賈朋群
4月27日到5月1日，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）氣象衛星大會在馬裡蘭州成功舉辦。來自全球相關領域（氣象衛星用戶和提供者）的650位學者報名參加，因會議接待能力的關係，大約100人不得不等候空位。為了配合這次大會的召開，從4月22日開始，衛星遙感跨機構工作組會議、GOES數據技術工作組會和NOAA GOES數據國際用戶培訓等在會前相繼舉辦，為大會的召開烘託了人氣，增加了技術含量。
會議分5個部分，安排了80餘個報告，使得整個會議內容充足且緊湊。特別是，大會的主題定位於「準備未來的環境衛星」，使得大會成為各氣象衛星國和組織爭相展示未來氣象衛星全貌的舞臺。本文主要依據美方報告，介紹大會反映出來的未來氣象衛星領域的新理念。
當氣象衛星大踏步邁向高分辨時 會倒逼地面預報系統作出改變
本次大會在展示天基觀測新技術的同時，也有一些天氣氣候預報新理念浮現，而這些創新性的思維，更多來自預報一線熟悉、應用衛星數據的用戶。例如，美國國家天氣局（NWS）首席業務官員墨菲在開幕式上，做了論述衛星資料對NWS重要性的論述演講，他用1980年至2012年世界上的災害分布數據，說明了全球天氣趨勢出現了越來越明顯的改變，即在地球物理災害變化不大的情況下，氣象、水文和氣候事件大幅度增加。與此同時，雖然全球擁有35顆不同的環境探測衛星，但是天基探測和預測的能力在出現弱化。面對政府預算的減少，天基設備的能力幾乎被全部挖掘出來，進一步的挑戰尤其艱巨。墨菲認為，傳統上，低軌（極軌）衛星為NWS提供數據，而靜止衛星主要擁有天氣形勢的判斷。但是，目前二者的區別正在走向模糊。例如，低軌道衛星資料越來越多地被預報員使用預警功能，特別是針對阿拉斯加州、沿海風的預警，而靜止衛星上的一些探測資料，也通過同化系統在NWS中獲得應用。因此，兩個種類衛星的全面融合既是方向，也是氣象衛星界最重要的挑戰之一。這種融合需要業務和研究層面上的共同努力，還需要紅外和微波這一傳統衛星探測技術與新出現的GPS掩星技術的共同努力，以及遙感和實地觀察的共同支持才能實現。
此外，墨菲分析了衛星快速探測獲得的資料，在延遲時間很長的數據同化過程中，其價值會大幅度降低，他因此提出2.5小時同化窗口的概念，儘可能避免因數分鐘的延遲給激烈天氣預警帶來的影響。NWS代表的發言也向與會專家提出一個值得思考的問題：在進入地面觀測自動化和新一代天基觀測時代時，如何確保所有資料最快速地被業務預報圈利用？要做到這一點，也許所有的地面系統要有些改變，至少要和天基觀測的節奏保持一致才行。
發言者還歷數了十餘個融入天氣預報業務的衛星探測創新案例，發現2014年及之前有葵花和GPM衛星等5次；2015年有SMAP衛星等3次；預期2016年將有GOES-R和COSMIC-2等4次。頻繁的天基探測創新成果，以及這些創新在快速與天氣氣候預報業務融合的同時，其開始顯現的低軌和靜止衛星、研究和業務、本國和國際資源之間的界限開始模糊的特徵，也讓與會者增添了更多信心。
美國換代氣象衛星平臺初露端倪
會上來自NOAA的多位專家，共同描述了美國下一代氣象衛星的全景圖像。NOAA衛星和信息局長在會上直接宣告了到2017年NOAA的4顆重要衛星的發射時間：Jasson3（2015年7月22日）、GOES-R（2016年2季度）、COSMIC-2a（2016年3季度）、JPSS-1（2017年2季度）。對於即將升空的Jasson3和GOES-R，美國氣象衛星人更是充滿自豪：JPSS-1代表了重要技術改進，目前其搭載的VIIRS、OMPS-N、CrIS和CERES等儀器已經裝載完畢；預計今年升空的GOES-R，其性能會成倍提高：譜信息的數量提高3倍，空間解析度提高4倍，對高影響天氣覆蓋時間掃描速度提高5倍。該星在經過各種測試後，預計將於2017年3月業務化。可以說，上述衛星的發射和成功運行，將開啟NOAA氣象衛星的換代周期。
實際上，GOES-R背負美國下一代靜止氣象衛星的盛名，主要依據來自其中帶著的兩個關鍵傳感器：先進基準圖像儀（ABI）和地球靜止閃電測繪儀（GLM）。和以往GOES搭載的類似儀器不同，ABI不僅是GOES-R系列衛星的基本儀器，其探測的通道增加到覆蓋可見光和近紅外的16個（原為5通道），前述的GOES-R主要性能數倍提高的依據主要來自ABI。目前，世界上歐洲、日本和韓國等國家的下一代地球靜止氣象衛星，類似ABI的儀器幾乎成為標配，尤其是ABI與日本葵花-8衛星上的AHI相比，只是在2個通道的波長不同而已。如果說ABI是對原載儀器的改進，那麼，GLM則是填補空白。GLM能夠對西半球所有的閃電活動進行探測，探測的時間延遲僅僅20秒。GLM資料的出現，給目前的預報帶來了改進的機會，也提出了挑戰。首先，閃電一般總是和激烈天氣聯繫在一起，延遲很小的GLM數據，如果能夠和模式預報結合起來，不僅能夠改進預報，還能夠大幅度提高預警的提前時間。但是，目前的數據更新系統，有可能讓GLM無所作為。會上，科學家們討論了GLM與NOAA新推出的高解析度（3千米）快速同化系統（HRRR）可能的結合方式，即通過HRRR時間延遲LTF（閃電威脅預報）集合技術最終解決GLM與目前業務體系的融合問題。
美國多機構衛星探測平臺圖像難言完整
在這次會議上，NOAA以外其他聯邦機構的衛星平臺建設，只有來自美國國防部（DoD）以及美空軍等做了報告。自1962年以來，DoD通過其DMSP衛星開始地球大氣的探測。1995年發射的DMSP-13衛星，在20年後依然提供重要的探測圖像，是典型的長壽衛星。來自國防部的達標在會上透露，DoD計劃在2021年前後發射WSF（Weather System Follow-on，天氣系統第二代）系列衛星，在WSF上可能搭載圓錐微波圖像儀。這或許意味著未來美國軍方將主要依據戰事的需要，在與民用衛星共享技術進步的同時，構造其下一代大氣探測衛星和更適用於戰爭需求專門的星載儀器。
本次大會並沒有來自NASA的代表，就NASA主導構建的空基平臺中大氣和環境探測內容做重要的發言，此外，美國與其他國家和地區聯合開展的項目，例如美日聯合開發的GPM（全球降水觀測）等也不見專門的介紹，這是大會讓人略感遺憾的地方。
衛星數據獲取和培訓，一個都不能少
會議的最後兩個板塊，分別探討衛星數據的發布和獲取以及氣象衛星的教育培訓，這既是一種務實，即想用戶之想，更是衛星技術快速發展帶來的必然：衛星數據快速融入預報和研究模式帶來更多的數據接口問題，而衛星和衛星搭載傳感器的多樣化和複雜化，正在讓氣象衛星培訓成為科研和業務人員入門的必要程序，未來面對一個特定的天氣系統，你可能可以從極軌、靜止軌道上或者小衛星更加多變軌道上，獲得時間和空間域最接近的多個衛星及傳感器探測資料，要了解如此眾多衛星資料的視角和特點，沒有相關的培訓幾乎不可想像。
正如很多與會者的感覺，如果說世界上氣象資料的全球共享走在了前面，那麼全球衛星資料的共享則更是一面旗幟。地球靜止衛星在全球的定位都是衛星國協調的結果，其中資料的共享顯然是前提。針對JPSS衛星和GOES-R衛星資料的獲取，大會分別安排了4個和3個報告進行介紹，目前，這些衛星各傳感器數據的獲取，NOAA通過其CLASS系統（綜合大型陣列數據管理系統）陸續開始做好了包括準實時和歷史數據的發布準備。一些特別數據，一般都在研發部門的網站上設立了「直讀」埠，用戶可以快速獲取。針對大部分用戶的衛星探測產品，除了探測器不同通道產品、多通道探測數據合成產品之外，用戶還可以根據自己的特別需求，定製其所需產品。例如農業等行業用處產品、新衛星傳感器數據轉化為NetCDF4或GRIB2等常用格式、讓衛星針對特別過程獲得「再採樣」數據、濾波和壓縮等。目前，CLASS用於80類資料，每類資料可以包含多種數據，這使得CLASS上可獲取的資料庫達到300個，其中最為熱門的數據是來自GOES、POES和S-NPP衛星的原始輻射資料。
在教育和培訓方面，美國代表分別介紹了區域培訓、合作所、COMET項目以及虛擬培訓等手段中涉及衛星氣象教育和培訓的部分。這些教育和培訓的共同特點是超前性。美國即將升空的氣象衛星的主頁上，幾乎無一例外都有教育版塊，提供該衛星工作原理和對氣象預報和研究促進意義等信息，而在COMET的超過2000個英語氣象衛星課件中，已經有數十個針對GOES-R的培訓課件（英語69個，西語25個，法語16個）。NOAA的國家實驗室和與高校合建的合作所，往往能夠利用其本身就是新衛星傳感器或產品研發基地的優勢，開展更加有含金量的培訓。例如，CIRA（大氣研究合作所）和CIMSS（氣象衛星研究合作所）兩個合作所推出了VISIT（衛星綜合培訓可視學院）和SHyMet（衛星水文和氣象）兩個針對預報員的培訓計劃，它們與WMO的虛擬實驗室共同構築美國業務和學術氣象衛星新技術的培訓和研發基地，吸引力眾多相關機構形成影響廣泛的平臺。
目前，世界各國共同開展的氣象和環境探測活動，每天提供大約20億條觀測信息，而這些信息的99%來自衛星探測平臺。極地軌道和地球靜止軌道上的氣象和環境探測衛星的數量已經達到35顆，這些衛星組成的星群和空間網絡，實際上代表著人類對地球大氣和環境的感知和逐步加深的認知。在成功發射了人類第一顆人造衛星的美國，其氣象衛星發展戰略，不僅具有強大的技術優勢，也同時在與氣象業務的互動和對接中，大踏步地向新一代氣象衛星平臺邁進。
（來源：《中國氣象報》2015年5月13日三版 責任編輯：張林）