“风云”应用50年：跨越发展，服务全球

文|唐世浩 毛凌野

1.国家卫星气象中心 2.北京空间科技信息研究所

2020年是风云气象卫星事业50周年。1970年，我国开始独立自主研制气象卫星。50年来，风云气象卫星事业取得了举世瞩目的成就，高效服务国民经济和社会发展，有效提升了我国负责任大国的国际形象。

一、风云气象卫星实现飞跃发展

1988年9月7日，风云一号A星搭乘长征四号运载火箭飞上距地800多千米的太空，传回了第一幅彩色合成图像（图1）。

1997年6月10日，风云二号A星发射升空，标志着我国进入地球静止气象卫星在轨运行时代，在监测台风和海洋天气、暴雨预报、防汛服务、航空气象保障等方面发挥着重要作用。

2008年5月27日，风云三号A星成功发射，极轨气象卫星迈入“风三时代”，卫星载荷数量从风云一号的1个增加到11个，分辨率达到百米级，实现紫外、可见光、红外和微波的全谱段观测，我国气象卫星技术迈入世界先进行列。

2016年12月11日,风云四号A星发射成功，全球首次实现静止轨道大气高光谱垂直探测，揭开了我国静止气象卫星升级换代的序幕。2018年5月8日起，风云四号A星正式投入业务运行。除我国外，东南亚、东亚和大洋洲多个国家都可同步接收卫星数据和产品，为防灾减灾提供重要支撑。

图1 风云一号A星首幅图

截至目前，我国先后成功发射两代四型17颗风云系列气象卫星，目前7颗在轨运行（图2）。风云卫星成为目前世界上种类最全、性能最先进的气象卫星星座之一。

图2 17颗风云系列气象卫星示意图

与风云卫星发展同步，地面应用系统也实现了跨越式发展，建成了由5个国内站、2个海外站组成的全球卫星数据接收系统，可以高时效地获取全球卫星观测资料，研发了上百种遥感应用产品，发展了高效的卫星数据处理系统和遥感应用平台，建成国省两级遥感应用体系，促进了卫星资料的广泛应用。

二、风云气象卫星赋能国民经济发展

1.气象应用

气象卫星数据的高时空分辨率、多光谱以及稳定均匀等特性，能够有效解决数值天气预报所需的气象观测数据不足的问题。包括中国气象局数值预报中心在内的全球主要数值预报机构，致力于将气象卫星数据应用于数值天气预报中。风云气象卫星数据已经在我国自主研发的GRAPES模式、欧洲中心（ECMWF）数值预报模式及其他多个全球主要数值预报模式中实现了业务应用，显著提升了数值预报的精度和可用时效。图3为2019年台风“利奇马”数值预报图。

图3 2019年台风“利奇马”数值预报图

风云气象卫星数据稳定性和连续一致性的不断提升，提高了在气候监测预测和气候模式中的应用水平。以风云气象卫星资料为基础研发的积雪和海冰等长序列数据集，提高了我国气候监测业务的自主性，业务监测能力在时效性和准确性方面显著提升，为亚洲季风、厄尔尼诺事件等影响我国的主要气候系统监测预测提供了强有力支撑，为提高气候预测水平发挥了重要作用。

风云气象卫星是气象服务的主要数据源。风云四号气象卫星天气应用平台（SWAP2.0）充分利用风云四号A 星高时效、高频次、多光谱的特点，为天气监测、人工影响天气、环境监测等领域提供应用工具（图4）。该平台基于“云+端”架构，通过单机版和网络版两个版本为用户提供服务，在国内外气象服务中得到广泛应用。

图4 风云四号气象卫星天气应用平台

2.防灾减灾

风云气象卫星在应急管理和防灾减灾救灾工作中，承担着重大灾害监测预警和应急响应任务，其卫星数据、产品和应用平台在台风、暴雨、强对流、沙尘暴、积雪、冰冻、高温等灾害天气的应急监测中发挥了重要作用，构筑起防灾减灾第一道防线。自从有了风云气象卫星，登陆或影响我国的台风无一漏网。图5为风云三号D星于2020年7月14日监测洪涝灾害中的鄱阳湖。此外，在火灾发生时，气象卫星产品如火点、地表温度、气温、降水量、风速、气压和空气相对湿度等数据，是构建灾情演变模型的重要因素，可为火场监测、预测分析提供支持。图6为风云三号D星于2020年3月31日对四川木里、西昌森林火灾进行监测。

图5 风云三号D星监测鄱阳湖水情

图6 风云三号D星火情监测图

3.环保应用

风云三号气象卫星开创了我国气象卫星监测全球大气成分的里程碑，从风云卫星遥感监测获取的全球臭氧总量、臭氧廓线、可见光气溶胶光学厚度以及紫外气溶胶指数等产品，可以对我国以及全球大气臭氧浓度、气溶胶污染、霾、沙尘、火山灰以及区域秸秆焚烧烟霾的强度和分布等大气环境状况进行实时监测，为我国环境气象业务的开展提供了卫星定量监测数据。图7为风云三号D星于2020年2月21日监测京津冀、山东等地雾霾天气过程。

4.农业应用

土壤水分、地表温度是两个最重要的农业气象参数，气象卫星遥感数据不仅可以直接反演土壤水分和地表温度等参数，还可以提取主要农作物叶面积指数、区域分布，进行农作物长势监测和产量估算等。同时，通过与高分辨率卫星相结合，由遥感、气象数据耦合形成的气象参数产品可以为农业病虫害监测与预警提供更为丰富的数据源，对全球和全国重点区域的作物病虫害发生面积和发生程度，以及小麦、水稻、玉米等作物的主要病虫害发生现状和趋势进行预测预报。除此之外，利用气象卫星可以对全球土地荒漠化以及局部区域的干旱情况进行跟踪和分析，结合气象数据进行趋势预测，为政府部门决策提供依据。

图7 风云三号D星监测京津冀、山东等地雾霾天气

5.其他应用

风云卫星资料因其观测频次密集、分辨率较高、产品内容丰富，在自然资源、生态文明建设、交通旅游、水利水电、能源电力、重要活动保障等领域得到了广泛应用。在水资源调查的过程中，风云卫星搭载的微波辐射计为反演土壤水提供了比较丰富的数据。中国民用航空局利用风云卫星资料研发了强对流识别、外推与追踪产品和沙尘、能见度、火山灰监测产品，开发了强风暴指数、最大风层高度和温度、积水指数、不稳定区、颠簸指数、对流层顶高度和温度等航空气象指导产品，为提升航空气象保障能力发挥了重要作用。风云气象卫星还在奥运会、国庆阅兵、“一带一路”国际合作高峰论坛等重大活动气象保障服务中发挥了重要作用，为气象决策提供了强有力的支撑。

三、风云气象卫星成为中国新“名片”

从2018年开始，在上合组织峰会、中阿合作论坛、中非合作论坛等国际外交的多个重要场合，风云气象卫星被国家领导人多次提及。2018年6月10日，中国国家主席习近平在上海合作组织青岛峰会上讲话时承诺：“中方愿利用风云二号气象卫星为各方提供气象服务。”2018年7月10日，习近平主席在中阿合作论坛第八届部长级会议开幕式的讲话中提出：“要共建‘一带一路’空间信息走廊，发展航天合作，推动中国北斗导航系统和气象遥感卫星技术服务阿拉伯国家建设。”9月4日，中非合作论坛北京峰会期间通过的《北京行动计划（2019——2021年）》再次提出：“中方愿继续为非洲国家提供风云气象卫星数据和产品以及必要的技术支持，继续向非洲国家提供气象和遥感应用设施和教育培训援助，支持非洲气象（天气和气候服务）战略的实施，提升非洲国家防灾减灾和应对气候变化能力。”

2018年，我国第一代静止轨道气象卫星的最后一颗星——风云二号H星的定点位置由原定的东经86.5°向西漂移至东经79°赤道上空，弥补了全球气象卫星对印度洋及中亚、西亚等“一带一路”地区观测的不足。同时，建立风云气象卫星国际用户防灾减灾应急保障机制（FY_ESM），为国际用户提供应急减灾服务。先后于2018年和2020年发布了《风云气象卫星服务“一带一路”行动计划（2019-2023）》和《风云气象卫星国际服务计划》，开创风云气象卫星国际应用推广的新格局，提升风云卫星的国际影响力。

风云气象卫星已达到国际同类卫星先进水平，被世界气象组织列入国际气象业务卫星序列，成为全球综合地球观测系统的重要成员，同时也是“空间与重大灾害国际宪章”的值班卫星，为全球115个国家和地区提供卫星资料和产品。风云卫星已在越南、菲律宾、莫桑比克等国台风、洪涝灾害监测中发挥了重要作用。图8为风云四号A星于2018年9月15日对超强台风“山竹”进行监测，台风眼清晰可见。

图8 风云四号A星监测台风“山竹”

四、未来展望

未来，我国还将发射多颗风云气象卫星，深化成果运用，加强国际合作，加快建设气象强国，进一步提升防灾减灾救灾能力，为保护生命安全、服务生产发展、促进生活富裕、建设生态文明提供有力支撑。到2025年，我国将全面建成第二代天基气象观测系统，包括不同轨道极轨气象卫星和降水测量专用卫星组成的风云三号业务观测系统，以及由多颗光学星和微波星组成的风云四号业务观测系统。从2025年到2035年，我国将完善第二代并同步发展第三代风云卫星综合观测体系，发展星地协同智慧观测一体化技术，建立支撑精细预报的“智慧观测”业务系统。