風雲系列氣象衛星最新進展及應用

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11月30日，風雲二號H星及風雲三號D星在軌交付儀式在京舉行。風雲二號H星是我國第一代靜止軌道氣象衛星的收官之作，風雲三號D星是我國目前光譜解析度最高的極軌對地觀測衛星，兩顆衛星的交付將進一步增強我國氣象衛星的綜合觀測能力與應用服務能力。

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風雲氣象衛星最新進展

1. 風雲衛星業務組網布局

風雲衛星在靜止和極軌系列均成功升級換代的基礎上，極軌氣象衛星實現了「上、下午星業務組網觀測」，靜止氣象衛星實現了「多星觀測、在軌備份、適時加密」的業務布局，在觀測範圍和探測能力上均較上一代衛星有較大提升。目前共有8 顆風雲衛星在軌運行，其中5 顆靜止軌道氣象衛星，分別定點於東經79°（FY-2H）、東經86.5°（FY-2E）、東經99.5°（FY-2G）、東經104.7°（FY-4A）、東經112°（FY-2F），極軌氣象衛星3 顆，分別為FY-3B（下午星）、FY-3C（上午星）、FY-3D（下午星）。

截至2018 年，我國已成功發射17 顆風雲系列氣象衛星

2. 衛星探測能力增強

風雲三號D星（FY-3D）上裝載了10 臺套先進的遙感儀器，除了微波溫度計、微波溼度計、微波成像儀、空間環境監測儀器包和全球導航衛星掩星探測儀等5臺繼承性儀器之外，紅外高光譜大氣探測儀、近紅外高光譜溫室氣體監測儀、廣角極光成像儀、電離層光度計為全新研製、首次上星搭載。核心儀器中解析度光譜成像儀進行了大幅升級改進，性能顯著提升。

我國靜止軌道衛星遙感儀器的探測能力已經與國際水平相當，部分探測能力已經趕超歐洲和美國。風雲四號衛星的首顆星FY-4A配備的掃描成像輻射計通道數量增加了2.8 倍，達到14個。其觀測時間解析度提高1 倍，最快可以每1min 生成一次區域觀測圖像。最高空間解析度較之前提高了6 倍，達到500m。FY-4A 還搭載了世界上首個靜止軌道幹涉式大氣垂直探測儀，其在垂直光譜探測通道達到1700 個，可對大氣結構實現高精度定量探測，這也是國際上靜止軌道氣象衛星的首次裝載。

3. 衛星觀測範圍向西擴展

「一帶一路」沿線國家氣象資料匱乏，自然災害嚴重。世界氣象組織及亞太空間合作組織希望中國能將新發射的風雲二號H星（FY-2H）定點位置向西布局，更廣泛惠及成員國。2018 年4 月23日，中國氣象局、國防科工局和亞太空間合作組織籤署風雲氣象衛星應用合作意向書，確定將FY-2H 定點位置從原定的東經86.5°移至東經79°，使我國靜止軌道氣象衛星觀測範圍向西擴展到東經4°附近。監測範圍包括亞洲50個國家、非洲41個國家、歐洲39個國家、大洋洲9個國家，「一帶一路」沿線64個國家。

目前在軌的4 顆風雲二號靜止氣象衛星覆蓋範圍示意圖

4. 衛星數據獲取時效有較大提高

為了提高風雲衛星獲取全國以及全球數據的時效，國家衛星氣象中心已經建成了一套「1+5+2」地面站網體系，即1 個數據處理中心（位於北京）、5個境內數據接收站（分別位於北京、廣州、佳木斯、烏魯木齊、喀什）和2 個境外數據接收站（分別位於瑞典基律納和東南極洲毛德皇后地）。2017 年新建成的喀什氣象衛星接收地面站使FY-3D 的國內接收數據範圍向西延伸了12°，提高了中國境內資料接收的時效性。兩個境外數據接收地面站的啟用，使全球風雲三號衛星數據獲取時效從原來的3h 提高到2h 以內。

5. 衛星數據服務能力大幅提升

依託強大的數據傳輸、數據處理和存儲能力，藉助「天地一體化」的氣象衛星數據共享服務系統建設，風雲系列氣象衛星數據通過多種渠道為各類用戶提供高時效的數據服務。風雲衛星數據用戶覆蓋範圍十分廣泛，國內用戶覆蓋包括31 個省市自治區和港澳臺地區，國際用戶覆蓋84個國家，其中包括40個「一帶一路」國家。針對用戶對風雲衛星數據的需求，可通過衛星直收站、中國氣象局廣播系統（CMACast）、全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）、地面專線、網站訂購、綠色網絡通道以及協議人工服務等多種服務方式和渠道獲取風雲衛星數據。風雲衛星遙感數據服務網的註冊人數已經超過6萬人，年數據服務量已經超過3PB。

6. 衛星定量產品種類更加豐富

風雲氣象衛星目前可通過數十個遙感儀器從太空獲取陸表、海表、大氣以及近地空間的輻射值和遙感數據，經過數據預處理生成1級數據，在此基礎上，研發出數百種氣象衛星產品，產品種類更加豐富，覆蓋雲和大氣、陸表、海表、冰雪、輻射、閃電和空間天氣等多種類型，可直接應用於多個領域。

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風雲衛星應用進展

1. 風雲衛星在氣象方面的應用

氣象衛星最主要的應用就是氣象領域，氣象衛星資料在天氣預報、數值模式、氣候分析等工作中已經不可或缺。

數值天氣預報。衛星資料已經成為全球數值天氣預報所依賴的最重要的觀測系統。風雲二號衛星的一些產品，如衛星導風、水汽晴空輻射等，經過同化試驗後表明有顯著的應用潛力。風雲三號衛星大氣探測儀器資料，是數值預報模式直接輻射同化的重要資料源，已陸續應用到業務模式中。同時，由於海面氣象臺站稀少，風雲氣象衛星已成為颱風觀測最主要的手段。雲圖和其他氣象衛星定量觀測資料用於分析和預報颱風的位置、強度和天氣，做到了一個不漏，大大減小了颱風所造成的損失。

氣候分析。以衛星遙感為主的空基觀測是近四十年發展起來的一項新型探測技術。未來十到二十年，以遙感手段特別是基於空間的衛星遙感技術將逐步成為主要探測手段，以遙測手段特別是基於地基的遙測系統將作為綜合探測的基準系統。我國大範圍降水和溫度的異常分布與厄爾尼諾、拉尼娜事件為代表的太平洋海表水溫異常、陸地上的植被分布、極地和青藏高原上的積雪分布等大範圍陸地表面狀態異常有關係。氣象衛星提供了這些大範圍海洋和陸地表面狀態異常的信息，為短期氣候預測提供了支撐。

2. 風雲衛星在環保領域的應用

我國是環境和自然災害種類較多、發生頻繁的國家之一，風雲系列氣象衛星在洪澇、森林草原火情、沙塵暴、雪災、水環境和海冰等監測中發揮了重要作用。風雲三號氣象衛星建立了我國氣象衛星監測大氣成分的裡程碑，在國內首次實現了從衛星遙感監測獲取全球的臭氧總量、臭氧廓線、可見光氣溶膠光學厚度以及紫外氣溶膠指數產品，可以實現對我國以及全球大氣臭氧濃度、氣溶膠汙染、霾、沙塵、火山灰以及區域秸稈焚燒煙霾的強度和分布等大氣環境狀況進行實時監測。可為我國環境氣象業務的開展提供衛星定量監測數據。

3. 風雲衛星在農業領域的應用

農業領域是氣象衛星資料應用的傳統領域。隨著風雲三號氣象衛星全球數據獲取能力的提升，可以提供全球主要農作物區域分布以及產量估算等產品。同時，通過與高解析度衛星相結合，由遙感、氣象數據耦合形成的面狀氣象參數產品可以為農業病蟲害監測與預警提供更為豐富的數據源，對全球和全國重點區域的作物病蟲害發生面積和發生程度，以及小麥、水稻、玉米等作物的主要病蟲害發生現狀和趨勢進行預測預報。衛星遙感農作物長勢和產量預估對農作物期貨市場亦有指導意義。除此之外，利用氣象衛星可以對全球土地荒漠化以及局部區域的乾旱情況進行跟蹤和分析，結合氣象數據進行趨勢預測，為政府部門決策提供依據。

4. 風雲衛星在重大服務保障、防災減災中的應用

多年來，風雲衛星在決策、公共氣象服務、重大氣象災害和重大事件活動氣象服務保障工作中發揮了重要作用。風雲四號衛星在天氣監測分析中的初步應用取得顯著效果。FY-4A 衛星資料開展了沙塵暴、颱風、強對流等災害天氣領域的應用，在「十九大」氣象服務保障、「一帶一路」國際合作高峰論壇、第13屆全運會（天津）、金磚國家領導人第9次會晤（廈門）、內蒙古自治區成立70周年慶祝活動、G20峰會、2018年青島上合組織峰會等重大活動氣象保障服務中發揮了重要作用，為氣象決策提供了強有力的支撐，顯著提升了遙感應用服務效果。

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展 望

風雲系列氣象衛星已經成功完成了靜止、極軌兩個系列氣象衛星的更新換代，進入了新的發展階段。風雲三號後續衛星計劃共4顆，包括3顆近極地太陽同步軌道衛星（按照晨昏、上午、下午各1 顆布局）和1顆傾斜軌道降水測量衛星，增強全球觀測能力，尤其是對數值預報應用的支持。風雲四號後續光學系列業務衛星的解析度將提高到2km（紅外），全圓盤觀測時間解析度達到1min，新增快速成像儀可獲取1min 間隔的區域圖像，最高解析度達到250m。後續風雲衛星的性能將全面達到和部分超越國際先進水平，可以為我國農業、林業、水利、海洋、環保、交通、航空航天、教育以及公眾服務等領域提供有力支撐，為全球尤其是「一帶一路」沿線國家提供優質的氣象服務。

來源：《衛星應用》2018年第11期