风云四号气象卫星天气应用平台及其应用

文 | 咸迪 方翔 贾煦 迎春

1.国家卫星气象中心 2.内蒙古锡林郭勒盟气象局

一、引言

风云四号气象卫星是我国第二代静止轨道气象卫星，第一颗风云四号气象卫星——风云四号A星（FY-4A）于2016年12月11日成功发射，其主要目标是替换我国第一代静止轨道气象卫星，在观测能力和指标上大大超越前一代静止轨道气象卫星，同时确保我国能够在静止轨道上保持稳定、高效、连续的天气观测。风云四号A星配备的多通道扫描成像辐射计（AGRI），可每15分钟对东半球扫描一次，最快可以每1分钟生成一次区域观测图像。其通道数量为14个，最高空间分辨率达到500m，近红外波段和红外波段的分辨率为1000m、2000m和4000m。目前为了保证中国及周边区域天气预报的及时性，采用每日40次全圆盘观测和165次中国及周边区域观测的模式，确保除全圆盘观测之外，可以获取5分钟间隔的中国及周边区域的卫星观测。从表1可以看出，风云四号气象卫星多通道扫描成像辐射计在天气监测方面较风云二号气象卫星能力有大幅提升。

2017年5月17日，世界气象组织执行理事会第69次届会认定中国气象局为世界气象中心之一，是目前设在发展中国家的唯一的世界气象中心。我国的气象卫星成为世界气象中心（北京）的重要支撑，为了发挥气象卫星在全球天气监测和预报的作用，风云四号科学试验气象卫星地面应用系统工程设计之初就确定在应用与示范系统中新建一个面向天气业务的遥感应用平台，利用风云四号A星丰富的观测信息，实现多种资料在天气分析、环境监测、气候监测等领域的应用，为国家级、省地市以及国际气象部门提供风云四号A星产品的应用工具。该平台自2018年上半年开始建设，并于2019年汛期前正式上线试运行，在全国和部分“一带一路”沿线国家已经得到应用。

表1 FY-2H可见光红外自旋扫描辐射仪与FY-4A多通道扫描成像辐射计仪器性能对比

二、风云四号气象卫星天气应用平台设计

风云四号气象卫星天气应用平台（SWAP2.0）是主要面向各类卫星遥感应用用户开发的一套应用软件，以风云四号A星的数据为主，功能设计考虑各类用户使用多源卫星遥感数据的需求，采用“云+端”和开放共享的设计理念，将遥感应用平台建设成一个集多源异构遥感数据处理、管理、遥感产品生成以及多种可视化手段为一体的“智慧遥感”平台，同时兼具先进的数据动态迁移、跨平台应用以及大数据应用等先进技术的遥感应用平台。

1.平台用户

1）国家级气象用户：包括国家气象中心、国家气候中心、国家气象信息中心、公共服务中心以及其他中国气象局直属事业单位中的业务用户，主要支持国家级气象部门的遥感应用；

2）省市县级气象用户：包括各省、市、县气象部门，以及港、澳、台的气象部门；

3）决策部门用户：包括国务院等决策部门；

4）行业用户：包括水利、航空、航天、农、林、牧、渔等行业，以及部分专线用户；

5）公众用户：包括通过互联网、APP、微信等途径获取遥感应用服务的社会公众、企事业单位、科研人员等；

6）国际用户：包括“一带一路”沿线国家在内的来自世界各地的气象部门、科研人员以及其他用户。

2.平台主要功能和特点

（1）以静止卫星为主，面向天气应用

该平台以我国风云静止气象卫星为主要数据源，包括风云四号A星和风云二号H星（FY-2H）。通过建立卫星概念模型，实现对日常典型大尺度天气系统的综合监测和解译，为日常天气分析及短期天气预报提供服务，帮助预报员提高对云系、云类的识别和云图的整体认识，提高新一代静止气象卫星资料在天气分析中的应用水平。为用户提供基于B/S、移动平台、客户端等多种客户端的遥感应用分析平台，主要包括对流云团、台风、雾霾、海雾、沙尘天气、热源点、蓝藻、湖泊和海洋环境的监测和跟踪，同时可以实现基于多源卫星遥感产品的数据叠加（包括常规气象数据、高空资料、雷达资料等）。

（2）实现插件化天气应用调度和管理

建立遥感应用插件基础平台，设计遥感应用算法和小程序的插件标准，实现已有各种遥感应用算法的插件化，实现各类插件的自动化、流程化调度，实现遥感应用插件的便捷配置，为专业用户提供在线的遥感应用插件的云开发平台和插件集、算法集的交易平台。

（3）采用“云+端”架构，实现卫星天气交互应用

利用公有云和私有云，构建风云四号气象卫星应用产品混合云架构，支撑卫星直收站、中国气象局卫星数据广播系统（CMACast）、网站下载等多源气象卫星数据应用，实现面向PC、平板电脑、移动终端、微信等多种客户端的卫星应用产品发布和交互应用（图1）。

图1 风云四号气象卫星天气应用平台“云+端”架构

（4）面向“一带一路”用户，实现多语言版本发布

为了实现风云四号气象卫星等静止气象卫星数据和产品在卫星覆盖国家应用，卫星天气应用平台设计时除了中文版之外，也设计了英文版和俄文版两个主要外语版本。其中，俄语版主要考虑到上海合作组织相关国家气象部门人员以俄语为主，同时风云四号气象卫星可以很好地覆盖以上国家，并提供高时间频率的区域观测数据和产品。

3.平台主要版本

目前风云四号气象卫星天气应用平台（SWAP2.0）已经实现了2个主要版本，即单机版和网络版。

（1）单机版SWAP2.0

单机版风云四号气象卫星天气应用平台（图2）主要面向已安装卫星直收站和CMACast数据接收站的用户，以及配备气象卫星数据资源池的用户，可以实现直收数据自动配置和处理，按照用户需求定制化生成卫星图像。同时，单机版还提供了较强大的卫星天气分析功能，实现对日常典型中大尺度天气系统的综合监测和解译，提高新一代静止气象卫星资料在天气分析中的应用水平。

（2）网络版SWAP2.0

网络版风云四号气象卫星天气应用平台（图3）主要面向广大科研用户和公众用户，目前该平台已经通过国家卫星气象中心网站（http://rsapp.nsmc.org.cn/geofy）发布。高时效是该平台的主要特点，风云四号A星完成全圆盘观测或者中国及周边区域观测后10分钟之内，用户就可以在网站查看最新时次的影像。目前已经发布的卫星产品包括风云四号A星14个通道的黑白云图、十多种RGB合成图，以及十多种卫星产品。除了风云四号A星的数据和产品，风云二号H星的产品也通过该平台进行发布，可以覆盖大多数“一带一路”沿线国家。

三、风云四号气象卫星天气应用平台主要应用

风云四号气象卫星天气应用平台主要应用于天气分析、环境监测以及重大服务保障等领域。

1.天气应用

利用该平台可以对台风、暴雨强对流、沙尘暴、大雾等天气事件进行实时监测。针对台风监测，该平台可以从定强、定位、降水、大风、环境场特征等方面实现全方位台风（热带气旋）动态监测，充分发挥新一代静止气象卫星具有的高频次、高空间分辨率和多光谱等优势，提高卫星资料在台风业务的服务支撑水平和应用能力。针对暴雨强对流等灾害天气，该平台可实现对中尺度对流系统发生、发展和演变过程的监测分析，并对中尺度对流系统的初生进行预警，为短时临近预报提供卫星遥感监测分析结果，利用过去的卫星云图数据可以反演生成未来3小时之内的卫星预报云图，为天气分析和临近预报提供服务。

2.环境监测

风云四号A星多通道扫描成像辐射计的中波红外通道对地表发生的火点等热源点具有较强的敏感性，可以反演出地表的火点信息。该平台利用风云四号卫星火点反演产品，可以实现对发生在森林、草原等地区的火点进行高频次观测。根据目前卫星的观测模式，可以对中国及周边区域的火点进行5分钟间隔的连续监测。图4为风云四号A星监测到2019年11月9日发生在澳大利亚东南部的森林大火分布及其烟雾扩散情况。

图2 单机版风云四号气象卫星天气应用平台界面

图3 网络版风云四号气象卫星天气应用平台界面

图4 风云四号气象卫星天气应用平台监测澳大利亚森林大火分布情况

四、结论与展望

风云四号气象卫星天气应用平台第一次采用“云+端”架构，将高时效数据处理和可视化、气象卫星天气分析以及台风综合数据库有机结合，形成了一个基于新一代静止气象卫星的应用平台。

目前，该平台已在国内外推广应用。其中，我国的国家级气象部门、省级气象部门以及市县级气象部门根据自身数据接收和获取条件分别安装了单机版和网络版SWAP2.0；国际用户中部分安装CMACast接收设备的国家气象局已经在业务平台安装了单机版SWAP2.0，其他相关国家通过中国气象局组织的技术培训，已经在业务中使用网络版SWAP2.0，目前已经有超过40个国家的用户使用该平台。

在风云四号气象卫星地面应用系统工程的建设中，风云四号气象卫星天气应用平台仍然作为主推的卫星天气应用业务平台进行不断的完善和提升，尤其是加大基于公有云的卫星应用插件式应用，使用户有机会通过公有云平台将自身业务与风云四号卫星数据有机结合，为用户提供更加个性化、可定制的卫星天气应用平台，不断扩展风云四号气象卫星的应用领域，提高风云卫星的社会效益和经济效益。