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“風云四號”:地球從未如此清晰

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國防科工局、中國氣象局聯合舉行發布會,風云四號首圖出爐。本報記者 杜 芳攝

2017年2月21日我國中東部雨雪天氣監測圖。

青藏高原監測圖。

還記得去年12月11日發射的風云四號氣象衛星嗎?作為我國新一代靜止軌道氣象衛星,風云四號已經在太空運轉多時,它究竟看到了些什么?任務完成得如何?日前終于有了回信。首批透過“風四”之“眼”拍攝的圖像新鮮出爐,并傳回地球。2月27日,在國防科工局、中國氣象局聯合舉行的發布會上,不僅有世界首幅靜止軌道大氣高光譜圖正式亮相,還能有幸看到我國首次獲取的彩色衛星云圖和閃電分布圖。透過氣象衛星的視角,地球從未如此清晰。

“首圖秀”領先國際

首次制作彩色衛星云圖,風云四號就“出手不凡”:青藏高原上的湖泊、黃海細胞狀云系、赤道附近熱帶對流等,均清晰可見;喜馬拉雅山脈的積雪紋理清楚,空間分布范圍一目了然。

這些“風四出品”的首批影像圖和數據已經集結成冊,主要包括:多通道掃描成像輻射計獲取的圖像、干涉式大氣垂直探測儀獲取的大氣紅外輻射光譜、閃電成像儀獲取的閃電分布和強度信息、空間環境監測儀獲取的空間效應及粒子探測信息。

據國防科工局總工程師田玉龍介紹,風云四號衛星是我國靜止軌道氣象衛星從第一代風云二號向第二代跨越的首發星,首批圖像與數據的發布,標志著我國靜止軌道氣象衛星成功實現了升級換代。經過對首批獲取的圖像和數據初步分析,風云四號的主要探測功能得到了全面驗證,綜合探測能力達到了國際領先水平。

與上一代靜止軌道氣象衛星風云二號相比,風云四號更為強大。風云四號掃描成像輻射計主要承擔獲取云圖的任務,共14通道,是風云二號5通道的近3倍;在風云二號觀測云、水汽、植被、地表的基礎上,還具備了捕捉氣溶膠、雪的能力,并能區分出云的不同相態和高、中層水汽。值得一提的是,風云四號首次制作出彩色衛星云圖,最快1分鐘生成一次區域觀測圖像。

國家衛星氣象中心主任楊軍說,“風云四號衛星壽命更長,信息獲取速度更快,功能更強大。直觀來看,新獲取的衛星云圖相比上一代細節更多,色彩更真實、更豐富”。

縱觀國際,風云四號也毫不遜色。它帶領中國高軌氣象衛星趕超歐美,搶占國際競爭制高點;在世界上首次實現了靜止軌道高光譜大氣垂直觀測,可實行高頻次、高精度垂直大氣觀測,獲取大氣溫濕結構信息,將有力提高天氣預報準確率和精細化水平;自主突破了靜止軌道三軸穩定平臺的圖像導航配準技術,使得圖像定位精度達到國際一流水平……

自帶“神器”顯“神威”

目前,風云四號已完成衛星平臺主要功能測試和主要載荷成像模式測試,與地面應用系統協調匹配,工作狀態良好。田玉龍介紹,風云四號衛星是我國航天科技自主創新的新成就,實現了多項重大技術突破,完美“首秀”的背后,正是因為自帶“神器”顯“神威”。

“神器”之一是多通道掃描成像輻射計。它覆蓋了可見光至波長達13.8微米的甚長波紅外波段,光譜通道增加到14個,能夠每15分鐘對東半球掃描一次,最高空間分辨率較之前提高了6倍,達到500米。它以全新的方式揭示臺風、暴雨、洪澇、森林火災、沙塵暴和空間天氣的變化規律,承擔獲取地球表面和大氣的多種光譜輻射信息,為天氣預報、氣候觀測提供觀測數據的重任。

與風云二號配置的掃描輻射計相比,風云四號成功實現了技術的代際跨越:探測波段數大幅增加,空間分辨率和時間分辨率成倍提高,溫度分辨率、光譜分辨率顯著提高,輻射定標精度進一步提升;載荷具有靈活的區域成像功能,可獲取地球表面和云的多光譜、高精度定量觀測數據和圖像,包括晝夜的地球全圓盤圖像、高頻次的區域圖像,將全面提高對地球表面和大氣物理參數的多光譜、高頻次、定量探測能力。

干涉式大氣垂直探測儀是風云四號的關鍵有效載荷之一,也是風云四號自帶的第二大“神器”,最受同行關注和矚目。據介紹,早在1997年風云二號衛星上天,下一代高軌氣象衛星開始規劃之際,中科院院士匡定波便提出,“我國應該發展干涉式大氣垂直探測技術”。這是遙感領域紅外光譜技術的一場革命,將引領人類對地遙感探測步入三維立體階段,為氣象觀測提供一種新的更可靠手段,發達國家都在朝這個方向努力。由于技術難度過大、所需經費太多,美國選擇放棄,歐洲也延遲了計劃。

作為國際首臺靜止軌道的干涉式大氣垂直探測儀,風云四號的探測儀在長波紅外和中波紅外波段可實現1500個以上細分光譜的探測,光譜分辨率達0.625波數,紅外波段空間分辨率達16公里。這相當于給大氣做超過1500層的精細“立體CT”切片式探測,為人類深入研究大氣對流、更精細預測災害性天氣提供了新的可能。

這兩大光學載荷“神器”均為中國科學院上海技術物理研究所研制。據了解,它們成功傳回了大量氣象探測數據,圖像細節清晰、波段光譜特征明晰。

風云四號的厲害神器還不止這些。此次,它攜帶的閃電成像儀首次實現了我國靜止軌道閃電成像觀測,可對我國及周邊區域閃電每秒拍攝500張照片,準確記錄閃電的頻次和強度,為強對流天氣的監測和跟蹤提供全新的觀測手段。空間天氣儀器包具備監測太陽活動和空間環境的能力,探測通道數量、探測精度顯著提高,將進一步增強我國空間天氣監測能力。

28類產品服務百姓

與我國第一代衛星觀測系統相比,風云四號衛星觀測的時間分辨率提高了1倍,空間分辨率提高了6倍,大氣溫度和濕度觀測能力提高了上千倍,整星觀測數據量提高160倍,觀測產品數量提高了3倍,綜合探測能力達到國際領先水平。

正因如此,它可以更加精確地開展天氣監測與預報預警、數值預報、氣候監測,還將對災害及環境監測、人工影響天氣、空間天氣研究等提供有力支撐。目前,國防科工局、中國氣象局正在按計劃組織有關單位開展衛星在軌測試,集中力量在天氣預報、防災減災、應對氣候變化、資源開發、生態環境監測等領域開展應用攻關,積極推動在水利、農業、林業、環境、減災、海洋、能源和航空等行業的應用。

事實上,這次代表風云四號參加發布會的圓盤圖、大氣光譜圖、閃電分布圖以及磁暴監測圖,僅僅是眾多產品中的冰山一角。風云四號提供了28類定量產品,包括云和大氣產品、地表類產品、天氣產品、輻射產品等種類。其中,云和大氣類產品主要用于監測云和大氣的相關信息,地表類產品主要用于環境監測,天氣類產品主要用于環境災害天氣的監測,輻射類產品主要用于反映地氣系統輻射收支情況等。基于這些產品,預報員們可以準確了解到哪里有閃電,臺風的精細化路徑是什么,強對流天氣的初生對流發生在哪里……

中國氣象局副局長、風云四號工程總指揮于新文表示,“截至目前,風云四號A星已開發的定量產品種類和數量是風云二號的3倍,數據量是風云二號的160倍”。

風云四號工程總師李卿回顧,2004年,隨著風云二號C星的業務應用,我國結束了氣象衛星數據依賴國外的歷史。現在,風云四號A星同日本向日葵9號、美國GOES-16一起,躋身國際新一代靜止氣象衛星的先進行列。

據悉,風云四號衛星已被世界氣象組織納入全球對地觀測氣象衛星序列,根據在軌測試初步計劃,風云四號A星有望在今年我國夏季汛期開展天氣預報試驗試用,在年底具備試運行的能力。屆時,風云四號將實時提供高精度的觀測資料,為我國及亞太地區防災減災和經濟社會發展發揮重要作用,進一步提升我國氣象事業和航天事業的國際地位和影響力。

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責任編輯: 李浩

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