地球从未如此清晰 "风云四号"首图秀领先国际 产品服务百姓

2017-3-17 10:31:00  来源:经济日报   我有话说

地球从未如此清晰

  还记得去年12月11日发射的风云四号气象卫星吗?作为我国新一代静止轨道气象卫星,风云四号已经在太空运转多时,它究竟看到了些什么?任务完成得如何?日前终于有了回信。首批透过“风四”之“眼”拍摄的图像新鲜出炉,并传回地球。2月27日,在国防科工局、中国气象局联合举行的发布会上,不仅有世界首幅静止轨道大气高光谱图正式亮相,还能有幸看到我国首次获取的彩色卫星云图和闪电分布图。透过气象卫星的视角,地球从未如此清晰。

  “首图秀”领先国际

  首次制作彩色卫星云图,风云四号就“出手不凡”:青藏高原上的湖泊、黄海细胞状云系、赤道附近热带对流等,均清晰可见;喜马拉雅山脉的积雪纹理清楚,空间分布范围一目了然。

  这些“风四出品”的首批影像图和数据已经集结成册,主要包括:多通道扫描成像辐射计获取的图像、干涉式大气垂直探测仪获取的大气红外辐射光谱、闪电成像仪获取的闪电分布和强度信息、空间环境监测仪获取的空间效应及粒子探测信息。

  据国防科工局总工程师田玉龙介绍,风云四号卫星是我国静止轨道气象卫星从第一代风云二号向第二代跨越的首发星,首批图像与数据的发布,标志着我国静止轨道气象卫星成功实现了升级换代。经过对首批获取的图像和数据初步分析,风云四号的主要探测功能得到了全面验证,综合探测能力达到了国际领先水平。

  与上一代静止轨道气象卫星风云二号相比,风云四号更为强大。风云四号扫描成像辐射计主要承担获取云图的任务,共14通道,是风云二号5通道的近3倍;在风云二号观测云、水汽、植被、地表的基础上,还具备了捕捉气溶胶、雪的能力,并能区分出云的不同相态和高、中层水汽。值得一提的是,风云四号首次制作出彩色卫星云图,最快1分钟生成一次区域观测图像。

  国家卫星气象中心主任杨军说,“风云四号卫星寿命更长,信息获取速度更快,功能更强大。直观来看,新获取的卫星云图相比上一代细节更多,色彩更真实、更丰富”。

  纵观国际,风云四号也毫不逊色。它带领中国高轨气象卫星赶超欧美,抢占国际竞争制高点;在世界上首次实现了静止轨道高光谱大气垂直观测,可实行高频次、高精度垂直大气观测,获取大气温湿结构信息,将有力提高天气预报准确率和精细化水平;自主突破了静止轨道三轴稳定平台的图像导航配准技术,使得图像定位精度达到国际一流水平……

  自带“神器”显“神威”

  目前,风云四号已完成卫星平台主要功能测试和主要载荷成像模式测试,与地面应用系统协调匹配,工作状态良好。田玉龙介绍,风云四号卫星是我国航天科技自主创新的新成就,实现了多项重大技术突破,完美“首秀”的背后,正是因为自带“神器”显“神威”。

  “神器”之一是多通道扫描成像辐射计。它覆盖了可见光至波长达13.8微米的甚长波红外波段,光谱通道增加到14个,能够每15分钟对东半球扫描一次,最高空间分辨率较之前提高了6倍,达到500米。它以全新的方式揭示台风、暴雨、洪涝、森林火灾、沙尘暴和空间天气的变化规律,承担获取地球表面和大气的多种光谱辐射信息,为天气预报、气候观测提供观测数据的重任。

  与风云二号配置的扫描辐射计相比,风云四号成功实现了技术的代际跨越:探测波段数大幅增加,空间分辨率和时间分辨率成倍提高,温度分辨率、光谱分辨率显著提高,辐射定标精度进一步提升;载荷具有灵活的区域成像功能,可获取地球表面和云的多光谱、高精度定量观测数据和图像,包括昼夜的地球全圆盘图像、高频次的区域图像,将全面提高对地球表面和大气物理参数的多光谱、高频次、定量探测能力。

  干涉式大气垂直探测仪是风云四号的关键有效载荷之一,也是风云四号自带的第二大“神器”,最受同行关注和瞩目。据介绍,早在1997年风云二号卫星上天,下一代高轨气象卫星开始规划之际,中科院院士匡定波便提出,“我国应该发展干涉式大气垂直探测技术”。这是遥感领域红外光谱技术的一场革命,将引领人类对地遥感探测步入三维立体阶段,为气象观测提供一种新的更可靠手段,发达国家都在朝这个方向努力。由于技术难度过大、所需经费太多,美国选择放弃,欧洲也延迟了计划。

  作为国际首台静止轨道的干涉式大气垂直探测仪,风云四号的探测仪在长波红外和中波红外波段可实现1500个以上细分光谱的探测,光谱分辨率达0.625波数,红外波段空间分辨率达16公里。这相当于给大气做超过1500层的精细“立体CT”切片式探测,为人类深入研究大气对流、更精细预测灾害性天气提供了新的可能。

  这两大光学载荷“神器”均为中国科学院上海技术物理研究所研制。据了解,它们成功传回了大量气象探测数据,图像细节清晰、波段光谱特征明晰。

  风云四号的厉害神器还不止这些。此次,它携带的闪电成像仪首次实现了我国静止轨道闪电成像观测,可对我国及周边区域闪电每秒拍摄500张照片,准确记录闪电的频次和强度,为强对流天气的监测和跟踪提供全新的观测手段。空间天气仪器包具备监测太阳活动和空间环境的能力,探测通道数量、探测精度显著提高,将进一步增强我国空间天气监测能力。

  28类产品服务百姓

  与我国第一代卫星观测系统相比,风云四号卫星观测的时间分辨率提高了1倍,空间分辨率提高了6倍,大气温度和湿度观测能力提高了上千倍,整星观测数据量提高160倍,观测产品数量提高了3倍,综合探测能力达到国际领先水平。

  正因如此,它可以更加精确地开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测,还将对灾害及环境监测、人工影响天气、空间天气研究等提供有力支撑。目前,国防科工局、中国气象局正在按计划组织有关单位开展卫星在轨测试,集中力量在天气预报、防灾减灾、应对气候变化、资源开发、生态环境监测等领域开展应用攻关,积极推动在水利、农业、林业、环境、减灾、海洋、能源和航空等行业的应用。

  事实上,这次代表风云四号参加发布会的圆盘图、大气光谱图、闪电分布图以及磁暴监测图,仅仅是众多产品中的冰山一角。风云四号提供了28类定量产品,包括云和大气产品、地表类产品、天气产品、辐射产品等种类。其中,云和大气类产品主要用于监测云和大气的相关信息,地表类产品主要用于环境监测,天气类产品主要用于环境灾害天气的监测,辐射类产品主要用于反映地气系统辐射收支情况等。基于这些产品,预报员们可以准确了解到哪里有闪电,台风的精细化路径是什么,强对流天气的初生对流发生在哪里……

  中国气象局副局长、风云四号工程总指挥于新文表示,“截至目前,风云四号A星已开发的定量产品种类和数量是风云二号的3倍,数据量是风云二号的160倍”。

  风云四号工程总师李卿回顾,2004年,随着风云二号C星的业务应用,我国结束了气象卫星数据依赖国外的历史。现在,风云四号A星同日本向日葵9号、美国GOES-16一起,跻身国际新一代静止气象卫星的先进行列。

  据悉,风云四号卫星已被世界气象组织纳入全球对地观测气象卫星序列,根据在轨测试初步计划,风云四号A星有望在今年我国夏季汛期开展天气预报试验试用,在年底具备试运行的能力。届时,风云四号将实时提供高精度的观测资料,为我国及亚太地区防灾减灾和经济社会发展发挥重要作用,进一步提升我国气象事业和航天事业的国际地位和影响力。

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