明顯降水。

分析場區(qū)附近的K指數(shù)預(yù)報(bào)可知，5日夜間K指數(shù)范圍在23～29之間，屬于大氣層結(jié)較穩(wěn)定范圍內(nèi)。分析場區(qū)附近的對(duì)流有效位能數(shù)值預(yù)報(bào)可知，5日全天數(shù)值均小于100 J/kg，夜間更是小于10 J/kg，因此，明顯不利于出現(xiàn)對(duì)流天氣。

綜合歐洲中心細(xì)網(wǎng)格各類數(shù)值預(yù)報(bào)可知，5日夜間場區(qū)天氣明顯轉(zhuǎn)好，不利于出現(xiàn)降水和對(duì)流天氣。

另外，我們充分地分析了中國氣象局GRAPES_MES0中尺度區(qū)域數(shù)值模式產(chǎn)品資料，起報(bào)時(shí)間為6月4日20∶00。

分析FY2G衛(wèi)星云圖模擬數(shù)值預(yù)告資料表明，6月4日夜間有一次高原槽影響場區(qū)的天氣過程，5日轉(zhuǎn)為受高壓脊控制，云量減少。圖2所示就是窗口時(shí)間段FY2G衛(wèi)星云圖11 μm紅外亮溫?cái)?shù)值預(yù)告，結(jié)果表明發(fā)射窗口時(shí)段場區(qū)為少云區(qū)。

圖2 6月5日21:00FY2G衛(wèi)星云圖數(shù)值預(yù)告

分析我國西南地區(qū)3 h降水量和10 m風(fēng)場疊加資料表明，4日夜間場區(qū)附近有10 mm左右降水，5日午后至夜間場區(qū)周圍只有零散的降水區(qū)，總體降水不明顯。

分析我國西南地區(qū)700 hPa風(fēng)場和雷達(dá)組合反射率疊加數(shù)值預(yù)告表明，本區(qū)4日夜間有一次中等降水過程，5日午后至夜間本區(qū)700 hPa風(fēng)場為一致的南風(fēng)，發(fā)射窗口前后本區(qū)無明顯雷達(dá)回波，主要雷達(dá)回波偏南，位于金沙江及攀枝花附近如圖3所示。

圖3 6月5日21:00風(fēng)場和雷達(dá)組合反射率疊加預(yù)報(bào)

綜合天氣實(shí)況，衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波、閃電定位、地面電場以及各類數(shù)值預(yù)告資料分析，可以確定：場區(qū)8 h天氣逐漸由多云轉(zhuǎn)為少云，無降水、無雷暴、無大風(fēng)，可以明確排除3日指揮部專題天氣匯報(bào)時(shí)擔(dān)心的局地?zé)崃?duì)流天氣出現(xiàn)。因此，氣象發(fā)言人在5日16：00再一次向指揮部進(jìn)行專題天氣匯報(bào)時(shí)，氣象系統(tǒng)發(fā)布了8 h窗口預(yù)報(bào)為：0～3成低云，無雷暴，無降水，氣溫17～19℃，露點(diǎn)13～15℃，相對(duì)濕度30～50%，北風(fēng)1～3 m/s，淺層風(fēng) ＜ 10 m/s，大氣電場＜10 kV/m，能見度≥20 km；高空風(fēng)最大風(fēng)速（35 ± 5）m/s，風(fēng)向270 ± 10°，高度（10 000 ± 1 000）m，q×α值＜1 200 Pa·Rad。滿足任務(wù)最低發(fā)射氣象條件。

指揮部聽取了氣象系統(tǒng)的8 h明確結(jié)論后，排除了場區(qū)局地對(duì)流天氣的影響，任務(wù)按程序進(jìn)行低溫燃料加注，并按預(yù)定窗口時(shí)刻實(shí)施發(fā)射。

3.3 4～1 h氣象保障

進(jìn)入4 h內(nèi)保障程序，主要是分析衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波、地面電場、閃電定位和周圍氣象臺(tái)站的天氣實(shí)況。

西昌市風(fēng)箱口多普勒天氣雷達(dá)從5日16∶00以后至發(fā)射時(shí)刻，125 km范圍內(nèi)一直未探測到明顯雷達(dá)回波，表明場區(qū)上空云層穩(wěn)定，無天氣現(xiàn)象出現(xiàn)。

場區(qū)便攜式X波段天氣雷達(dá)高顯資料分析表明，場區(qū)5日16∶00～17∶00探測到高度為5 000～7 000 m的中高云回波，18∶00以后逐漸消失，轉(zhuǎn)為弱低云回波，19∶00后未探測到明顯回波。

西昌市天王山X波段天氣雷達(dá)也基本上同風(fēng)箱口雷達(dá)探測結(jié)果一致，16∶00以后均未探測到125 km范圍的明顯回波。

5日地面電場全天穩(wěn)定，基本上維持在200～400 V/m之間。閃電定位系統(tǒng)16∶00至發(fā)射窗口未探測到100 km范圍內(nèi)的閃電。

FY2紅外云圖分析表明，16∶00～18∶30，場區(qū)及西側(cè)附近有小范圍松散的中高云系，19：00后云系明顯消散轉(zhuǎn)為少云區(qū)；可見光云圖分析表明，16∶00場區(qū)有少量低云，西側(cè)有少量松散云系，17∶32場區(qū)周圍的云系明顯消散；FY2紅外與水汽差云圖分析可知，16∶00場區(qū)維持少量的松散云系，17∶00開始減弱，19∶32消散，一直維持少云到發(fā)射窗口時(shí)段。

從全國自動(dòng)站1 h降水量監(jiān)測圖分析，16∶00以后，一直到發(fā)射窗口時(shí)段，100 km范圍內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)有明顯降水。

場區(qū)實(shí)況為：16∶00 6成高積云高度3 500 m、17∶00 8成高積云高度3 500 m、18∶00 6成高積云高度3 500 m、19∶00 4成高積云高度3 500 m、2成層積云高度1 500 m、20∶00 3成高積云高度3 500 m、21∶00 2成高積云高度3 500 m。16∶00至窗口時(shí)段均無降水。

綜上所述，4～1 h天氣演變，同8 h預(yù)報(bào)趨勢結(jié)論一致。

氣象系統(tǒng)在5日18∶00發(fā)布了4 h窗口預(yù)報(bào)：0～3成低云，無雷暴，無降水，氣溫20～22℃，露點(diǎn)13～15℃，相對(duì)濕度30%～50%，北風(fēng)1～3 m/s，淺層風(fēng)＜10 m/s，大氣電場＜10 kV/m，能見度≥20 km；高空風(fēng)最大風(fēng)速（35±5）m/s，風(fēng)向（270±10）°，高度（10 000±1 000）m，q× α值 ＜1 200 Pa·Rad。滿足任務(wù)最低發(fā)射氣象條件。

3.4 發(fā)射窗口場區(qū)天氣實(shí)況

6月5日，21∶00，2成云，地面風(fēng)速1 m/s，氣溫18.2℃，露點(diǎn)14.5℃，無降水，無雷暴，高空風(fēng)最大風(fēng)速35 m/s，風(fēng)向271°，高度8 500 m。與預(yù)報(bào)結(jié)論一致。

5日21∶07，火箭順利點(diǎn)火升空，氣象保障取得圓滿成功。

4 討論

⑴西昌發(fā)射場雨季氣象保障難度大，心理因素和心理訓(xùn)練是一項(xiàng)長期需要關(guān)注的內(nèi)容；

⑵精細(xì)化的氣象保障是航天任務(wù)必須的要求，需要應(yīng)用新技術(shù)。隨著氣象科技的發(fā)展，歐洲中期天氣數(shù)值預(yù)報(bào)細(xì)網(wǎng)格資料和中國氣象局中期區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品等各類氣象信息的綜合分析應(yīng)用，可以為場區(qū)精細(xì)化預(yù)報(bào)提供重要依據(jù)，相比1997年風(fēng)云二號(hào)A星發(fā)射時(shí)數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)手段和水平有了大幅度的提高；

⑶中國自己研制和應(yīng)用的風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星為氣象保障提供了巨大技術(shù)支持，為防災(zāi)減災(zāi)提供了重要參考；

⑷氣象保障的信息化水平的不斷提高，為航天發(fā)射提供了重要決策依據(jù)，但雨季氣象保障的重難點(diǎn)問題需要持續(xù)的研究和改進(jìn)。

5 結(jié)語

西昌發(fā)射場氣象系統(tǒng)針對(duì)雨季氣象保障特點(diǎn)，認(rèn)真進(jìn)行天氣專題研究，充分利用氣象保障新技術(shù)，突出雷暴和強(qiáng)降水的保障重點(diǎn)，加強(qiáng)天氣會(huì)商，加強(qiáng)心理訓(xùn)練和完善應(yīng)急預(yù)案，取得了風(fēng)云二號(hào)H星發(fā)射氣象保障的圓滿成功。