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我国风云系列气象卫星高效助力防灾减灾

时间:2016年07月25日 信息来源:中国航天报 点击: 【字体:

入汛以来,我国多地遭遇持续强降雨。从7月19日至20日,包括京津地区在内的华北地区普降大雨。而两周前,南方多地抗洪救灾的场景还历历在目。面对严峻形势,中国航天科技集团公司积极为社会抢险救灾提供各种卫星数据服务等技术支持,其中号称气象“千里眼”的风云系列卫星正时刻紧盯天气变化。

7月20日气象卫星监测图像。华北、黄淮、江汉等地区持续维持大范围强降雨天气,需关注降水可能引发的灾害。

作用: 洞观天地“千里眼”

7月10日13点45分,今年的第一号台风“尼伯特”登陆我国福建省泉州石狮市。

面对来势汹汹的台风,我国气象工程师们并不慌张。“尼伯特”生成时,气象工程师们就根据所获数据进行了精准预测判断。在各地气象部门的及时通知下,“尼伯特”经过地区并没有发生人员伤亡,财物损失被降到最低。

为气象工程师们提供数据支持的一大利器便是风云系列卫星。

同样,在前不久的南方暴雨中,从6月30日到7月6日,中国气象局分别于6月30日20点至7月2日8点、7月2日10点至7月4日8点、7月4日10点至7月5日8点、7月6日11点至7月9日22点,4次实施风云二号F星每6分钟一次的区域加密观测。

另据中国气象局国家卫星气象中心7月8日发布的两份水情监测报告显示,通过气象卫星监测,湖北东部长江流域、安徽宣城市、江苏高淳县等地水体范围较前期有所增大。

“能够完成这些精细监测和及时准确预报,正是利用了风云卫星下传的数据。”中央气象局卫星中心工程师方翔介绍,而准确预测降雨、对洪灾地区进行实时监控正是防灾救灾的关键。

风云系列卫星是我国专门为观测气象变化研制的卫星,为我国气象观测提供坚实的支撑作用。在1998年的特大洪涝灾害中,风云二号卫星的正式投入应用被称为“我国气象监测史上的里程碑”。

中国航天科技集团公司八院院长助理张春明介绍,目前,我国风云卫星可以提供高精度大范围的大气信息产品,涵盖了紫外、可见光、红外、微波产品,大范围水汽分布、大气强对流判别图像等。

他补充说:“通过风云卫星不同角度、不同层次的产品,相关部门可密切监视大气状态,准确预估强对流云团的行进路线和强对流天气的发生地区,并有针对性地发布灾害预警,有效调拨现有的抗灾救灾资源。”

中国气象局资料显示:截至2015年年底,利用风云二号卫星我国已经对西太平洋生成的415个台风、登陆或影响我国的153个台风监测实现了全覆盖。气象卫星资料的加入,使台风预报准确率连年提升,2015年中央气象台台风24小时路径预报误差首次低于70公里,达到世界领先水平。

我国气象卫星的快速发展让中国气象局局长郑国光非常提气,尤其是在风云三号卫星投入使用后,我国气象观测能力更加强大,所获数据更加精准。

“风云二号卫星已经可以提供最高每25分钟一次全地球圆盘观测、每6分钟一次区域观测;风云三号卫星可每天对地球同一区域完成4次三维立体观测,光谱范围从可见光、红外覆盖到紫外和微波;卫星定标、定位和反演技术接近国际先进水平,卫星资料实现了从定性到定量应用的转变。”郑国光说。

气象“千里眼”的功能非常强大,它不光能监测台风,还为提高我国暴雨、洪涝、干旱、冰雪、沙尘暴、雾霾监测预报水平发挥了重要的作用。

据相关负责人介绍,利用风云卫星反演的海表温度、长波辐射、植被指数、积雪、大气成分等产品已广泛应用于全球和区域性气象与气候变化业务,为全面加强应对气候变化能力建设提供客观科学依据。

而从另外一重维度上看,郑国光认为我国风云卫星的发展意义则更为重大——“该系列卫星能够提升我国参与全球竞争的能力,增强了我国在相关国际活动中的话语权。不仅摆脱了发达国家的技术和业务垄断,而且确立了我国在地球观测领域的国际地位。”

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7月18日风云三号C气象卫星监测图像。内蒙古东部、东北中南部、黄淮等地受东移冷涡云系影响继续出现降水天气,但雨量和范围有所东移减弱,以小到中雨为主,局地大雨。

难题: 世界性预报短板如何破解

迄今为止,我国已成功发射了由中国航天科技集团公司抓总研制的14颗气象卫星。其中7颗卫星在轨运行,实现了极轨气象卫星升级换代和上、下午星组网观测,形成了静止气象卫星“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的业务运行格局。

在市场中,国内接收与利用风云卫星资料的用户已超过2500家,为气象、海洋、农业、林业、水利、交通、航空、航天、环保等领域提供了大量科学数据,支持了78个国家重点科研项目,为我国防灾减灾、应对气候变化、保障生态文明建设等作出了重要贡献。

风云气象卫星在国际观测领域的地位越来越高,影响越来越大。风云气象卫星以其先进的技术水平、运行的可靠性和较高的稳定性,与美国、欧洲风云气象卫星一起成为全球对地观测网中名副其实的主力军,承担起全球对陆地、大气、海洋、地表环境全天候连续观测的责任。

不过,从客观角度来说,目前,国内外气象卫星也还有不少进步空间。

面对越来越频发的极端天气,各国气象卫星由于客观因素所限,在监测方面还有力不从心的地方。

国家卫星气象中心主任杨军说,这些短板可以从两方面来理解,“一是卫星资料空间、时间分辨率不够,影响小尺度强对流云团上冲云顶特征连续监测和清晰识别;二是静止卫星目前还不能穿透云层看到云团内部,无法获得垂直运动等更多信息。”

气象专家表示,中小尺度灾害性天气监测预警需要更高时空分辨率的观测,而这一点是短板,且是世界性的短板。也就是说,我国风云卫星不具备预报小区域极端天气的能力。从目前来看,世界上任何一个国家气象卫星也都不具备这种监测能力。

需要提高风云气象卫星观测的时空分辨率,才能有效防范气候变暖背景下呈多发、重发态势的气象灾害和衍生灾害,保障我国经济发展和人民生命财产安全。

在风云四号卫星总设计师董瑶海看来,存在这种短板的原因是世界上在轨运行的高轨道气象卫星并没有技术能力安装微波探测器,而地面雷达探测范围有限,所以并不是每个小区域极端天气都能够被气象部门尽收眼底。

不可否认的是,目前我国在轨的气象卫星核心遥感仪器的时间空间光谱分辨率主要性能指标仍与美国、欧洲、日本的气象卫星存在一定差距。董瑶海说,“不过,我国在低轨道气象业务卫星级水平上已经与欧美国家相当,有些仪器水平甚至已经达到更高水平。”

未来: 按需布局 创新发展

经过几十年来气象科技工作者和航天科技工作者的不懈努力,风云系列卫星走过了从无到有、从小到大、从弱到强的发展之路,已成为全球对地观测业务卫星序列的重要成员。

据统计,风云气象卫星遥感数据的广泛应用大幅减少了我国台风、暴雨、洪涝等灾害性天气造成的人员伤亡和财产损失。据不完全估算,仅2010年气象卫星投入产出效益比就已经达到1:50。

用国防科工局副局长吴艳华的话来说,未来10到15年,将是我国气象卫星快速发展的黄金期。站在巨人的肩膀上,我国气象卫星如何向着更高的目标再迈一步,实现弯道超车,已经成为刻不容缓的议题。

对此,郑国光认为,风云卫星研制要不断创新,同时,应对气象卫星的轨道提出更加合理的布局,要在传承大的综合卫星平台同时,根据实际需要探讨利用新的平台,研究发展单一任务的小卫星。

他认为,我国气象卫星要进一步分析应用需求和技术指标关系,提出更加符合实际需求的技术指标体系,加强关键部件的功能,提升卫星平台和遥感仪器的质量和技术水平。

准确的气候监测是系统作战的成果。风云卫星想要充分发挥作用,体系建设一样必不可少。

在杨军看来,协同发展也很重要,构建对地观测的新体系,遵循卫星研发的客观规律,做到遥感仪器研发先于卫星系统的发展、应用技术研究先于应用系统的建设。

“建议将风云气象卫星的观测与地基空基观测进一步统筹考虑。”杨军认为,“未来,我国应该推动天地空一体化的系统监测优化,并将其作为国家空间基础设施的重要组成部分,与陆地遥感和海洋遥感卫星系列共同协作,形成我国对地观测的新体系。”

在卫星应用方面,相关专家建议,应该充分利用移动互联、智能终端、大数据、云计算等新一代信息技术,充分考虑统筹用户一般性需求和专业用户个性化需求,建立完善高效便利的数据服务系统,强化风云卫星和其他卫星资料综合应用,提高气象监测预报服务等能力和水平,提高风云气象卫星综合应用效率。

远大的理想还要脚踏实地逐步实现。今年下半年,我国风云四号卫星将要出征太空,以此为标志,我国气象卫星发展将踏上新的征程。

据董瑶海介绍,与我国现有气象卫星相比,风云四号卫星探测通道更多,探测精度更高,尤其是其时间分辨率可以比风云二号卫星提高整整一倍。不仅如此,风云四号卫星还配备了世界首个高轨气象卫星垂直探测仪,可以直接为大气做“CT”。

“气象卫星的发展面临‘慢进则退’的严峻挑战,而我们正在不断努力。中国用几十年的时间使风云卫星取得了今天的成果,之后更高效地助力防灾减灾,引领世界气象卫星领域大潮的时刻还会远吗?”董瑶海反问道。


(作者:姚天宇)
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