「風雲四號」A星首批圖像和數據一經發布，引起國內外社會共同關注，世界氣象組織也已將其納入全球對地觀測氣象衛星序列。同在該序列中的，還有比「風雲四號」A星稍早一點上天的美國GOES-16衛星和日本「向日葵9號」，它們已於今年1月獲得了首批圖像。這些衛星圖像有何不同？衛星圖像如何在電子地圖中發揮作用？相機能否拍出「以假亂真」的地球圖像？在沒有衛星的時代，我們又是如何繪製世界地圖的呢？
中國氣象報記者 張格苗
1月15日，美國GOES-16衛星向地球發回第一批高解析度圖像；1月24日，日本「向日葵9號」發回第一批高解析度圖像；2月27日，我國新一代靜止氣象衛星「風雲四號」A星第一幅地球大氣高光譜圖和高解析度圖像正式亮相……這些包含人類最先進科技成果的衛星從不同角度為地球拍下了一幅幅「寫真」。
寫真內容花樣繁多
掃描成像輻射計主要承擔獲取雲圖的任務。GOES-16一共有16個通道，該星2017年1月15日捕獲的複合彩色圓盤圖就是由這16個光譜通道拍攝圖片合成創建。而從這張風雲、地貌細節超級清晰的地球照片中，人們可以一覽它的先進之處。此外，在GOES-16獲取的第一批圖像中，還包括一張1月15日美國大陸圖像，其中清晰顯示了席捲北美的重大風暴系統；一張展示了從非洲海岸吹來灰塵的圖像；一張清晰顯示淺水水域的加勒比海和佛羅裡達地區圖像；一張展示南美洲阿根廷美景的照片，該國西南部山脈雲海清晰可見。
「向日葵9號」也擁有16個通道，與美國GOES-16相似，因此獲取的衛星觀測圖像類似。日本氣象廳官網也製作了一張色彩鮮明的地球清晰照片，超高解析度的圖像詳細展現了雲、海洋、沙漠等細節。
FY-4A衛星多通道掃描成像輻射計第一幅彩色合成圖像。來源：國家衛星氣象中心
我國「風雲四號」衛星掃描成像輻射計針對我國氣象應用，A星設置了14個通道，與「風雲二號」的5通道相比，提升幅度相當之大。在「風雲二號」觀測雲、水汽、植被、地表的基礎上，「風雲四號」A星還具備了捕捉氣溶膠、雪的能力，並且能清晰區分雲的不同相態和高、中層水汽。「風雲四號」還首次製作出彩色衛星雲圖，青藏高原湖泊、黃海細胞狀雲系、西伯利亞積雪、赤道附近熱帶對流等均清晰可見。中國工程院院士許健民評價其「雲繫結構和地物特徵層次豐富、紋理清晰」。
「向日葵9號」首圖。來源：日本氣象廳官網
拍起照來又快又準
除了「拍照」的內容，「拍照」時間也是各國競相追逐比較的數據之一，因為在關鍵天氣發生過程中，預報預警、防災救災都要爭分奪秒。
GOES-16可以每15分鐘提供一張地球完整圓盤圖，但如果針對美國大陸，它每5分鐘就能更新圖片。此外，在惡劣天氣發生時，它能瞄準颶風、野火、火山爆發等高影響環境現象地區，每30秒更新圖片。與目前業務運行的當代GOES衛星相比，速度快了5倍，空間解析度也提高了四倍。
據日本氣象廳官網給出的信息，「向日葵」系列衛星全部波道10分鐘即截取一次圖片，針對日本和特定目標（颱風）可實現2.5分鐘一次。
「風雲四號」A星每15分鐘可以提供一張地球完整圓盤圖。但如果針對特定區域，它還可以最快1分鐘可以生成一張觀測圖像。
全彩or真全彩？
很多人都知道，RGB色彩模式是工業界的一種顏色標準，是通過對紅（R）、綠（G）、藍（B）三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色，RGB即是代表紅、綠、藍三個通道的顏色，這個標準幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運用最廣的顏色系統之一。
氣象衛星要給地球拍彩色「寫真」，自然少不了要用到這三個通道。但事實上，無論是GOES-16，還是「風雲四號」A星，只是實現了「全彩」，並沒有實現「真全彩」。
率先實現「真全彩」的是美國極軌衛星EOS，其Modis解析度成像光譜儀上擁有0.55μm的綠色通道，與「藍色」（0.47μm）和「紅色」（0.64μm）組合起來，形成了紅-綠-藍（RGB）的「真全彩」圖像，能夠完全展示地球的自然色彩。靜止軌道衛星未來也將增加這一功能。「風雲四號」衛星通過研究科學算法，計算出綠色信息，也生成了全彩圖像。
綠色通道主要提供與陸地、雲和氣溶膠相關的日間觀測。與黑白圖像相比，從彩色圖像上能更好地區分雲層和沙塵，因此更有利於空氣汙染研究和太陽輻射估計等其他產品的獲取。
正如美國氣象局局長烏切利尼所說，衛星圖像不僅是一幅漂亮的畫面，更是天氣觀測預報的未來。這些新衛星令人難以置信的清晰圖像，達到了衛星科研製造人員的預期，也讓無數氣象工作者對氣象預報的未來有了更多期待。
谷歌地球：用衛星圖像帶你看世界
谷歌地球。來源：谷歌地球軟體截圖
2月27日，奧斯卡頒出最佳影片等獎項，受到全球矚目。儘管入圍影片《雄獅》沒有獲獎，卻因為其講述走失兒童利用谷歌地球（Google Earth）回到故鄉的真實故事而獲得不少關注。如今，在衛星技術飛速發展的「加持」之下，谷歌地球的作用已經超出人們的想像。
2004年，谷歌收購Keyhole，他們的關鍵技術是可以將衛星圖像拼接成大幅世界地圖，然後將其切割成數百萬塊，這樣一來，用戶便可鳥瞰地球，然後定位到具體的地點。
2005年5月，谷歌地球正式發布，用戶可以通過這個軟體免費瀏覽全球各地的高清晰度衛星圖片。而與傳統意義地圖不同的是，衛星地圖上看到的地表面貌是真實且實時的。以致於有用戶說：「只要點擊幾下，你就能領略到我們這個藍綠色地球是多麼漂亮。」
谷歌地球將衛星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上。用戶可以通過下載到電腦、手機上的客戶端軟體，免費瀏覽全球各地的高清晰度衛星圖片。
據了解，谷歌地球的衛星影像，並非單一數據來源，而是衛星影像與航拍的數據整合。其中98%的全球影像都來自衛星地圖，航拍照片則作為補充。
谷歌地球衛星影像部分來自於美國DigitalGlobe公司的QuickBird（捷鳥）商業衛星與EarthSat公司，後者影像主要來自陸地衛星Landsat7。
就在今年2月上旬，谷歌宣布，谷歌地圖和谷歌地球兩大服務已經升級使用了來自Landsat8衛星的最新衛星照片，比以往Landsat7衛星圖片的覆蓋範圍更廣，細節更清楚，色彩更逼真，捕捉率也更快。Landsat8衛星可捕捉海量地球影像資料，谷歌則進一步從多達700萬億像素的照片中，篩選出了質量最高的，全線應用於旗下地圖服務。
不過，不久之前，谷歌和地圖創業公司Planet Labs宣布，後者將收購谷歌旗下衛星圖像公司Terra Bella。根據雙方達成的協議，Planet Labs將收購Terra Bella業務和衛星，而谷歌則將繼續通過授權方式為其地圖產品提供衛星圖像。但業內人士認為，對於地圖業務谷歌無法割捨，也割捨不了，太多的產品線還需要其支撐。（趙曉妮）
衛星之前，誰繪製了第一張世界地圖？
公元前276年—公元前194年，古希臘地理學家埃拉託色尼繪製的世界地圖。埃拉託色尼被西方地理學家推崇為「地理學之父」，除了他在測地學和地理學方面的傑出貢獻外，他還是第一個創用了「地理學」這個詞彙的人。
16世紀比利時地圖繪製師亞伯拉罕·奧特柳斯繪製的世界地圖。
衛星好比地球的照相機。沒有照相機的時候，人們用的是繪畫。繪製地圖，也是如此。
傳說，繪製地圖的初衷是為了解決鄰裡瑣事。尼羅河的季節性洪水總是衝毀附近埃及人民的田地邊界，大家常年為了界定土地爭執不休，因此想到繪製土地形狀。公元前600年左右，一位名叫泰勒斯的年輕人整合了這些經驗，發明了測量金字塔高度的方法，開創了當時被稱為測量土地的幾何學。
地圖由無數點和點位間的相互空間關係構成。描繪現實世界，就要測量其他點與所站點的角度和距離，也可理解為現在人們說的「方向」和「距離」。所以幾何學在一段時間內，成為繪製地圖的基礎。當然，前提是實地調查。從我國甘肅出土的秦始皇八年（公元前239年）的7幅地圖來看，它們均是用黑線繪製在松木板上。根據這些地圖，人們還能找到今天渭水支流以及周邊的許多峽谷。
西方比較認同的觀點是，1569年，數學專業的墨卡託用「墨卡託投影法」繪製了第一張世界地圖。墨卡託假設地球被圍在一個中空圓柱裡，其基準緯線與圓柱相切（赤道）接觸，然後再假想地球中心有一盞燈，把地球面上的圓形投影到圓柱體上，再把圓柱體展開。這種方法也是在大航海時代序幕拉開、貿易需求促進的背景下產生的。而此時，在繪製區域地圖的過程中，除了依據幾何學的直觀判斷，還加入了航海術、地圖學、光學與儀器相關科技的運用。
例如，1608年荷蘭人漢斯發明望遠鏡；差不多同一時期，荷蘭數學家斯涅耳開始應用三角測量方法確定城市、河流等地物地貌的統一坐標；到1783年，法國將天文測量與三角測量相結合，繪製覆蓋英吉利海峽的精確地圖；英國隨後也開始製作新型測量儀器經緯儀；到法國大革命前夕，法國科學院首次測量了地球的準確形狀。在這些技術進步和各國為了擴大航海領域的鬥爭中，單位「米」誕生，人們開始更精確地繪製地圖。
地理測繪一直跟隨技術進步不斷發展。到近代，人們開始利用高解析度衛星，擺脫了從一個點來繪製全貌的局面，而可以從面上直接呈現。不僅是繪製地圖，地球上的任何細節，甚至建築物內部結構或是雲層都可以分析呈現，並運用在各個領域。
儘管如此，人工繪製地球圖像的方式依然被傳承，人們仍能在大街小巷看到架著儀器測繪的工作人員。在一些被衛星遺漏的角落，或是在「科技可能失靈」的時刻，人們依然可以從容地繪製地圖。（孫楠）
藍色彈珠：登陸微信看到的那顆地球
微信開啟頁面。來源：微信軟體開啟頁面截圖
一個孤獨的小人，背靠著巨大的地球站在那裡；與小人同樣孤獨的地球，散發著藍色幽冷的清輝。這是微信的啟動畫面，許多人對此都非常熟悉。
但並非所有人都知道，這顆看上去十分清晰的地球，有一個特別的名字，叫作「藍色彈珠」。不過，展示在我們眼前的，不是一張地圖，而是世界上第一張能清晰拍到地球發亮一面的照片。
按照美國「阿波羅登月計劃」，1969年7月至1972年12月，美國共向月球發射了7艘登月飛船。除「阿波羅13號」飛船未能按計劃登月外，其他幾次都獲得成功。1972年12月7日，當「阿波羅17號」飛船在距地球4.5萬公裡時，人類第一次清晰地拍到了母星。作為人際溝通工具，沒有哪張圖能比這張人類最近一次在太空中遠眺母星的景象，更好地表達出人類內心的孤獨了。
當時「阿波羅17號」飛船上三名太空人中的某一位用一臺80毫米鏡頭的哈蘇照相機，拍下了完整的地球照片。這張照片的官方編號是：AS17-148-22727，人們喜歡叫它「藍色彈珠」（The Blue Marble），因為對於身處太空的太空人來說，地球看上去就像小孩子玩耍的彈珠一樣小。
「阿波羅17號」飛船執行的是最後一次「阿波羅登月計劃」，從此以後，人類已經很久沒有乘飛船抵達這個距離對地球進行拍照。我們看到的大量地球照片都是合成照，並非太空實拍。美國《大西洋月刊》曾評價，在「阿波羅17號」帶回來的東西中，最重要的恐怕不是月球土壤，而是那張名叫「藍色彈珠」的照片。
2017年是這張照片誕生的第45年。1月16日，「阿波羅17號」飛船指揮官、美國太空人尤金·塞爾南因健康原因逝世，他是當時最後一個返回登月艙的人，因此也成為「最後一個在月球上留下腳印的人」。包括塞爾南在內的三名太空人，都說這張照片是自己拍的。最後，美國國家航空航天局（NASA）把功勞歸功於這個團隊。
幾十年來，這張照片廣為流傳，除了微信開啟頁面，它還是著名開放式分類目錄網站DMOZ的分類標誌、環保組織Earth Day Network宣傳圖、Windows 98網絡連接共享安裝嚮導圖、《科學美國人》雜誌使用的行星解剖圖等。
去年3月，在江蘇省高中階段學業水平測試中，有一道「微信啟動畫面是幾月份」的選擇題，讓幾乎天天用微信的學生們有點懵，感覺都白玩兒了。其實，即便不了解這張圖片的拍攝歷史，根據這張圖片赤道低氣壓的移動，也能判斷拍攝時間在12月。（張格苗）
（來源：《中國氣象報》2017年3月1日四版 責任編輯：張林）