风云四号从发射升空到应用落地人民日

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气预报有了更精细的监测数据

中国气象报记者黄彬牛彦元

在“风云四号”卫星天气预报应用攻关团队首席专家许映龙眼里，“风云四号”A星所提供的监测数据在天气预报业务中扮演着非常重要的角色，为强化卫星监测分析业务技术、发展卫星监测客观定量分析方法提供了重要支撑。

对于天气预报而言，卫星监测数据可以更精准地反映天气系统以及天气系统在卫星云图上的特征和变化。通过数据同化技术，卫星监测数据可融入到数值预报模式中，进一步提升预报精度。

相比于“风云二号”G星、F星，“风云四号”A星的高时空分辨率观测图像在对台风监测上有着质的飞跃。其红外扫描辐射计空间分辨率由原先的5公里精细到2公里，针对我国及周边地区的观测时间分辨率也由30分钟缩短至5分钟，而且在需要满足特定的观测需求时，甚至可以在更短时间内传回观测数据。“观测数据越精细，就越有利于准确把握天气系统的细节和变化。”许映龙说。

在台风预报业务中，卫星监测是海上监测的最主要手段。如今，借助于卫星观测，可以无一遗漏地观测全球热带地区的气旋。“风云四号”A星可为监测台风动向、强度变化及周围环境场中天气系统的演变提供高时空分辨率的多种观测信息。同时，由卫星观测云移动推导出的云导风以及由卫星探测反演出的海表温度、大气中温度和湿度的垂直分布等，都为进一步研究和认识台风的移动、结构、发生发展中的动力学和热力学过程提供了新的可能和角度。

不仅如此，“风云四号”A星可见光扫描辐射计还可提供米高时空分辨率图像，可以反映台风云结构及其演变的精细化动态信息，特别是对台风眼区的监测，可以弥补此前在轨卫星空间分辨率和时间分辨率不够高的缺点，为台风定位、定强提供分析依据，可为研究和预报台风发生、发展、演变和消亡提供有力支撑。在年第13号台风“天鸽”登陆前，“风云四号”A星传回的监测数据就为锁定台风中心位置、确定强度提供了科学依据。

目前，应用攻关团队已通过引进美国威斯康星大学研发的高级客观Dvorak技术，借助于卫星数据解码、数学处理识别方法和计算机技术，实现了台风云型特征（台风眼、螺旋云带等）、云顶温度、眼区温度、中心密闭云区等台风云系特征的自动识别，建立了基于“风云四号”A星的西北太平洋和南海台风强度客观估计系统。

年8月22日，台风“天鸽”影响期间珠海九州岛地面风速观测变化曲线。

“得益于‘风云四号’A星的高时空分辨率，强对流监测业务应用特别是短时临近预报将有所突破。”许映龙对新一代气象卫星在强对流天气和短时临近预报业务中的应用充满信心。

目前，应用攻关团队基于“风云四号”A星建立了短时强降水的卫星参数判识方法，可实现全国不同区域分别建立判识模型；利用地闪监测产品，融合“风云四号”A星的闪电监测数据，生成不同累积时次的地闪和云闪综合闪电监测产品。此外，预报员还可以基于“风云四号”A星的监测资料、雷达观测、闪电观测、地闪观测和地面自动站观测数据进行对流系统强度识别，制作强对流综合监测产品。

许映龙认为，“风云四号”A星的监测数据将会更广泛地应用到天气预报业务中，而其更加精细的特征也符合天气预报未来客观定量分析的发展思路，此外与AI技术的融合应用也是未来“风云四号”A星业务应用的主要方向之一。

为气候业务“成绩单”加分

中国气象报记者赖栩雯

如何提升我国气象卫星在气候和气候变化中的业务应用能力，解决气象卫星遥感应用中的瓶颈问题是我国气象部门当前面临的紧迫任务之一。结合我国气候特点和国家级气候业务需求，国家气候中心深入推进“风云四号”卫星资料在气候监测、气候模式、气候数据服务等领域的应用落地和成果转化，不仅提高了“风云四号”卫星在国家级气候业务中的应用与服务水平，还充分发挥了“风云四号”卫星的社会效益和经济效益，为我国经济社会发展提供了更加优质的气候服务保障。

亚洲季风区是世界上最大的季风区，受季风影响，亚洲东部和南部地区极易发生旱涝灾害。“亚洲季风监测是国家气候中心气候系统监测的重要组成部分，也是短期气候预测不可缺少的重要监测信息。”“风云四号”卫星应用攻关团队（以下简称“攻关团队”）气候应用领域首席专家聂肃平说。

基于“风云四号”卫星产品，国家气候中心攻关团队开发了亚洲季风系统中关键变量的试验性监测应用业务产品，包括印度洋至太平洋西部海表温度、欧亚地区各层水汽输送及射出长波辐射（OLR）气候业务监测产品等，建立了上述三类产品在亚洲季风监测中的试验性业务。“亚洲季风系统对我国和亚洲地区各国气候有重要影响，这一应用产品是‘风云四号’卫星资料在气候领域应用的核心。”聂肃平表示。

据悉，国家气候中心于上世纪九十年代建立了亚洲季风监测业务系统，但业务主要依赖于国外卫星或再分析资料。开发基于“风云四号”卫星资料的亚洲季风监测业务产品，对于提高国家级气候业务中我国自主资料的应用能力有重要意义。为开展南海季风爆发业务监测服务，国家气候中心基于“风云四号”卫星资料开发的孟加拉湾季风监测产品，弥补了该地区原有海表浮标观测数据少的不足。聂肃平解释道：“孟加拉湾季风爆发是南海季风爆发的前兆信号，可以为南海季风爆发的监测预测提供有益的指示。”

卫星观测资料在气候模式中的定量应用是提升模式预测准确性的关键。通过核心技术攻关，国家气候中心已基本解决“风云四号”卫星陆表温度产品在气候预测业务模式陆面分量模式中同化应用的关键技术问题。“我们发现，同化陆表温度产品对模式陆表温度的模拟有正贡献，同化后能为气候预测模式提供更准确的陆面下垫面条件。”聂肃平说。

在聂肃平看来，“风云四号”卫星资料还为推进我国现有气候业务中全球尺度积雪监测的自主化提供了核心数据支撑。“在此之前，我国的全球尺度积雪监测业务主要依赖于美国的监测产品，核心产品的自主程度较低。”而现在，结合我国全球积雪监测的气候业务应用需求，国家气候中心基于“风云四号”和“风云三号”卫星产品，结合地面台站观测数据，开发了欧亚区域多源数据融合的积雪覆盖试验性气候应用产品，与国际先进的IMS积雪产品一致性明显提高。“这是研制具有自主知识产权的全球尺度积雪覆盖产品的第一步。”聂肃平说。

为使卫星产品更好地为气候业务人员提供高效的服务，国家气候中心还开展了基于“风云四号”产品的监控和共享展示平台建设。该平台可以方便业务人员对卫星产品数据进行预处理和分类存储，并提供便捷的接口实时调取卫星产品，同时还能实现对实时接收的卫星产品、生成气候应用业务产品的到位情况进行监控和反馈，确保未来基于“风云四号”卫星资料的气候业务的自动化和实时化运行管理。

“双高”分辨率数据大显身手

中国气象报记者王玫珏

提起“风云四号”A星资料在数值预报上的应用，中国气象局数值预报中心模式研发室副主任、“风云四号”卫星数值预报应用攻关团队首席专家韩威用“恰逢其时”“鼓舞人心”两个词语来形容。

数值预报中心与国家卫星气象中心等单位密切配合，将“风云四号”A星率先在我国自主发展的GRAPES数值天气预报系统进行了评估和试验，初步结果十分喜人。

“好马要配好鞍。”韩威说，“GRAPES全球四维变分同化系统的发展让‘风云四号’A星的高时空、高光谱分辨率数据大显身手，两者‘相遇’恰逢其时。”卫星搭载的是世界首个静止轨道干涉式红外探测仪，有多个探测通道，就像CT切片一样，把大气在垂直方向上切层，获得精细数据。垂直探测仪实现对我国及周边地区每小时一次大气温湿分布的垂直探测，弥补现有地面探空站点稀少、时间频次有限的不足，提高了数值天气预报精度。

红外干涉式探测资料的评估和初步同化是一项富有挑战性的工作，可以说是应用攻关中的重点、难点。团队不断攻坚克难，完成了观测算子、通道选择、偏差订正和云检测等算法；在GRAPES中建立了红外干涉式探测仪资料的同化模块，初步具备了直接同化能力。

“风云四号”A星闪电成像仪的主要作用是对闪电进行观测，获取观测覆盖区范围内的闪电分布图。该仪器可对我国及周边区域的闪电频次和强度进行探测。将闪电的实时、连续观测数据与云图叠加起来，就能实现对强对流天气的监测与跟踪。通过个例分析，数值预报攻关团队发现，同化闪电仪观测数据后，局地降水预报能力增强，在一定程度上减少了降水漏报问题。

“风云四号”A星智能观测模式试验是卫星资料同化应用中的一次“尝鲜”，实现了数值预报与观测系统的互动。

“比如，红外探测在有云区域探测能力较弱，在晴空区域较强。通过GRAPES全球业务数值预报可得出未来24小时‘风云四号’观测区域的云和晴空状况，为卫星观测制定任务规划。该方法兼顾了全圆盘晴空区域探测和区域天气预报预警需求，同时充分施展了‘风云四号’灵活机动的探测本领，发挥其高时间分辨率大气垂直探测的核心优势。”韩威介绍，这样一种卫星观测与用户的互动，在国际上也是鲜有的。

此外，作为应用方，数值预报中心通过加强与卫星相关研制单位的协作，在攻关中为“风云四号”后续卫星的设计也提出了具体需求。

目前，“风云四号”A星资料初步同化已经实现，建立了一系列技术流程。“这些进展离不开团队与各方‘面对面、手拉手’的合作。下一步，为了让卫星资料投入数值预报业务使用，还需要大批量的试验，在实例中研究每个仪器、每份资料中的贡献，论证实际业务应用的可行性。”韩威说。

沙尘、火点与蓝藻皆可“捕获”

中国气象报记者宛霞

通过连续观测，可以看到霾的整个形成过程；对于火点监测更及时，使火险的短时预警成为可能；根据太湖蓝藻的日变化与日照、风向的关系，实时监测蓝藻变化……说到“风云四号”在生态环境监测方面的应用，该卫星应用攻关团队——生态环境团队首席专家方翔如数家珍。

已有观测数据显示，以“风云四号”A星为代表的新一代静止气象卫星的生态环境监测能力明显提升，可实现对快速变化的生态环境目标的早期探测，对环境灾害事件的全过程连续监测。

在大气环境监测方面，“风云四号”A星拓展了霾监测业务，生态环境团队开展了多项图像制作及定量化监测产品开发工作。目前，产品已实现业务化，生成的材料被纳入秋冬季霾监测报告。同时，通过连续监测，很好地区分了霾和雾。“我们还做了扩展性应用，可进一步实现PM2.5的动态监测，获取大范围PM2.5区域分布信息。”

“风云四号”A星对沙尘的识别精度有很大提升，生态环境团队研发了新的沙尘指数产品，在沙尘监测业务方面发挥了积极作用。据方翔介绍，中国气象科学研究院在沙尘预报模式中加入沙尘指数产品，反馈的结果是：在一次明显沙尘过程中，没有加入该沙尘指数产品时，我国东北、华北东部地区一些植被比较好的地方在暗背景下的沙尘预报并不准确，而加入沙尘指数产品后，对于这些地方的沙尘预报准确率明显提高。

“风云四号”A星可实现对空气质量、森林火险等的实时监测。

值得一提的是，在地表监测方面，“风云四号”A星的火点监测效益显著。“它对火点的监测可达到小于两公里的分辨率。我们利用其可见光通道可测出烟尘，根据烟尘的连续观测走向，递推出风向风速。同时，我们的综合判断不仅依靠烟尘和火点，还结合生态地表参数，把林木的信息加进去，包括可燃物的性质、覆盖的成分等都可以作为火点预判的条件。”据方翔介绍，基于“风云四号”A星产品监测火点的优势，山东、广东等省电力部门纷纷与气象部门签署协议，加强火点监测合作。

在水体环境监测方面，“风云四号”A星对湖泊藻类的监测效果明显。今年4月，太湖流域有一次严重的蓝藻扩散过程，通过极轨卫星不能及时获取监测信息，但通过“风云四号”A星的连续监测，气象科技人员对蓝藻面积做出准确评估，监测效果明显。此外，“风云四号”A星还对海雾、融雪型洪水、地表高温以及在全球变暖背景下喜马拉雅山南麓积雪变化等方面进行监测，发挥了积极作用。

方翔说，“风云四号”A星在生态领域应用的潜力和价值非常大，通过生态环境团队的攻关，目前其产品已逐渐业务化，并在业务服务中发挥了很大作用。“人们对生态环境的