「站得高、看得遠」,浩瀚宇宙中的氣象衛星宛如地球家園的守望者,全天24小時不間斷監測天氣和環境變化。
從1970年開啟氣象衛星研製任務,到如今成功發射17顆風雲系列氣象衛星,7顆在軌運行。跨越50年長河,我國氣象衛星事業實現了從無到有、從小到大、從弱到強的跨越。
這個人丁興旺的「家族」究竟做出了怎樣的貢獻?今天,就請國家衛星氣象中心主任、風雲氣象衛星工程總設計師楊軍,風雲四號衛星系統總設計師董瑤海和風雲氣象衛星工程副總設計師唐世浩,來跟大家分享他們眼中的風雲衛星。
01 「爭氣星」:敢夢想敢創新
風雲衛星是一顆什麼樣的星?在楊軍看來,有三重定義:它是一顆知冷知熱的「百姓星」,當人們收看天氣預報時,就有風雲衛星的一份功勞;它也是一顆自主創新的「爭氣星」。50年來,中國氣象衛星實力在世界上與歐美發達國家三足鼎立,部分技術實現超越,風雲衛星就是其中的代表;它還是一顆服務全球的「中國星」。
自氣象衛星誕生的那天起,就伴隨著防災減災救災的使命而來。1969年初,一場罕見的雨雪冰凍災害席捲半個中國,而當時世界上擁有氣象衛星的國家只有蘇聯和美國。
我國預報員雖能接收國外氣象衛星雲圖,但只是單純的「黑白圖像」,無法挖掘原始數據、反演各種氣象要素,應用受到極大限制,氣象衛星的研發迫在眉睫。
「要搞我們自己的氣象衛星!」同年1月29日,周恩來總理高瞻遠矚地提出了這一目標,隨即於1970年2月親自批准下達了研製氣象衛星的任務,並批准中央氣象局成立「氣象衛星地面站總站」(即現在的國家衛星氣象中心)。
時隔七年,在氣象衛星工程第一次大總體方案論證會上,確定了氣象衛星工程代號為「七一一」,並將我國第一代極軌氣象衛星命名為風雲一號,正式開啟風雲紀元。
50年曲折探索路,風雲衛星的成長並非一帆風順。董瑤海坦言,他們也曾「交過學費」。風雲一號A星在太空只工作了39天,因衛星姿態失去控制而「早亡」。1990年9月發射的風雲一號B星也因同樣的原因,僅在軌正常運行了158天。
經過三代人的努力,風雲衛星已經擺脫「短壽」困擾,「身體素質」大大提升。風雲一號C星壽命達到7年,而風雲二號F星的設計壽命有4年(至今已運行八年,仍在軌運行)。
壽命延長之外,衛星的觀測能力也有了長足進步。中國氣象局依靠自主創新掌握了全部核心技術,譬如風雲四號衛星作為第二代靜止軌道氣象衛星,搭載了由我國自主研製的幹涉式大氣垂直探測儀,最高實現15分鐘一次的高頻垂直探測,與目前國外主要採用的下投式探空或飛機觀測方式相比,大幅擴大了探測範圍並極大縮短了大氣溫溼度三維數據獲取時間。
「這是我們獨步天下的技術,有了它可以給大氣做『CT』,接下來我們還要進一步解決更高精度的探測問題,讓天氣預報更精準。」董瑤海說。
02 「百姓星」:堅持服務為民
今年6月以來,南方持續性強降水導致部分流域出現了較為嚴重的汛情。其中,長江流域平均降水量更是較常年同期偏多50%,為1961年以來歷史同期最多。彼時,風雲衛星緊盯關鍵湖體面積的消長情況,並通過多年的衛星監測資料對比分析,給決策部門搶險救災提供科學可靠的依據。
「氣象衛星監測從直觀來說,首先是支持天氣預報,把汛期降水過程預報精準。不僅如此,它還要對降水之後可能引發的各種氣象災害監測評估,利用長時間序列衛星遙感監測資料綜合評判,助力政府部門決策。」楊軍說。
特別是在颱風監測中,風雲衛星發揮著無可替代的作用。自風雲二號衛星投入運行以來至今年8月底,西太平洋生成的566個颱風、登陸我國的165個颱風監測無一漏網。
優秀的氣象衛星不光會拍照,最重要是做到絕對定量測量。「颱風的當前狀態、歷史狀態都是什麼樣?從大氣到空間天氣的綜合觀測信息,有了風雲衛星資料的加入,才能監測到海面的一舉一動,使得颱風路徑和強度的預報準確率連年提升,逐步將氣象災害造成的損失降到最低。」唐世浩告訴記者,數值天氣預報的精度提高與衛星資料的質量和數量增加成正比,以進一步提升天氣預報的準確度。
如今,七星在天,它們都在浩瀚銀河中忙碌些什麼?答案是組建綜合觀測星座,實現對大氣及地球多圈層系統全球化、精細化探測能力。
極軌衛星圍繞南北極跨越赤道飛行,主要用於天氣預報、生態、環境監測以及氣候變化研究;靜止衛星在地球赤道上空,與地球自轉同步運行,對局部地區進行高頻次觀測,是捕捉中尺度強對流天氣的能手。
「氣象觀測最大的特點就是24小時不間斷連續工作,因為天氣瞬息萬變,而且無所不在。衛星要承擔起『地球衛士』的角色,未來這樣的立體觀測網還會越來越密,資料之間的接續水平更高,各類災害的捕捉能力更強,以提供更加精準的天氣預報。」楊軍表示,氣象衛星要發揮防災減災第一道防線作用,通過多星協同,第一時間發現災害並記錄全過程。
近年來,升級換代的氣象衛星還與雲計算、大數據等新技術融合應用,時刻掌握天氣氣候的脈動,持續提升天氣預報的準確率和對天氣趨勢科學研判的「智慧」含量,不斷拉近與老百姓的距離。精準扶貧、生態建設都是氣象服務落地的支點之一,精細化的衛星數據產品服務已遍及各行各業。
03 「中國星」:彰顯大國擔當
「作為全球綜合地球觀測系統的重要成員,風雲氣象衛星已被世界氣象組織納入全球業務應用氣象衛星序列,也是空間與重大災害國際憲章機制的值班衛星。」楊軍說,使用風雲氣象衛星數據的國家和地區數量已增至115個(包括75個「一帶一路」國家),並為國內2700多家用戶提供資料和產品,風雲衛星的全球應用服務潛力逐步釋放。
莫三比克位於非洲南部,熱帶氣旋等氣象災害頻繁。2019年,該國曾3次啟動風雲衛星國際用戶防災減災應急保障機制,請求中國氣象局提供該地區風雲衛星數據產品。
當地時間今年1月2日,中國氣象局援助建設的中國風雲二號氣象衛星接收處理及應用系統交付使用儀式在莫三比克國家氣象局舉行。莫三比克也成為非洲首個應用此系統的國家,較好地填補了天基監測的空缺,獲得24小時連續不間斷氣象衛星監測服務,天氣預報、防災減災能力將得到有效提升。
風雲衛星所承擔的國際服務成果遠不止於此。從澳大利亞新南威爾斯州山火到伊朗南部洪澇、從巴基斯坦沙漠蝗災到孟加拉灣氣旋風暴……風雲衛星災害遙感監測彰顯大國擔當,2019年1月至2020年8月共製作並發布61期「一帶一路」遙感應用專報,為非洲、亞洲、南美洲等多國提供颱風、森林火災、沙塵暴、洪災等遙感監測服務。
憑藉先進的技術、穩定的業務運行和高質量的數據產品,風雲衛星正與世界發達國家的氣象衛星一起,成為全球對地觀測網中的主力軍,肩負全球對地球大氣、海洋和地表環境的全天候、立體、連續觀測的責任,一步一個腳印把風雲衛星氣象事業推向前進。
來源:經濟日報經點科學工作室