風(fēng)云四號(hào)效果圖。航天科技集團(tuán)八院供圖。

　　這是一個(gè)和普羅大眾日常生活并不遙遠(yuǎn)的科技事件，隨著新一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)的成功飛天，我國(guó)迎來(lái)了新的氣象觀測(cè)時(shí)代，以及有望更為準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)時(shí)代。

　　12月11日凌晨0時(shí)11分 ，風(fēng)云四號(hào)搭乘長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。根據(jù)這顆衛(wèi)星的主用戶單位、中國(guó)氣象局的說(shuō)法，風(fēng)云四號(hào)代表著當(dāng)今氣象衛(wèi)星的最先進(jìn)水平，其成功發(fā)射標(biāo)志著我國(guó)靜止軌道氣象衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了升級(jí)換代和技術(shù)跨越，將大幅度提高我國(guó)天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)能力。

　　所謂氣象衛(wèi)星，相當(dāng)于一個(gè)高懸在太空的自動(dòng)化高級(jí)氣象站，由其提供的氣象云圖，是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基石。中國(guó)工程院院士許健民說(shuō)，風(fēng)云四號(hào)的觀測(cè)質(zhì)量會(huì)比上一代靜止氣象衛(wèi)星即風(fēng)云二號(hào)有“臺(tái)階性”的提高。那么這究竟是一個(gè)怎樣的提升，對(duì)民眾關(guān)心的天氣預(yù)報(bào)又有著什么樣的影響？中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者采訪了有關(guān)專家。

　　觀測(cè)能力是現(xiàn)有系統(tǒng)的上千倍

　　根據(jù)航天科技集團(tuán)八院風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星工程總師李卿的說(shuō)法，風(fēng)云四號(hào)是我國(guó)首顆靜止軌道上三軸穩(wěn)定的定量遙感衛(wèi)星，搭載了多通道掃描成像輻射計(jì)、干涉式大氣垂直探測(cè)儀、閃電成像儀和空間天氣監(jiān)測(cè)儀等4種探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)重大技術(shù)突破。

　　將四大類載荷安裝在同一個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)上，就是其中的一個(gè)突破。中國(guó)氣象局副局長(zhǎng)、風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星工程總指揮于新文說(shuō)，這是一個(gè)世界性難題的突破，解決了多個(gè)儀器同時(shí)工作所產(chǎn)生的相互干擾問(wèn)題。

　　他說(shuō)，相較于其他國(guó)際先進(jìn)水平靜止氣象衛(wèi)星將成像儀器和探測(cè)儀器分置于兩顆衛(wèi)星的普遍做法，風(fēng)云四號(hào)的這種設(shè)計(jì)大大節(jié)省了研制成本，更重要的是，在世界上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣的多手段綜合觀測(cè)。

　　具體來(lái)看，與目前業(yè)務(wù)運(yùn)行的風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星相比，風(fēng)云四號(hào)配備的掃描成像輻射計(jì)通道數(shù)量增加了2.8倍，達(dá)到14個(gè)。其觀測(cè)時(shí)間分辨率提高1倍，可每15分鐘對(duì)東半球掃描一次，最快可以每1分鐘生成一次區(qū)域觀測(cè)圖像。最高空間分辨率較之前提高了6倍，達(dá)到500米。

　　李卿說(shuō)，這些新能力，將讓風(fēng)云四號(hào)以全新的方式來(lái)揭示臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、森林火災(zāi)、沙塵暴和空間天氣的變化規(guī)律。

　　風(fēng)云四號(hào)還搭載了世界首個(gè)靜止軌道干涉式大氣垂直探測(cè)儀，其在垂直光譜探測(cè)通道達(dá)到1700個(gè)，可方向上對(duì)大氣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度定量探測(cè)，相當(dāng)于對(duì)大氣進(jìn)行CT掃描。

　　這也是國(guó)際上靜止軌道氣象衛(wèi)星的首次裝載，將首次實(shí)現(xiàn)靜止軌道大氣高精度溫度、濕度廓線探測(cè)，獲取的高光譜大氣數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

　　根據(jù)中國(guó)氣象局的說(shuō)法，風(fēng)云四號(hào)的觀測(cè)能力是現(xiàn)有觀測(cè)系統(tǒng)的上千倍，將極大提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)化水平。

　　接下來(lái)是閃電成像儀。風(fēng)云四號(hào)的成功發(fā)射，是我國(guó)自主研制閃電成像儀的首次在軌應(yīng)用，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。1秒鐘可以拍攝500張閃電圖，探測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的閃電頻次和強(qiáng)度，這可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)與跟蹤，提供閃電災(zāi)害預(yù)警，也是國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用。

　　能感知3.6萬(wàn)公里外湖水溫度的變化

　　放眼全球，國(guó)際上新一代靜止氣象衛(wèi)星已呈現(xiàn)出競(jìng)相發(fā)展的態(tài)勢(shì)。日本和美國(guó)分別在今年11月2日和11月19日發(fā)射同類氣象衛(wèi)星。歐盟、俄羅斯、韓國(guó)、印度也計(jì)劃于2017～2018年前后發(fā)射新一代靜止氣象衛(wèi)星。

　　風(fēng)云四號(hào)地面應(yīng)用系統(tǒng)總師張志清說(shuō)，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星與日本、美國(guó)2016年最新發(fā)射的葵花九號(hào)衛(wèi)星、GOES－R衛(wèi)星及歐洲正在研制的MTG等均屬于新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星。

　　氣象衛(wèi)星又被叫做定量遙感衛(wèi)星，除了獲取云圖，還有一個(gè)重要的功能就是獲取準(zhǔn)確的、定量化的大氣和地表觀測(cè)信息，為后續(xù)的應(yīng)用提供服務(wù)。

　　張志清說(shuō)，針對(duì)越來(lái)越高的定量遙感需求，風(fēng)云四號(hào)裝載的多通道掃描成像輻射計(jì)、干涉式大氣垂直探測(cè)儀和閃電成像儀，在性能上比之前的衛(wèi)星有大幅的提升。

　　張志清舉了一個(gè)例子，青海湖的溫度是20℃，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星可以做到對(duì)其溫度的測(cè)量誤差小于1℃，同時(shí)，當(dāng)湖水溫度變化0.1℃時(shí)，衛(wèi)星就能夠準(zhǔn)確感知出來(lái)。

　　此外，風(fēng)云四號(hào)還可以通過(guò)不同光譜通道的觀測(cè)，對(duì)全國(guó)植被覆蓋、糧食畝產(chǎn)等作出預(yù)估。在氣象學(xué)家看來(lái)，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益空前。

　　不過(guò)天氣預(yù)報(bào)是一件極其復(fù)雜的工作，除了溫度，還包含濕度、壓強(qiáng)、風(fēng)等指標(biāo)，涉及溫濕度、導(dǎo)風(fēng)、閃電、輻射、云和氣溶膠、大氣成分等數(shù)十個(gè)種類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用。

　　張志清說(shuō)，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，將提供包括云、輻射、溫濕度、大氣、導(dǎo)風(fēng)、閃電等34種數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

　　革命性的跨越：提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的重器

　　事實(shí)上，在風(fēng)云四號(hào)之前，我國(guó)已成功發(fā)射了14顆氣象衛(wèi)星，其中7顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，成為世界上少數(shù)幾個(gè)同時(shí)擁有極軌和靜止軌道氣象衛(wèi)星的國(guó)家。

　　國(guó)防科工局系統(tǒng)工程司副司長(zhǎng)趙堅(jiān)表示，極軌氣象衛(wèi)星已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了升級(jí)換代和上、下午星組網(wǎng)觀測(cè)，如今，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射使靜止軌道氣象衛(wèi)星也實(shí)現(xiàn)了升級(jí)換代，并形成了“多星在軌、統(tǒng)籌運(yùn)行、互為備份、適時(shí)加密”的業(yè)務(wù)格局。

　　在茫茫太空中，氣象衛(wèi)星就是洞察風(fēng)云變幻的銳利“眼睛”。張志清說(shuō)，氣象衛(wèi)星主要是通過(guò)衛(wèi)星裝載的各種探測(cè)儀器獲得不同的衛(wèi)星氣象云圖，然后通過(guò)云圖反演出其他變量，并應(yīng)用到天氣預(yù)報(bào)模式中，再根據(jù)方程的運(yùn)算得到未來(lái)的天氣。

　　氣象衛(wèi)星云圖可分為太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星云圖和地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖。不過(guò)，能用自己研制的衛(wèi)星拍攝這兩種云圖的國(guó)家和地區(qū)，美歐之外，就只有中國(guó)了。

　　根據(jù)趙堅(jiān)的說(shuō)法，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星中的風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星和風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星分別是我國(guó)第一代和第二代太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星，距地面高度大約500公里至1000公里，其拍攝的云圖就是太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星云圖。

　　而風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星和剛剛發(fā)射的風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星則分別是我國(guó)第一代和第二代對(duì)地靜止軌道氣象衛(wèi)星，距地面約3.6萬(wàn)公里，其拍攝的衛(wèi)星云圖是地球靜止軌道氣象衛(wèi)星云圖。

　　靜止衛(wèi)星與極軌衛(wèi)星，一個(gè)相對(duì)于地球保持靜止，一個(gè)則繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)。如風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星和風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星對(duì)我國(guó)天氣的觀測(cè)好比一個(gè)定點(diǎn)站崗警察和一個(gè)流動(dòng)巡邏警察。

　　目前，人們看到中央電視臺(tái)天氣預(yù)報(bào)的衛(wèi)星云圖，基本上來(lái)自在軌運(yùn)行的風(fēng)云二號(hào)E、F、G三顆星。張志清說(shuō)，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，將逐步接替風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星提供更加及時(shí)和高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

　　中央氣象臺(tái)首席預(yù)報(bào)員、風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星應(yīng)用首席專家許映龍說(shuō)，成像和垂直觀測(cè)相結(jié)合，就好比醫(yī)生不僅有了X光片，同時(shí)還有了CT片，獲得了不同層次的切片數(shù)據(jù)，對(duì)于病情的判斷就更加準(zhǔn)確了。

　　他說(shuō)，這是一個(gè)革命性的跨越，“可以說(shuō)，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星是提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的重器”。

　　根據(jù)官方的說(shuō)法，隨著風(fēng)云衛(wèi)星的發(fā)展，我國(guó)當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率從上世紀(jì)70年代的約50％，提高到了現(xiàn)在的90％。而風(fēng)云四號(hào)的成功發(fā)射，將進(jìn)一步提高這一準(zhǔn)確率。

　　未來(lái)的天氣預(yù)報(bào)會(huì)怎樣

　　那么，有了衛(wèi)星重器，我國(guó)天氣預(yù)報(bào)的水平究竟能提高多少，與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比又將如何？

　　這個(gè)問(wèn)題并不難回答。事實(shí)上，現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)包括5個(gè)環(huán)節(jié)：氣象觀測(cè)、數(shù)據(jù)收集、綜合分析、預(yù)報(bào)會(huì)商、預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布。

　　這其中，氣象觀測(cè)又分為地基觀測(cè)、空基觀測(cè)和天基觀測(cè)三大類。而氣象衛(wèi)星，只是其中的天基觀測(cè)一環(huán)。在專家看來(lái)，氣象衛(wèi)星觀測(cè)能力的提升，將會(huì)帶來(lái)天氣預(yù)報(bào)能力的提升，不過(guò)至于能提升多少，以及能否和歐美比肩，則還要進(jìn)行綜合考量。

　　畢竟，真正引領(lǐng)天氣預(yù)報(bào)技術(shù)走向現(xiàn)代化的是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的誕生。而所謂數(shù)值預(yù)報(bào)，就是使用大氣運(yùn)動(dòng)方程建立的數(shù)值模式，按時(shí)間順序計(jì)算不同高度全球各處氣象要素的值。

　　遺憾的是，按照中國(guó)工程院院士丁一匯的說(shuō)法，中國(guó)的數(shù)值預(yù)報(bào)與歐洲中心、美國(guó)等相比，起步要晚，先天條件處于弱勢(shì)。

       數(shù)值模式涉及大量微分方程，計(jì)算量巨大，一般使用超級(jí)計(jì)算機(jī)完成。這方面，中國(guó)正在迎頭趕上，前不久，中國(guó)科學(xué)家獲2016年度的高性能計(jì)算應(yīng)用最高獎(jiǎng)“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，就是在這方面所作的努力。

　　計(jì)算機(jī)并不能完全取代人，數(shù)據(jù)收集、綜合分析之后，還需要預(yù)報(bào)會(huì)商，這時(shí)，預(yù)報(bào)員就要發(fā)表意見(jiàn)、綜合分析，對(duì)未來(lái)天氣的發(fā)展變化作出最終的預(yù)報(bào)結(jié)論。在這方面，中國(guó)盡管有一些優(yōu)秀的預(yù)報(bào)員，但相比發(fā)達(dá)國(guó)家，仍比較缺乏。

　　想更準(zhǔn)確地“猜”到老天的心思，并不容易。道阻且長(zhǎng)，今天的風(fēng)云四號(hào)是一個(gè)新的開(kāi)端，未來(lái)我們拭目以待。

(責(zé)編：陰重宇(實(shí)習(xí)生)、賀迎春)