專家：「風雲四號」衛星地面應用系統副總設計師 郭強
採訪人：中國氣象報記者 陳勵
近日成功發射的「風雲四號」靜止軌道氣象衛星有三位先行者——「風雲一號」「風雲二號」「風雲三號」。其中「風雲一號」和「風雲三號」是極軌氣象衛星，「風雲四號」的「直系師兄」是「風雲二號」靜止氣象衛星。部分民眾存有疑惑：「同樣是觀測地表，為什麼要有極軌和靜止兩種氣象衛星呢？只研製一種不行嗎？」
郭強說，雖然都是氣象衛星，但極軌氣象衛星和靜止氣象衛星的差別很大，兩種氣象衛星的觀測有其各自獨特的作用。對於天氣氣候預測預報和研究來說，這兩種衛星缺一不可。
極軌氣象衛星：低軌道高解析度 同一本地時間觀測全球
極軌氣象衛星，全稱極地太陽同步軌道氣象衛星。顧名思義，就是衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的交角，堪稱「衛星裡的向日葵」。如果把地球當作參照物，它們每天兩次飛越地球表面上的一個點，並通過地球的南北極。極軌氣象衛星每天能觀測全球表面，獲得全球觀測數據。它們的本職工作主要是服務於全球模式下的數值天氣預報以及氣候觀測、監測大範圍自然災害、研究全球生態與環境變化、探索氣候變化規律，並為氣候診斷和預測提供所需的地球物理參數。
靜止氣象衛星所需要的軌道高度是35800公裡左右，而極軌氣象衛星的軌道高度僅需800-1000公裡，相當於靜止氣象衛星的1/40，這意味著極軌氣象衛星的解析度大約是靜止氣象衛星的40倍。換句話說，在極軌氣象衛星上能看清1公裡尺度氣象要素的儀器，放到靜止氣象衛星上只能看清40公裡尺度上的氣象要素。極軌氣象衛星軌道低帶來的不僅是掃描解析度的提高，還有地面信號、數據和能量感應能力的提高。靜止氣象衛星所需要的發射高度使多數運載火箭難以勝任，而極軌氣象衛星上的載荷儀器技術要求和地面控制難度都遠低於靜止氣象衛星，這導致本該在靜止氣象衛星上運行的不少新的高科技觀測儀器都只能在極軌氣象衛星上首先運行。
由於極軌氣象衛星軌道和太陽保持同步，所以地球上每一個地方被同一顆極軌氣象衛星觀測到的本地時間都是一樣的。極軌氣象衛星的這一特點使衛星遙感探測資料具有長期可比性，能夠給氣候和生態研究提供地球同緯度同一本地時間的重要數據。極軌氣象衛星和太陽的角度保持不變，這也意味著它們能夠在相同太陽光照條件下「高清」觀測地球，而靜止氣象衛星則是在不同太陽光照條件下觀測地表。
隨著全球氣候變暖，南北極氣候變化日益牽動著研究者的心。由於位於赤道同步軌道的靜止氣象衛星對極地高緯度地區沒有觀測能力，因此我國氣象衛星極地和高緯度觀測的任務也主要由穿越極地的極軌氣象衛星承擔。
靜止氣象衛星：觀測高達分鐘級 通信穩定
靜止氣象衛星，全稱地球同步軌道氣象衛星。顧名思義，就是衛星的軌道平面與赤道平面幾乎重合。靜止氣象衛星的運行方向與地球自轉方向相同、運行軌道為位於地球赤道平面上的橢圓形軌道、運行周期與地球自轉一周的時間幾乎相等，約23時56分4秒。由於靜止氣象衛星運行和地球自轉同步，因此每天對所覆蓋的固定區域可以進行高頻次的觀測。它們的本職工作是服務於天氣預報和分析，特別是中小尺度強對流天氣的警報。雖然研發難度大，觀測解析度較低，但它們也有著自己的不可替代性。
首先，靜止氣象衛星時時刻刻都對所負責區域進行高頻次不間斷的觀測，目前的觀測頻次可達到分鐘級，這對於天氣預報和分析來說都是非常重要的。
其次，由於靜止氣象衛星軌道高度高，一顆衛星即能覆蓋1/3地球區域，因此能夠一次看到1/3個地球，而極軌氣象衛星一天只能看完兩遍地球。對於尺度較大的天氣過程來說，靜止氣象衛星可隨時獲取觀測區域內的各類天氣過程數據。而極軌氣象衛星同步的是太陽，因此無法在同一個絕對時間下觀測到地球上大範圍的天氣情況，也無法對災害性天氣做出及時預警。
隨著「風雲四號」靜止氣象衛星採用三軸穩定姿態控制方式後，該衛星天氣觀測方面的潛力得到充分發掘。除了我們能想到的平面掃描，「風雲四號」還能夠對大氣進行垂直方向的監測，這對觀測大氣溫溼度垂直結構尤為重要。隨著靜止氣象衛星的解析度不斷提高，以及微波和紅外探測技術的發展，靜止氣象衛星的三維立體觀測能力也在不斷完善。「風雲四號」上裝備的閃電成像儀已經能夠對以往難以把握的閃電進行更好的監測。總之，隨著技術的發展，靜止氣象衛星對天氣分析和災害天氣預警的貢獻也將越來越大。
極軌氣象衛星和靜止氣象衛星都是氣象觀測中不可或缺的一部分，正因為它們相輔相成、優勢互補，我國的氣象事業才能夠像今天一樣快速發展。目前，我國的「風雲二號」靜止氣象衛星D/E/F/G四星和「風雲三號」極軌氣象衛星A/B/C三星仍然在軌，而隨著更為先進的「風雲四號」氣象衛星的投入使用，我們的天氣預報將更加準確及時。
（來源：《中國氣象報》2016年12月15日三版 責任編輯：張林）