劉浩

微信已經(jīng)成為當(dāng)下國(guó)人溝通的重要工具，很多人起床后的第一件事就是登錄微信，刷刷朋友圈，看看新聞。目前，微信啟動(dòng)頁(yè)的背景圖是一張名叫“藍(lán)色瑪瑙”（又名“藍(lán)色彈珠”）的照片，它是美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在世界范圍內(nèi)公開(kāi)的第一張完整的地球照片，其視角位于非洲大陸上空，由1972年阿波羅17號(hào)載人飛船的一名航天員拍攝。2016年底，我國(guó)第二代靜止軌道氣象衛(wèi)星—風(fēng)云四號(hào)A星成功發(fā)射，并于次年實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行。為了慶祝風(fēng)云四號(hào)A星取得的巨大突破，2017年9月25日17時(shí)—9月28日17時(shí)，微信運(yùn)營(yíng)商將啟動(dòng)頁(yè)的背景圖更換成了該衛(wèi)星拍攝的衛(wèi)星云圖。該圖拍攝于2017年6月7日，是可見(jiàn)光三個(gè)通道合成的東半球圓盤圖。對(duì)比兩幅背景圖，可以發(fā)現(xiàn)，后者的視角從非洲大陸移動(dòng)到了中國(guó)的上空。

風(fēng)云四號(hào)A星只是我國(guó)風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星中的一員。截至2024年1月，我國(guó)已發(fā)射21顆風(fēng)云衛(wèi)星，其中9顆在軌運(yùn)行。它們?cè)诟呖罩腥找箞?jiān)守、觀云相雨，為筑牢防災(zāi)減災(zāi)第一道防線立下了汗馬功勞。那么，“風(fēng)云家族”都有哪些成員？它們身懷哪些絕技？又是如何跟氣象災(zāi)害作斗爭(zhēng)的呢？本文將通過(guò)多種角度帶大家領(lǐng)略它們的獨(dú)特魅力。

“如影隨形”與“葵花向日”

有的讀者可能會(huì)問(wèn)，這么多風(fēng)云氣象衛(wèi)星同時(shí)“盯”著地球，真的有必要嗎？正所謂“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同”，不同的衛(wèi)星，高度有別、角度有異，“看到”的風(fēng)云自然有所差異。

前文提到的風(fēng)云四號(hào)A星屬于地球靜止軌道氣象衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱靜止衛(wèi)星。靜止衛(wèi)星位于赤道上空，公轉(zhuǎn)方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同，并且公轉(zhuǎn)的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期一致。所以從地面看，它始終懸在我們的上空一動(dòng)不動(dòng)（相對(duì)靜止），與地球如影隨形，這也是靜止衛(wèi)星名稱的由來(lái)。根據(jù)萬(wàn)有引力定律和向心力公式，可以計(jì)算出靜止衛(wèi)星距離地面的高度大致是固定的，約為35800千米。靜止衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)在于，它可以對(duì)同一個(gè)區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。

還有一種衛(wèi)星叫近極地太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱極軌衛(wèi)星。這類衛(wèi)星的軌道平面與太陽(yáng)始終保持固定的取向。也就是說(shuō)，在隨地球一起繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，極軌衛(wèi)星的軌道面與日地連線（太陽(yáng)視線）的夾角始終保持不變。極軌衛(wèi)星的這個(gè)特點(diǎn)與“葵花向日”有異曲同工之妙。利用這一優(yōu)勢(shì)，極軌衛(wèi)星可以監(jiān)測(cè)到全球的天氣，尤其是靜止衛(wèi)星難以監(jiān)測(cè)到的兩極地區(qū)。而且，由于所處軌道比較低，極軌衛(wèi)星所獲資料的空間分辨率會(huì)更高。

極軌衛(wèi)星在地球上空巡游，約每100分鐘繞地球一周。那么，它何時(shí)經(jīng)過(guò)我國(guó)上空呢？“葵花向日”般的特點(diǎn)使得它每天會(huì)在特定的時(shí)刻（地方時(shí)）經(jīng)過(guò)指定區(qū)域。按照經(jīng)過(guò)我國(guó)上空的時(shí)間，可將其分為上午星、下午星和黎明星三類。例如，F(xiàn)Y-3F由北向南經(jīng)過(guò)赤道上空的時(shí)間為10點(diǎn)15分，在此之前，它剛剛經(jīng)過(guò)我國(guó)上空，所以是一顆上午星；FY-3D由南向北經(jīng)過(guò)赤道上空的時(shí)間為14點(diǎn)，此后，它將繼續(xù)北行經(jīng)過(guò)我國(guó)上空，所以FY-3D是一顆下午星；FY-3E由北向南經(jīng)過(guò)赤道上空的時(shí)間為5點(diǎn)30分，此前經(jīng)過(guò)我國(guó)上空時(shí)恰逢破曉之際，故稱之為黎明星。

還有一顆出現(xiàn)時(shí)間不太有規(guī)律的風(fēng)云衛(wèi)星—FY-3G。它是我國(guó)首顆低傾角軌道降水測(cè)量衛(wèi)星，主要用于災(zāi)害性天氣系統(tǒng)降水監(jiān)測(cè)，可提供全球中低緯度地區(qū)降水三維結(jié)構(gòu)信息。FY-3G與其他極軌衛(wèi)星有許多不同之處：它的軌道是傾斜的（FY-3G的傾角只有50°，其他極軌衛(wèi)星的傾角為98°～99°）；距地高度比其他極軌衛(wèi)星低許多（FY-3G的距地高度只有400多千米，其他極軌衛(wèi)星的距地高度為800多千米）；軌道平面與太陽(yáng)之間的取向不固定（非太陽(yáng)同步）。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，F(xiàn)Y-3G并不屬于極軌衛(wèi)星。它的運(yùn)動(dòng)范圍為南北緯50°之間，能夠更高效、更精準(zhǔn)地觀測(cè)地球降水，可針對(duì)性地解決臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)問(wèn)題，因此也被稱為“降水星”。

“法眼”眾多與通道浩繁

在小說(shuō)《西游記》中，有個(gè)名叫百眼魔君（又名多目怪）的妖精，它兩脅下有1000只眼，眼中迸放金光，十分厲害。咱們的風(fēng)云氣象衛(wèi)星也身懷絕技且有多個(gè)“法眼”，這些“法眼”便是上面搭載的各種儀器。不同儀器的通道不同、朝向不同，探測(cè)對(duì)象也不盡相同。

氣象衛(wèi)星的主要監(jiān)測(cè)對(duì)象是地球大氣系統(tǒng)的溫度、濕度和云雨演變等氣象要素，通過(guò)探測(cè)大氣系統(tǒng)發(fā)射、反射或散射的電磁輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目的。電磁輻射的波長(zhǎng)范圍很廣，包括太陽(yáng)輻射、地球大氣的熱輻射和無(wú)線電輻射等，從波長(zhǎng)10^-10微米的宇宙射線到波長(zhǎng)10¹⁰微米的無(wú)線電波，都屬于電磁輻射的范疇。人眼可以看到的可見(jiàn)光僅屬于電磁波譜中的一小段。與人眼相比，氣象衛(wèi)星可以接收的輻射范圍要大得多。如地表、云層發(fā)出的紅外輻射，大氣層中氣體發(fā)射的紅外輻射，地面和云體反射的太陽(yáng)輻射，大氣分子、氣溶膠等對(duì)太陽(yáng)輻射的散射輻射等，都難逃氣象衛(wèi)星的“法眼”。

氣象衛(wèi)星搭載的每個(gè)儀器擁有若干個(gè)探測(cè)通道，通道越多，大氣垂直分層探測(cè)就越精細(xì)，對(duì)大氣溫濕度的分層認(rèn)知就越精準(zhǔn)。例如，在FY-3F中，大氣垂直探測(cè)通道的數(shù)量比FY-3C提升了近47倍，微波溫度計(jì)大氣探測(cè)通道有17個(gè)，微波濕度計(jì)大氣探測(cè)通道有15個(gè)，紅外高光譜大氣探測(cè)儀探測(cè)通道有3000多個(gè)。借助微波通道不受天氣影響及高光譜探測(cè)通道更精細(xì)的優(yōu)勢(shì)，微波和光學(xué)大氣探測(cè)儀器的深度聯(lián)合可以探測(cè)人眼難以捉摸的大氣溫濕度廓線信息，為地球大氣做高頻次、高精度的“CT掃描”，讓暴雨、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣無(wú)處遁形。

衛(wèi)星獲取的氣象資料對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)精度的提高和氣候變化預(yù)測(cè)與評(píng)估具有重要意義。以FY-3G為例，與其他衛(wèi)星被動(dòng)接收信號(hào)不同，F(xiàn)Y-3G可以主動(dòng)發(fā)射電磁波，對(duì)降水進(jìn)行專門監(jiān)測(cè)，這是因?yàn)镕Y-3G上搭載了“鎮(zhèn)星之寶”—降水測(cè)量雷達(dá)（PMR）。用PMR測(cè)量的降水強(qiáng)度不僅更準(zhǔn)確，還可以獲得降水類型、降水層高度等多種降水信息。也就是說(shuō)，PMR能夠提供臺(tái)風(fēng)、暴雨、暴雪等降水的三維結(jié)構(gòu)，助力氣象預(yù)報(bào)員加深對(duì)風(fēng)暴結(jié)構(gòu)、云的結(jié)構(gòu)以及天氣系統(tǒng)的理解，提高降水預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。

總之，“風(fēng)云家族”成員“法眼”眾多、通道浩繁，可以對(duì)地球大氣系統(tǒng)的溫度、濕度和云雨演變等氣象要素進(jìn)行立體監(jiān)測(cè)，為天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等氣象業(yè)務(wù)的開(kāi)展提供有力支撐。

俯瞰風(fēng)云與防災(zāi)減災(zāi)

《蘇東坡文集》中有一篇《颶風(fēng)賦》，詳細(xì)記錄了颶風(fēng)（古代多將臺(tái)風(fēng)稱為颶風(fēng)，現(xiàn)在主要根據(jù)產(chǎn)生地點(diǎn)對(duì)兩者進(jìn)行劃分）來(lái)臨的前兆、來(lái)臨時(shí)的情形及影響?！皵嗄揎嫼６敝?，赤云夾日而南翔”，這是臺(tái)風(fēng)外圍云系所造成的大氣光學(xué)現(xiàn)象，對(duì)臺(tái)風(fēng)的到來(lái)有很好的指征作用。這種指征雖然準(zhǔn)確但時(shí)效性太差，因?yàn)椤罢Z(yǔ)未卒，庭戶肅然，槁葉蔌蔌”。話音剛落，臺(tái)風(fēng)就已刮入庭院，弄得大家驚慌失措。當(dāng)晚作者不敢熟睡，多次搬動(dòng)床鋪并占卜颶風(fēng)停止的時(shí)間……

面對(duì)颶風(fēng)，今人不必如此狼狽，因?yàn)榕_(tái)風(fēng)從生成到發(fā)展再到消散的全過(guò)程都已被“風(fēng)云家族”看得一清二楚，這為防汛防臺(tái)工作贏得了寶貴的“提前量”。

與暴雨、沙塵暴、暴雪等災(zāi)害性天氣不同，臺(tái)風(fēng)的生成和發(fā)展多在遠(yuǎn)海，那里一般是海洋氣象觀測(cè)的盲區(qū)，因此衛(wèi)星成為監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)發(fā)生、發(fā)展過(guò)程的得力助手。經(jīng)過(guò)同化，衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)輸入數(shù)值預(yù)報(bào)模式中，從而計(jì)算出臺(tái)風(fēng)的路徑、強(qiáng)度等信息，為預(yù)報(bào)員提供重要參考?，F(xiàn)在，我國(guó)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的誤差已由過(guò)去的200千米縮小到70千米，躋身世界先進(jìn)水平，“風(fēng)云家族”功不可沒(méi)。其實(shí)，對(duì)臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)、預(yù)警只是“風(fēng)云家族”對(duì)氣象服務(wù)所做貢獻(xiàn)的一個(gè)縮影，暴雨、暴雪、強(qiáng)對(duì)流、沙塵暴等災(zāi)害性天氣的氣象服務(wù)中都少不了它們的參與……

50多年來(lái)，我國(guó)風(fēng)云氣象衛(wèi)星事業(yè)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從跟跑到并跑再到部分領(lǐng)跑的跨越。半個(gè)世紀(jì)前，周恩來(lái)總理高瞻遠(yuǎn)矚地提出“要搞我們自己的氣象衛(wèi)星”，并于1970年親自批準(zhǔn)研制氣象衛(wèi)星的任務(wù)。1988年9月7日，我國(guó)用長(zhǎng)征四號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射風(fēng)云一號(hào)A極軌氣象衛(wèi)星（FY-1A），獲取了清晰的遙感圖像，從此告別了完全依賴外國(guó)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的歷史。2018年6月5日，風(fēng)云二號(hào)系列“收官星”FY-2H成功發(fā)射，成為服務(wù)“一帶一路”建設(shè)的新品牌，開(kāi)啟了風(fēng)云衛(wèi)星服務(wù)國(guó)際社會(huì)的新紀(jì)元。2024年，“風(fēng)云家族”會(huì)按計(jì)劃持續(xù)“上新”—FY-4C、FY-3H將翱翔太空，提供更多更優(yōu)的觀測(cè)服務(wù)。

50多年來(lái)，一代代氣象人和航天人攜手共進(jìn)、勇于創(chuàng)新、接續(xù)奮斗，讓風(fēng)云氣象衛(wèi)星成為我國(guó)重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施。目前，氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)和產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于海洋、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保、水利、交通、航空、電力等行業(yè)，為全球用戶提供海量數(shù)據(jù)和不可替代的氣象觀測(cè)服務(wù)。

在全球氣候變暖的背景下，極端災(zāi)害性天氣呈現(xiàn)出廣發(fā)、頻發(fā)、重發(fā)、并發(fā)的態(tài)勢(shì)，“風(fēng)云家族”將不斷更新“法眼”，增加通道，根據(jù)天氣、氣候形勢(shì)的變化和科技的發(fā)展更新裝備，“打怪升級(jí)”，持續(xù)擔(dān)負(fù)“俯瞰風(fēng)云變幻，助力防災(zāi)減災(zāi)”的重任。

【責(zé)任編輯】諶 燕