我所亲历的风云卫星探索路

王碧瑶

1969 年，周恩来总理提出：“要搞中国自己的气象卫星！”

截至2019年2月，我国已成功发射了17颗风云系列气象卫星，现有8颗在轨稳定运行，形成了包含风云一号、风云二号、风云三号和风云四号卫星在内的风云卫星家族，是世界上三个同时拥有地球静止轨道气象卫星和太阳同步轨道气象卫星的国家之一。

50年来，航天人与气象人携手共进、前赴后继，实现了我国气象卫星从无到有、从弱到强的跨越发展，让“风云卫星”成为太空中靓丽的“中国名片”！

本期《科学家》邀请中国工程院院士、气象卫星应用专家、国家卫星气象中心原总工程师许健民，为你讲述风云气象卫星背后的科研故事。

中国要不要搞气象卫星？

1969年，周总理提出“要发展中国自己的气象卫星”，1988年，我国自己的气象卫星才成功发射升空。当时，邓小平同志曾经问过气象卫星的进展怎么样啊！实际上，我们遇到了许多问题。

1978年，我被派到澳大利亚考察。那时，我看到澳大利亚的全球卫星云图，是美国卫星云图拼成的全球图，通过通信广播卫星由澳大利亚接收，我觉得好得不得了。当时我问他们，我们中国能不能收到这个图，澳大利亚人表示中国在卫星云图接收范围以外。当时感觉中国气象台状况和澳大利亚气象局差距实在太大了。当时，我国气象卫星的局面和现在是没法比的。

由于当时国家的工业基础薄弱，许多事情做不出来；当时我们对卫星的了解有限，许多细节搞不明白，进展非常缓慢。

气象卫星研制花费大，进展又缓慢，在当时就出现了不同的意见。有人说“气象卫星花了那么多的钱，进展不大，是不是就下马吧！”

当时，国家气象局的邹竞蒙局长觉得中国的气象事业还是要走科学的道路。气象卫星做了那么多年，进展不大，有反对的声音怎么办？他就交给我一项任务，就是要把气象卫星应用做好，要显示气象卫星是有用的！

气象卫星对我们做气象人来讲，当然非常有用。但是问题是你怎么让公众知道？让公众相信气象卫星有用？

其实，卫星气象中心已经做了许多许多很好的工作。当时森林火灾的云图、农作物展示的云图都可以做出来了，就是没有在实际中应用。

我就跟大家讲，咱们要边研究，边应用，正在研究的东西，要尽快的用到实际中去。

那么实际上这里面有许多许多许多的工作要做，不是说你一个口号喊出来，这件事情马上自动的就成了。

一张气象云图解决一场扯皮官司

在这其中，有一个很偶然的事情，却让我们的同志很受鼓舞。

當时，我们有位同志拿着卫星拍到的一张带火点的照片到内蒙古调研，调研火点是否真实存在。

到那边发现，两个邻近的县正在打官司，有个县受灾了，县里人说火是西边的县吹过来的，因此要找西边的县索赔，西边的县不承认，正好他们在打官司。

我们的同事就拿气象云图给法院看，法院一看非常清楚的显示，西边的县先着火，再吹过来，根据云图法院就判了这个火是从西边县吹过来的。

当时，这件事情被中央人民广播电台报道了，我们卫星中心同志都受到很大的鼓舞，卫星总是有用的！

大兴安岭火灾

气象卫星云图第一次在电视上播出让所有人都知道气象卫星真有用！

1 987年5月6日至6月2日，黑龙江省大兴安岭地区发生特大火灾，是新中国成立以来最严重的一次森林火灾。

这场火灾太大了，火跑得比汽车还快，老百姓都不知道往哪儿躲。当时技术手段落后，怎么把图传到当地，成为一大难题。

当时，我们就找到相关部门的同志，问他们能不能用电视把图传下去，如果你不把图传下去，当地的人就不知道大火的情况，扑火的过程就会受到很大影响。

他们说要向领导汇报。我也被叫到中央气象局，气象局再向国务院上报，值班室拨通了时任国务院总理李鹏秘书的电话让我汇报情况。我把情况说清楚了，李鹏总理批示可以在电视里播，于是火灾的气象云图就在电视上播了，连续播了二十几天。

后来，李鹏总理到大兴安岭火灾地区视察，我们当时知道这个消息以后，马上叫大家去买照相簿，为什么呢？当时的屏幕图传不过去，快下班了，我们赶快把照相簿买来，大家通宵工作。

我们把气象卫星的云图冲洗出来，一张一张把时间序列排出来了，发火以前什么样？第一火点在哪里？后来怎么发展起来的？火灾怎么移动的？现在有多大面积？我们全都分析清楚了。

当时我们卫星中心动员大家一块干！有人作图，有人分析，有人打字，把每个图下面做了说明，把火灾发生情况做了一本相册，把火的过程给说清楚了。

李鹏总理看到这个本子后，在森林火灾防火会议上讲了下面的话，他说，“气象卫星是有效的高科技手段，其他手段没法代替”。6月份，李鹏总理就来到卫星气象中心，他说“看到气象卫星的重要性，我们虽然现在国家财政方面都还比较困难，但是我们要支持气象卫星，让极轨和静止两方面的气象卫星能够尽早发射”。他说的话，是对气象卫星的极大支持。

在气象卫星进展比较缓慢的时候，这件事情让当时的国家领导知道气象卫星在国家层面上有用。对社会公众，我们的气象卫星云图在电视上连续播了二十几天，我们的工作也被广大群众知道。有一次我在马路上听老百姓讲，说是现在不一样了，大火到哪里卫星都能看见，电视里天天在播，像电视连续剧一样，让许许多多的人都知道，气象卫星有这样的能力。

另外一方面，对卫星气象中心的人员来讲，起到了极大的鼓舞作用，大家工作上都特别有干劲。这件事对气象卫星起到极大的推动作用。

从太空到地面打通地空传输最后一公里

1988年9月4日，太原卫星发射中心，卫星发射进入倒计时指挥员发出命令：“5小时准备！”就在这关键时刻，发射控制中心的控制台上突然失去了A星的所有遥测信号，指挥部不得不决定停止发射，对卫星展开现场救修。经过一场艰难的“手术”抢救，3天后，卫星成功升空，从此，我国有了自己的气象卫星。

卫星发射39分钟后，远在新疆乌鲁木齐的卫星地面接收站，第一時间将接收到的气象卫星资料，传送到位于北京的国家卫星气象中心，那是一张太阳刚从地平线升起的可见光云图，这便是中国气象卫星的第一图。

卫星发射前夕，信息通道能否如期打通？

许健民：1988年，我们要发卫星了。卫星上去以后，数据接收、传递、成图、显示，这些环节都要通畅运行才可以。

所以，我们面临的第二件非常重要的事情，就是把信息通道打通、做对、做准确。这件事情可不是一件容易的事！当时的局面，第一个，硬件设备不到位。我们买的计算机是IBM的，当时我们卫星马上发射了，他的设备不到位。当时，我就找IBM的人，问他什么时间东西能到位。他跟我说，“我们这个全球公司，磁盘在巴西做，处理器在新加坡做，都要到那个地方才能做，这个急不得。”我说：“不行，我们买你东西，你就要如期到位。如果你不按照合同，按期保质保量做到，我不理你了。”这样，给他们压力让他们赶快把这个事情做了。

主干线上的薄弱环节，件件是大事

其实，世界上的事情有两种，一种事情很复杂，就解决不了；第二种事情，就是你根本就没有认真去做，但这个事情很容易往前推动一步的。我们自己内部也有许多地方不通。

我当时提了一个口号叫做“主干线上的薄弱环节，件件是大事”。然后，我就去各部门看，到机房一看，蓄电池、电缆、空调样样都是杂乱堆着的。我今天看过了，下礼拜还来看，经常到底下抽查，这样就使得底下的方方面面的环节，慢慢改掉了以前工作散漫的习惯，没做好的就也赶快做好了！

解决软件难题一个小姑娘鼓舞的攻坚斗志

一手抓卫星团队的工作状态，一手抓地面软硬件设施的建设。风云一号A星发射前，卫星团队经历了将近10年的艰苦攻关。

改革开放后的第一年，气象部门引进气象卫星资料处理软件。从20世纪70年代末到80年代初，在运算速度不及如今个人电脑百分之一的“大型机”上，国家卫星气象中心团队下苦功夫，熟练掌握了卫星资料定量处理技能。

1985年，在这套数据处理软件基础上，国家卫星气象中心自主开发了一套完整的卫星资料处理系统，为风云一号地面系统的研发奠定了坚实基础。在风云一号发射前半年包含14个软件包， 40万条程序的风云一号地面资料接收处理系统正式开发完成。回忆起这段漫长的攻关经历许健民院士说这些人做的工作值得大家铭记。

许健民：最早，我们有个数据处理软件的框架，但是框架不完整，需要制作一个顶层的设计使多个程序在计算机里协同工作。有的人跟我反映，这个工作做不好。当时，有几位从科学院调过来的非常有资历的计算机方面专家也跟我讲这件事情不是那么容易。

我们有一位同志叫施进明，当时还是小姑娘，现在都已经是老太婆了。施进明就来跟我讲，这件事情能做。我就鼓励她把这件事情做出来。然后，经过一段时间，她把这个事情做出来了。做出来了以后，我在全中心的会上好好表扬了她，她解决了我们的软件难题之一。

第二件事情，就是杨茂成把小机器到大型机器问题解决了。当时，他干活到什么程度呢，大家都在机房里忙，他忙得一头撞在玻璃上。机房的玻璃非常干净，他以为透明，就一头撞出去了，撞的头上都是血。这说明什么呢？当时大家的工作热情都非常好。

第三件事情，进入大型机器以后，怎么把作业组织起来，王栎树就把这件事情解决了。

施进明解决了小机器，杨茂成解决了小机器升级大机器，王栎树解决了大机器里把作业调度起来。这样就把美国人带回来的程序激活了。所以，我们在风云一号卫星上去之前，就把这件事情完成了，并且完成的非常非常好。

所以，这些工作我们完成了，风云一号卫星第一次上天的时候图就出来了。

1 988年10月15日，“风云一号”A星传回的图像发生扭曲，卫星姿态失控。最后，只留下地球的一条弧线。这时，距离卫星升空39天。

1997年6月10日，我国第一颗地球静止气象卫星风云二号A星发射成功，运行3个月后，卫星开始出现一些故障，只能间歇性工作，每天工作6到8小时之后就要休息，在气象业务应用上却没有实现业务化。2000年6月25日，风云二号B星接过A星未完成的使命，搭载“长征三号”火箭从西昌卫星发射中心发射升空。

风云二号B星是第二颗进入轨道能够工作的卫星，但工作一段时间以后，数据传不下来，下来的都是质量很差的麻点。

怎么办？我们卫星气象中心做了两件事。第一件事情，我们记录下来了卫星的所有数据。每一个瞬间，卫星的数据是什么样的，我们都记录下来。如果卫星这个瞬间出了问题，我们把这个瞬间所有的卫星状态给卫星研制部门，让他们分析什么地方出了问题，帮助卫星部门找到卫星的根源在什么地方，这是第一件事情。

第二，我们自己也做了两件事。

第一件事情，我们搞无线电的李希哲、张新山这些人非常执着，他们发现卫星数据确实传不下来，但是把卫星的温度控制在某一个很小的范围以内，数据还能下来。因此，在卫星部门差点放弃这个卫星的时候，我们还继续让卫星控制在这个范围里，让它把数据传下来。虽然，数据质量不是那么高，但是我们还有数据。这件事情我们做了。

第二件事情，我说：“我们要好好看图，来根据图分析卫星的行为。”这件事情做了两年多。

我跟大家讲，“别看卫星出了问题了，如果我们现在不好好做，那么下次卫星上去的时候，就看我们地面系统笑话，我们就被动了。所以大家要好好干活。”

那个时候，正好是非典，大家都不上班，我们上班，我们在机房里调程序。現在的许多经验，都是在那时积累起来的。逐步一个坐标系、一个坐标系都做对了。然后，我们就做模拟，做出来的图像非常好。

我们把这个风云卫星图像拿到那个国际会议上去，国外的同行看见以后，说你们这个图片怎么那么顺？实际上当时从卫星上看地球这个问题，对我们是难题，对国际同行也是难题。

当时，美国NASA的局长来中国访问，他点名要到卫星中心来看。我们给他看的过程，先把网格摆上去，然后卫星扫下来的地球的边界和网格是一样的，而且动画一点都不晃。NASA的局长回到美国，写了一段话称赞我们气象卫星动画好，他说：“中国气象卫星的开发者做了一个非常好的软件，用这个软件在静止轨道上突现抖动值小。”这句话写在NASA官网主页上，我们风云卫星的图像处理也得到了国际同行的认可。

在风云二号系列卫星的生命历程中，卫星团队一刻也没有放弃过，他们通过大量分析研究和地面模拟试验，积累了大量经验，为后续卫星的成功发射及投入业务运行奠定了坚实基础。

风云一号上去的时候，我们只是说云图做的挺像。风云二号的时候，我们把这个图做到精细，就让它不要抖动，做到得到国际同行的认可，也让我们认识到气象卫星数据的处理要做的多么精细才行。

将风云卫星数据应用到数值天气预报系统

第四件事情，我们要的是把风云卫星的数值预报模式渗透做对。我们风云卫星做的数据产品输入到数值预报模式里头，也能够运转起来，能够运转对才行，输入预报模式里头。这个要求就更加严格，就更加严格，差一点就不行。

欧洲中期天气预报中心把全球每个卫星摆到他们制作的数值预报模式里面，他要求的图像定标的质量是0.2°K。我们拿一个体温表量体温，也就是0.1°K -0.2°K的精度。卫星在36000公里外看地球，地球每一点的辐射量要相当于0.2°K的辐射量，这个精度要求非常高，我们必须做到这个精度，才能进入欧洲的数值预报模式。

数值天气预报的每一个环节都是一门学问，需要专门的人才队伍去理解、掌握和完成相应的任务。在研发之初，各关键环节计算方案都必须反复推敲、试验和验证。

在这个过程中，风是我参与做的，做完开始做数值预报。人家说：“你这个东西不灵，与数值预报模式相比，误差太大。”

开始的时候，我们就想：他们的数值预报模式也不灵，你怎么知道我卫星数据不灵呢？经过一段时间的磨合，我们相信数值预报模式是灵的，数值预报模式的人也相信卫星数据是灵的。我们没有磨合前，大家都互相埋怨，一个说你不行，一个说我不行。如果互相埋怨，那就麻烦了，后来我们通过互相讨论，逐步认识到相互都有不足的地方。同时，我们相信人家给我们提的意见是对的。我说：“我们找自己的问题，找数据的错误。”

这时候，欧洲中心评估我们的风云卫星，关于风这一个要素，他们就用260多种图来评价。从上往下看，从南往北看，从东往西看，时间序列，每个要素全部都算一遍，在官网中展示出来。

我们去欧洲中心官网查看误差在哪里，表现在什么地方？看了以后，我们来看我们的资料。我就让同事把这个资料拿出来，我们就反复的修改，改了以后再比对，翻来覆去分析，找问题在什么地方？最后，我们找到的问题是两个方面。第一个方面，我们对物理过程的理解不够精细，我们对大气的辐射，传递过程当中物理过程的理解不精细；第二个，在表达的时候，我们想要表达是这个，可是实际上程序写下来表达的有差错，有差错也会造成问题。

因此，我们就把对物理过程的理解和表达的差错，全都查找出来。问题找出来以后，我们就改正。改完以后，欧洲中心出了一个技术报告。他们说，“根据观察，中国风云卫星的资料已经有了极大的改善。现在，它的资料质量和METEOSAT-7卫星一样的好。”

这就说明，我们改善了以后，确实把我们的误差降低了。经过这样反复的磨合修正，就把风云卫星的数据摆进了数值预报模式中去。

我们卫星中心那么多人，其实我做的事情只是很小的一部分，每个人都要做事，在我经历的风云卫星应用探索中，我觉得能够拿出来说说的就是这四件事情让我印象最深，大概在四个阶段里头，分享给大家。

（本文根据许健民院士采访内容整理，部分内容有删减）