风云不再莫测

Space Exploration - - 太空探索 - 文/倪伟周霞

新中国成立后,对我国影响最严重的 20个台风中,近3/4 发生于 1988年之前。而从台风登陆时中心气压和最大风速等数据来看,1949年以来登陆我国最强的8个台风中,有一半产生于 1988年以后。可见,近30年来登陆我国的超强台风并没有减少,但每一次造成的损失都不及前30年的台风灾难,甚至不及其一个零头。建国之初,一次台风动辄导致数千人遇难,而 2014 年,在海南登陆的威马逊造成的遇难人数为56人。台风依然可怕,但不再如几十年前那样让人恐怖。这样的感受,同样适用于洪涝、干旱、暴雨、沙尘暴等自然灾害事件。在引起这种变化的多种因素中,最重要的或许是气象卫星的应用。

卫星是如何预报天气的?

卫星云图是天气预报中使用的重要工具,五颜六色的卫星云图可以用来识别不同天气系统,确定其位置,判别其发展阶段和演变趋势,例如估计台风最大风速,预测对流云的降水强度等。这些卫星云图都是由气象卫星从太空中的不同位置拍摄的,通过卫星将大量观测数据传回地面站后,再还原合成准确的云图。我国气象卫星云图,例如中央电视台在天气预报中使用的云图,全部由中国航天科技集团公司八院抓总研制的风云系列气象卫星拍摄。气 象研究人员每隔半小时或一小时选择一幅云图图像,利用连续的12幅图像合成云图动画,便可以清晰地看到过去6小时 ~12小时里云团的移动和变化,从而判断和预测天气状况。

去年汛期前开始的全国多地持续降雨还让人心有余悸,那段时间“暴雨”成了天气关键词,也成为人们心头的阴霾。其实在当年 6 月 1 日起,中国气象局就部署国家气象卫星中心启动“风云二号”E/G双星加密观测模式,G星和E星由每一小时获取一张云图增加到每颗星每天获得48张卫星云图,最终形成中国区域15分钟间隔的卫星云图动画,密切监视主汛期复杂多变的天气形势,做好汛期气象监测预报预警服务。该次强降雨来临前,中国气象局根据风云气象卫星等遥感资料,就发布了暴雨预警和强对流预报。

一般来讲,气象卫星云图分为太阳同步轨道气象卫星云图和地球静止轨道气象卫星云图。风云一号和风云三号位于距地面高度大约500 公里 ~1000公里的太阳同步轨道上,拍摄太阳同步轨道气象卫星云图,获取的是宽幅大照 片。风云二号和风云四号,定位在距地面约 3.6万公里的地球静止轨道上,拍摄地球静止轨道气象卫星云图,是局部高清图片。这两种云图相配合,既能获取局部地区气象状态的细微变化,又能获取全球范围内的宏观气象数据,能大大提升天气预报的准确性。如今,全球同时拥有这两种气象卫星的,只有中国、美国和欧洲,形成了三足鼎立局面。随着风云卫星的发展,我国天气预报的准确率也从上世纪70年代的约50%,已经提高到了现在的90%。

未来发挥更大作用

其实,风云卫星的作用远远不止天气预报。长周期气象资料的收集,对于气候观测和预报起到了重要作用,大到厄尔尼诺、拉尼娜现象的预判,小到暖冬、冷冬、季节降水量的预测。利用大气观测,风云卫星可以追踪全球对流天气,利用海面温度观测,风云卫星则可以分析洋流形势。风云卫星还密切关注全球气候变化,对南北极冰盖融化现象进行全方位观察,并监控、分析南极

圈臭氧层的变化。

定位在东半球上空的风云二号卫星,已经成为东半球的气象守护神,东亚、东南亚、南亚、大洋洲等国家与地区,均使用风云卫星数据进行气象监测。俯瞰全球的风云三号卫星,则是全人类共同的财富。

据统计,风云气象卫星的数据每年被数以亿计地引用,成为国内最大的遥感卫星数据库。全球70多个国家和地区、全国超过2500家单位均在使用风云卫星数据,确立了我国在气象观测 领域的国际重要地位。

最近一次的风云卫星发射是2017年 11 月 15日,风云三号D星由长征四号丙运载火箭在太原卫星发射中心发射升空。这是我国第二代太阳同步轨道气象卫星(又称极轨气象卫星)风云三号的第四颗卫星,也是我国成功发射的第 16颗风云系列气象卫星。

风云三号D星共装载遥感探测仪器 10台(套),其中4台(套)为全新研制,分别为红外高光谱大气探测仪、高光谱温室气体监测仪、广角极光成像 仪和电离层光度计。风云三号D星相对于前面三颗星而言,核心遥感仪器技术状态基本不变。但新增的这些遥感仪器可以逐步满足气象领域对大气探测精度、温室气体监测能力和空间环境综合探测能力的新需求。

比如,风云三号D星携带的红外高光谱大气探测仪可以测量大气在不同光谱通道的辐射值,再定量反演得到全球大气温、湿度的三维分布,为数值天气预报提供基础数据,服务全球气候变化监测和评估。比如,高光谱温室气

体监测仪能对全球主要温室气体二氧化碳、甲烷以及一氧化碳等气体柱总量进行高精度探测,可用于全球温室气体排放、温室气体源与汇分析、温室气体与气候变化关系等一系列科学问题的研究。再比如,广角极光成像仪和电离层光度计则分别用于获得磁层不同区域的时空信息和电离层电子总含量等参数信息、电离层赤道异常区的二维精细结构,以及准确定位极光边界等。

风云三号D星的发射将再度提升极轨气象卫星的观测能力,我国全球数值天气预报模式预报精度预计再提高3%左右,预报时效延长2~3天左右。或者说,可使台风登陆等高影响天气预报时效提前到5~7 天。

据介绍,风云三号D星将进一步加强对全球冰雪覆盖、臭氧分布等方面的观测能力。再进一步而言,除了直接 的气象应用,卫星还将最大限度地发挥遥感卫星效能,广泛应用到农业、林业、水利、海洋、交通等多个行业领域。

经过 40年的发展,我国已形成了包含极轨气象卫星风云一号、风云三号,静止气象卫星风云二号、风云四号在内完备的风云气象卫星观测系统,成为国际上同时拥有高轨和低轨业务气象卫星的国家之一。风云气象卫星的遥感数据产品应用超过60种类,其中对暴雨、台风、雪灾、冰冻等恶劣天气已经具备了实时预报和监测的能力,是我国民用遥感卫星领域效益发挥最好、应用范围最广的卫星之一。

随着监测效能的不断提升,风云气象卫星已成为全球对地观测业务卫星序列中的重要成员,与美国、欧洲风云气象卫星一起成为全球对地观测网中名副其实的主力军,承担起全球对陆地、 大气、海洋、地表环境全天候连续观测的责任。

准确的气候监测是系统作战的成果。风云卫星想要充分发挥作用,必须成体系建设。预计未来十年,我国将发射 10余颗风云气象卫星。包括风云二号卫星 1颗,风云三号卫星 4颗,风云四号卫星2颗,降水测量雷达卫星2颗,晨昏轨道卫星、静止轨道微波探测卫星、高精度温室气体综合探测卫星、大气环境监测卫星各1颗。其中今年就将发射具有穿云透雾测极光的风云三号04星。预计2030年左右,我国第三代极轨和静止气象卫星将形成全球观测系统,对地球气候系统进行全天候、全天时、三维、定量探测,满足我国气象、水文、农业、防灾减灾、气候变化、保障国家安全、提升我国国际影响力。★

▲风云卫星提供的地表温度图

▲风云三号A星中分辨率光谱成像仪全球影像镶嵌图

▲长征四号丙运载火箭发射风云三号D星升空

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