科技改變生活 · 科技引領未來
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能夠服務全球，這兩顆衛星有哪般武藝？
據介紹，風云三號E星是全球首顆民用晨昏軌道業務衛星，填補了全球數值天氣預報模式在晨昏時段的衛星觀測資料空白；風云四號B星是我國新一代靜止軌道氣象衛星的首發業務星，具備分鐘級250米分辨率區域成像能力。這兩顆衛星及其地面應用系統于今年6月轉入業務試運行。
這只是“風云家族”兩個最新成員，到現在，我國已成功發射19顆風云氣象衛星，其中7顆在軌運行。作為敏銳的太空前哨，它們在浩瀚銀河都“忙”些什么？
百姓“冷暖星”：
俯瞰風云變幻
這幾天，暴雨和高溫“唱主角”。據中央氣象臺預報，7月11日至13日，一條新雨帶即將橫跨東西，影響我國西北地區東部至華北中南部等地。面對復雜的天氣形勢，預報員們心中有底：風云氣象衛星時刻監測風云變幻，提供著及時、豐富的觀測數據，氣流動向一覽無余。
國家衛星氣象中心服務首席任素玲表示，10年前，風云氣象衛星每半小時甚至一小時才生成一張云圖，空間分辨率為幾公里，而如今的風云四號氣象衛星產品，時空分辨率最高可達1分鐘和250米。
前不久，江南、華南地區遭遇強降雨，中央氣象臺發布暴雨和強對流天氣預警。在同一時間的浩瀚太空中，7顆風云氣象衛星緊盯風云變幻，每5分鐘生成一張中國及周邊區域云圖，每1分鐘生成一張指定區域云圖。
無論是90%的暴雨預警準確率，還是提前40分鐘的強對流天氣預警時間，抑或首次實現對全球范圍臺風的預報……我國氣象預報水平的提高，與觀測技術的發展密不可分。
“我國臺風預報取得長足進步，風云氣象衛星立下汗馬功勞。”中央氣象臺臺風與海洋氣象預報中心首席預報員許映龍介紹，2021年，處于在軌測試階段的風云四號B星搭載的快速成像儀，對臺風“煙花”進行了1分鐘連續高頻觀測。靜止氣象衛星與極軌氣象衛星聯合，為預報員實時分析和研判臺風風雨影響提供了重要支撐。今年7月2日，臺風“暹芭”登陸廣東，華南多地現極端降雨，佛山市氣象臺提前一小時發布龍卷警報，為當地防御災害和人員撤離爭取了時間。
衛星監測數據不但可以精準反映天氣系統變化，還可以通過數據同化技術融入數值預報模式，進一步提升預報精度。
值得一提的是，我國在國際上首次實現了靜止軌道紅外高光譜大氣探測儀——風云四號A星大氣垂直探測儀的觀測業務同化，提高了臺風、暴雨等災害性天氣的預報精度。在2018年對“瑪莉亞”等臺風的目標觀測和同化中，風云四號氣象衛星表現不俗。數值預報與風云四號衛星探測儀“天地互動”，開展了預報需求驅動的目標觀測和同化，15分鐘分辨率的探測儀目標觀測資料同化到中國氣象局全球四維變分同化系統中。
結果表明，高時間、高光譜分辨率資料顯著改進了模式對臺風路徑以及副熱帶高壓強度、位置的預報。歐洲氣象衛星開發組織原首席科學家Johannes Schmetz評價：“這是地球靜止軌道大氣探測同化應用的里程碑。”2018年至2021年，中國氣象局科研團隊共開展9次目標觀測同化，臺風24小時和48小時路徑預報平均提高10%。
糧食“守護星”：
“慧眼”知天而作
俗語說“看天吃飯”，氣象條件對農業生產有著重要影響，衛星則是捕捉氣象條件和農業生產情況的一雙“慧眼”。
今年的夏收是一場硬仗。2021年，我國北方經歷了罕見秋汛，多地冬小麥播期推遲、苗情偏差，奪取夏糧豐收遇到極大挑戰。
“為打贏這場夏糧保衛戰，氣象部門在衛星遙感方面加強與農業農村部門及種糧大省聯動，建立國省兩級農業氣象遙感監測聯動機制，利用多源衛星遙感資料綜合研判冬小麥長勢情況，及時向有關部門提供了作物長勢及氣象條件影響的分析報告，為相關部門開展冬小麥春管工作提供了有力的技術支撐。”國家氣象中心正研級高級工程師吳門新表示，如今麥收已近尾聲，收獲情況良好，農業氣象遙感服務得到各方的好評。
從“看天吃飯”到“知天而作”，衛星遙感使農業生產從未知走向已知，將被動化為主動。
“農業氣象遙感工作的實質是定性或定量評價過去及未來的氣象條件對作物生長的影響情況。快速準確地掌握作物種植空間分布，能提高作物種植分布與氣象要素分布的時空匹配精度，對于提高農業氣象災害監測預警和作物產量氣象預報的準確性具有重要意義。”國家衛星氣象中心副研究員張明偉介紹，今年5月，中國氣象局“國-省-市/縣”一體化大宗作物分布遙感監測體系初步建成，高空間分辨率的冬小麥分布遙感產品首次應用于中國氣象局夏收糧食作物產量氣象預報和農業氣象災害監測預警業務，為保障糧食豐收增添“利器”。
要實現“飯碗主要裝中國糧”，還要加強對我國主要糧食作物的監測與管理。
近年來，中國氣象局、中國科學院、農業農村部等將風云氣象衛星資料作為數據源，開展國內外重要產糧區氣象災害監測及小麥、玉米、水稻和大豆等主要糧食作物長勢監測與產量估算，為科學決策提供了重要可靠的參考依據。
“農業氣象災害對我國糧食產量影響很大，其中干旱的影響最甚。”在中國農業科學院研究員毛克彪看來，地表溫度和土壤水分是干旱監測中的重要參數，以前主要通過氣象站點獲取相關數據，但站點相對稀疏，空間代表性不夠，人工方式又費時費力。
據了解，隨著氣象衛星的發展，波段數量和輻射分辨率不斷優化，其紅外遙感數據可反演地表溫度，微波亮溫數據可反演土壤水分，給氣象災害監測預警及作物長勢監測、產量估算提供了有力支撐。
遙感定量反演產品的農作物與農田環境參數，以風云氣象衛星數據為基礎，為作物生長模型、數據同化系統以及作物估產等應用提供了可靠的農作物生長關鍵參數，為田間農業管理提供有價值的參考。
隨著風云三號E星、風云四號B星及其地面應用系統業務的試運行，未來農業衛星遙感業務發展將有更多可能。
生態“監測星”：
賦能美麗中國
“衛星監測圖像顯示，太湖西部沿岸區和湖心區出現藍藻水華。”近日，一份氣象衛星監測報告送至中國氣象局辦公室和江蘇省氣象局、生態環境廳、水利廳等相關部門。隨后，一場部門聯動、屬地協同的藍藻防控行動迅速展開，實現對藍藻水華的早發現、早介入、早處置。
這得益于風云氣象衛星擁有較強的對地監測能力，其中靜止氣象衛星可提供對中國及周邊區域5分鐘一次的監測，并可對指定區域1分鐘生成一次云圖，三顆極軌氣象衛星能提供每天6次高分辨率覆蓋全球的監測。據介紹，利用多星組網、協同觀測的優勢，風云氣象衛星還能實現對全球和重點區域生態環境狀況高時間分辨率和高空間分辨率的動態監測評估，幫助決策部門更快作出反應。
察汗淖爾湖，坐落于內蒙古自治區烏蘭察布市商都縣與河北省張家口市康保縣交界處，是華北地區最大的內陸咸水湖，過去因缺乏系統性保護，生態一度遭到嚴重破壞。
2020年，內蒙古、河北兩地察汗淖爾濕地保護和修復專項協作機制建立。兩年后的今天，察汗淖爾的生態系統修復進展如何？
“與去年同期相比，4月察汗淖爾區域植被指數提高8.5%，水體面積增加0.2平方公里。”這份數據清晰的專報，正是依據風云三號氣象衛星的數據制作而成，為評估察汗淖爾生態環境治理情況提供了重要依據。
通過衛星廣播、互聯網及遙感應用業務系統等多種方式，如今，風云氣象衛星數據和產品已被廣泛應用于生態監測。
國家衛星氣象中心還建立了2000年以來植被、地表溫度、水體、藍藻水華、沙塵、積雪等長序列衛星遙感數據集，并聯合多地編制了植被、城市熱島、水體、藍藻水華、沙塵、積雪、火情等10余項技術導則。完成衛星遙感應用系統（SMART）2.0及3.0版本研制，在全國氣象部門中使用，并推廣到多個國家。
今年6月，風云三號E星、風云四號B星及其地面應用系統轉入業務試運行。中國氣象局首席服務專家、國家衛星氣象中心正研級高級工程師韓秀珍介紹，風云三號E星搭載的微光型中分辨率光譜成像儀，具備在晨昏軌道監測燈光信息的能力，可實現對城市燈光影像的動態監測。隨著雙星閃耀太空，其生態監測能力得到進一步增強。
目前，我國已為124個國家和地區提供風云衛星資料和產品，其中包括生態環境和自然災害監測評估。30個國家注冊成為應急保障機制國際用戶，面向42個國家開通綠色服務通道，來自100多個國家的1200多名學員接受了風云衛星應用專題培訓，我們的“生態朋友圈”正日益拓展。
馬陽一