氣象衛(wèi)星：預(yù)知風(fēng)霜雨雪

在各種各樣的衛(wèi)星當(dāng)中，有那么一些是我們每天都要用到的，氣象衛(wèi)星就是其中的一類?，F(xiàn)在人類已經(jīng)習(xí)慣了有天氣預(yù)報(bào)的生活，如果沒(méi)有氣象衛(wèi)星，我們每天的生活都會(huì)面臨很大的麻煩。

氣象衛(wèi)星理論上說(shuō)是一種對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，但是它的主要觀測(cè)對(duì)象不是地面，而是薄薄的大氣層。人類面臨的主要天氣活動(dòng)，包括風(fēng)霜雨雪，都在大氣層里。通過(guò)觀測(cè)大氣層里的溫度，云層含水量等參數(shù)變化，就可以對(duì)大氣活動(dòng)有充分的認(rèn)識(shí)，不但可以進(jìn)行短期的天氣預(yù)報(bào)，還能夠總結(jié)出整個(gè)地球大氣層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)和全球性的氣候變化研究提供重要的依據(jù)。

氣象衛(wèi)星ABC

具體來(lái)說(shuō)，氣象衛(wèi)星主要負(fù)責(zé)這樣幾方面的工作：拍攝衛(wèi)星云圖，研究云內(nèi)部的參數(shù)，探測(cè)陸地和海洋表面狀況，探測(cè)大氣中含水和降水?dāng)?shù)據(jù)，探測(cè)大氣中臭氧的含量及其分布，探測(cè)太陽(yáng)輻射對(duì)地球的影響和地球?qū)τ钪娴募t外輻射，探測(cè)空間環(huán)境。

氣象衛(wèi)星如果從軌道上來(lái)區(qū)分，一般有兩類，分別是極軌道氣象衛(wèi)星和靜止軌道氣象衛(wèi)星。靜止軌道衛(wèi)星當(dāng)然就是部署在靜止軌道上的，它的主要優(yōu)點(diǎn)就是可以不間斷地觀測(cè)大約1/3的地球表面，時(shí)間分辨率很高，但是空間分辨率比較差。另一種就是極軌道氣象衛(wèi)星，它運(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道上，也就是軌道傾角在97度到98度之間，高度一般在700~800千米之間。這類衛(wèi)星的空間分辨率比較高，但是時(shí)間分辨率就稍微差一些，對(duì)同一個(gè)地區(qū)可能要經(jīng)過(guò)幾天的時(shí)間才能夠重新觀測(cè)一次。所以在國(guó)際氣象預(yù)報(bào)當(dāng)中，會(huì)讓這兩種衛(wèi)星協(xié)同工作。

氣象衛(wèi)星上的有效載荷種類很多，但大致上可以分成成像遙感器和大氣探測(cè)器兩種。成像遙感器有三種主要形式：掃描輻射計(jì)、中分辨率成像光譜儀和微波成像儀。大氣探測(cè)器主要包括紅外分光儀、微波溫度計(jì)、微波濕度計(jì)。我們經(jīng)常在天氣預(yù)報(bào)上看到的衛(wèi)星云圖，主要就是掃描輻射計(jì)拍攝的。

在導(dǎo)航衛(wèi)星應(yīng)用過(guò)程中，人們還發(fā)現(xiàn)了另外一件有趣的事情，導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)在大氣中的傳輸，也和大氣的狀況有直接關(guān)系，比如大氣的含水量等等。經(jīng)過(guò)探測(cè)導(dǎo)航信號(hào)的變化就可以感知這個(gè)區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，因此如今出現(xiàn)了一種全新的氣象衛(wèi)星類型，就是通過(guò)低軌道星座來(lái)監(jiān)測(cè)全球GPS信號(hào)或者北斗導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的變化，來(lái)形成精確的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

崛起的中國(guó)氣象衛(wèi)星

在氣象衛(wèi)星領(lǐng)域，中國(guó)經(jīng)歷了一個(gè)快速崛起的過(guò)程。在上世紀(jì)80年代之前，中國(guó)在氣象衛(wèi)星領(lǐng)域處在空白狀態(tài)，從80年代中期開(kāi)始中國(guó)積極投入氣象衛(wèi)星的研制。1988年9月7日，中國(guó)發(fā)射了第一顆氣象衛(wèi)星風(fēng)云一號(hào)太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星。第一代風(fēng)云一號(hào)一共發(fā)射了兩顆，但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)中國(guó)對(duì)于氣象衛(wèi)星的經(jīng)驗(yàn)尚且不足，因此這兩顆衛(wèi)星工作了不長(zhǎng)的時(shí)間就失去了功能。

1988年9月7日風(fēng)云一號(hào)A星第一幅彩色合成圖像

在風(fēng)云二號(hào)靜止軌道氣象衛(wèi)星研制過(guò)程中，首星在發(fā)射前出現(xiàn)事故，導(dǎo)致衛(wèi)星損壞。但是正所謂不經(jīng)歷風(fēng)雨怎么見(jiàn)彩虹，經(jīng)過(guò)20多年的努力，中國(guó)的氣象衛(wèi)星事業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。如今在太空中，擔(dān)任主要觀測(cè)任務(wù)的已經(jīng)是新一代的風(fēng)云三號(hào)和風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星。到2022年7月，中國(guó)共有7顆氣象衛(wèi)星在軌運(yùn)行，其中包括4顆靜止軌道衛(wèi)星和3顆太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星。風(fēng)云三號(hào)E還運(yùn)行在一個(gè)非常特別的軌道上，也就是晨昏軌道。它沿地球晨昏線飛行，每次飛掠同一地方都是在當(dāng)?shù)厍宄?點(diǎn)左右，飛抵地球另一面時(shí)是黃昏時(shí)分。風(fēng)云三號(hào)E星是全球第一顆晨昏軌道衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星與風(fēng)云三號(hào)C星、風(fēng)云三號(hào)D星組網(wǎng)運(yùn)行，讓中國(guó)成為國(guó)際上唯一同時(shí)擁有上午、下午、晨昏三條軌道氣象衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)能力的國(guó)家。

按照國(guó)家氣象局的說(shuō)法：“目前我國(guó)風(fēng)云氣象衛(wèi)星已達(dá)到國(guó)際同類衛(wèi)星先進(jìn)水平，被世界氣象組織列入國(guó)際氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列，成為全球綜合地球觀測(cè)系統(tǒng)的重要成員，同時(shí)也是國(guó)際災(zāi)害憲章機(jī)制的值班衛(wèi)星，正在為全球80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)、國(guó)內(nèi)2500多家用戶提供衛(wèi)星資料和產(chǎn)品。我國(guó)風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星與美（日）氣象衛(wèi)星、歐洲氣象衛(wèi)星呈現(xiàn)三足鼎立之勢(shì)，東半球的氣象預(yù)報(bào)主要依靠我國(guó)的氣象衛(wèi)星提供相關(guān)資料。”

在2018年還發(fā)生了這樣的一件事情，國(guó)際氣象衛(wèi)星組織主動(dòng)要求中國(guó)衛(wèi)星氣象部門把風(fēng)云二號(hào)H衛(wèi)星移動(dòng)到印度洋上空的東經(jīng)79度，填補(bǔ)對(duì)印度洋和非洲大陸衛(wèi)星觀測(cè)的空白。目前，風(fēng)云二號(hào)H還在那里運(yùn)行。

中國(guó)也開(kāi)發(fā)了利用導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)來(lái)探測(cè)氣象的衛(wèi)星，也就是捕風(fēng)一號(hào)A/B星。這種衛(wèi)星可以探測(cè)海面反射的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)。海浪主要是海風(fēng)所引起的。海浪的變化必然會(huì)引起反射導(dǎo)航信號(hào)的變化，那么通過(guò)反演，就可以得到海風(fēng)的具體數(shù)據(jù)，包括風(fēng)力和風(fēng)向。如果能夠?qū)崿F(xiàn)多星組網(wǎng)，就可以對(duì)極端臺(tái)風(fēng)天氣進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。

氣象衛(wèi)星的其他應(yīng)用

氣象衛(wèi)星不僅僅可以觀測(cè)氣象，還可以用來(lái)實(shí)施一些計(jì)劃外的工作。在上世紀(jì)90年代末期，中國(guó)遙感部門用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)觀測(cè)世界各地的積雪情況，收到了良好的效果。

風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星示意圖

中國(guó)氣象衛(wèi)星應(yīng)用中還有一個(gè)非常重要的創(chuàng)舉，那就是農(nóng)作物估產(chǎn)。氣象衛(wèi)星不但可以觀測(cè)氣象情況，還能夠觀測(cè)大范圍的地面植被生長(zhǎng)情況，把農(nóng)業(yè)、氣象、水文、地質(zhì)等多學(xué)科的信息融合起來(lái)，就可以預(yù)測(cè)出某一個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)在當(dāng)年可以生產(chǎn)多少糧食或者經(jīng)濟(jì)作物，為國(guó)家有關(guān)部門以及大型農(nóng)業(yè)企業(yè)提供決策依據(jù)。這項(xiàng)工作從21世紀(jì)初開(kāi)始，在中國(guó)廣泛開(kāi)展，取得了重要的成就。如今氣象衛(wèi)星用于農(nóng)作物估產(chǎn)，已經(jīng)是農(nóng)業(yè)管理部門的一項(xiàng)日常工作，對(duì)于保證中國(guó)人民的糧袋子菜籃子起到了非常重要的作用。（作者：遲惑）