4月24日，我們將迎來第8個中國航天日。

近年來，我國航天事業(yè)取得飛速發(fā)展和進步，從“嫦娥”奔月到“天問”探火、從“北斗”造福人類到“天宮”開門納客，中國航天用一項項科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新突破著人類探索宇宙的邊界。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星被譽為“知冷知熱的百姓星、自主創(chuàng)新的爭氣星、服務(wù)全球的中國星”，為全球126個國家和地區(qū)提供100余種數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。

中國風(fēng)云衛(wèi)星何以享譽全球？一起來看↓

“北風(fēng)其涼，雨雪其雱”，2500多年前的《詩經(jīng)》記載了古人對各種天氣現(xiàn)象的認(rèn)識。從靠抬頭看天和占卜預(yù)測天氣，到利用琴弦感應(yīng)濕度來預(yù)測晴雨，到出現(xiàn)“欽天監(jiān)”這類專業(yè)從事氣象工作研究的部門，再到如今借助衛(wèi)星等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)力量實現(xiàn)觀云測雨，自古以來，中國人對風(fēng)云變幻背后奧秘的探索未曾有過片刻停歇。

4月16日，風(fēng)云三號07星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心被長四乙火箭送入400公里外的非太陽同步傾斜軌道。不同于風(fēng)云系列的其他衛(wèi)星，07星將專門承擔(dān)降水測量的重任。

△長四乙火箭發(fā)射風(fēng)云三號07星

“頂流天團”再添新成員

1970年，我國開始獨立自主研制氣象衛(wèi)星，至今已成功發(fā)射兩代四型共20顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星，其中8顆目前在軌運行。

△風(fēng)云氣象衛(wèi)星圖譜

第一代風(fēng)云一號衛(wèi)星與風(fēng)云二號衛(wèi)星、第二代風(fēng)云三號衛(wèi)星與風(fēng)云四號衛(wèi)星，共同組成氣象衛(wèi)星觀測體系，它們是家喻戶曉的“風(fēng)云衛(wèi)星頂流天團”。其中，風(fēng)云一號衛(wèi)星和風(fēng)云三號衛(wèi)星屬于低軌衛(wèi)星，圍繞地球飛行，能夠進行全球觀測。而風(fēng)云二號衛(wèi)星和風(fēng)云四號衛(wèi)星屬于靜止軌道衛(wèi)星，能夠始終和地面相對靜止，用于對我國及周邊區(qū)域進行氣象探測。

風(fēng)云三號07星總設(shè)計師錢斌介紹，07星是國內(nèi)首顆、國際第三顆主動降水測量衛(wèi)星，其最核心的任務(wù)就是監(jiān)測災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強降水過程，7天就可以完成一遍對全球中低緯度地區(qū)降水三維層析結(jié)構(gòu)的探測，填補我國南北緯50度范圍內(nèi)的降水監(jiān)測資料。這顆降水測量衛(wèi)星將提升我國對臺風(fēng)的監(jiān)測精度，包括提高對臺風(fēng)路徑判斷的準(zhǔn)確性及對臺風(fēng)降水量的估計精度。

△風(fēng)云三號07星綜合探測示意圖

國際上第一顆主動降水測量衛(wèi)星是1997年發(fā)射如今已退役的TRMM降水衛(wèi)星，第二顆是2014年發(fā)射的GPM降水衛(wèi)星，兩顆衛(wèi)星都配有主動降水測量雷達和被動的微波成像儀。與之相比，我國自主研制的這顆降水測量衛(wèi)星在性能上有了更多提升。

“07星的特色在于搭載的4臺/套業(yè)務(wù)載荷。包括降水測量雙頻雷達、微波成像儀、中分辨率光譜成像儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測儀。”錢斌介紹。

降水測量雷達屬國內(nèi)首次研制，從首次概念提出到工程應(yīng)用前后歷程長達17年。隨著降水測量衛(wèi)星上天，可“透視”降水三維結(jié)構(gòu)，填補了我國主動降水監(jiān)測的空白。雷達從衛(wèi)星上對降水進行測量時，消除地表回波干擾的能力很強，可實現(xiàn)300公里幅寬、250米垂直分辨率下，檢測地球大氣0.2毫米/時的降水強度變化，達到國際先進水平，這意味著從毛毛雨到50毫米/時以上的暴雨都將被07星悉數(shù)監(jiān)測到。此外，該衛(wèi)星還可以實現(xiàn)對液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)3種降水相態(tài)的區(qū)分，也就是將能更清楚地對雨、雪還有冰雹進行辨別。

△風(fēng)云三號07星研制現(xiàn)場

“風(fēng)云三號03批氣象衛(wèi)星包含黎明、上午、下午和此次發(fā)射的傾斜軌道降水測量4顆氣象衛(wèi)星。4顆衛(wèi)星完成在軌布置后，可以把氣象預(yù)報的監(jiān)測精度提高3%。低軌氣象衛(wèi)星獲取全球資料的時效性將從6小時提高至4小時，災(zāi)害監(jiān)測效率將提高1倍。”風(fēng)云三號07星總指揮李海生介紹。

氣象衛(wèi)星都會攜帶多種載荷進行定量觀測。除黎明星外，風(fēng)云三號系列衛(wèi)星都裝載了微波成像儀。07星搭載的是國內(nèi)首次實現(xiàn)10.65千兆赫~183千兆赫的9頻點26通道一體化微波成像儀。此外，搭載的中分辨率光譜成像儀將配合星上其他儀器實現(xiàn)降水和云雨大氣參數(shù)、云層和大氣水含量的探測；全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測儀將結(jié)合導(dǎo)航衛(wèi)星，通過大氣不同折射率，反推確定對應(yīng)點的溫度、濕度和壓力。

“07星成功發(fā)射后，中國將成為目前全球唯一同時運行晨昏、上午、下午和傾斜4條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。”李海生說。

從在軌運行39天到目標(biāo)運行6年

由于氣候監(jiān)測、氣象預(yù)報、災(zāi)害監(jiān)測的需要，風(fēng)云系列衛(wèi)星從不停機。風(fēng)云三號07星的設(shè)計壽命是6年，目標(biāo)在軌全天時不間斷工作5.3萬個小時。

△風(fēng)云三號07星示意圖

從1990年到2000年，國內(nèi)氣象衛(wèi)星發(fā)展并不順暢。“最初想做個長壽命衛(wèi)星真的很不容易，一窮二白的背景下，無論對環(huán)境還是對長壽命、高可靠性的認(rèn)識都還不夠充分。上世紀(jì)很多老同事都是用一輩子做了一顆衛(wèi)星。”錢斌說，直到1999年風(fēng)云一號C星上天和2002年風(fēng)云一號D星上天，氣象衛(wèi)星真正進入長壽命業(yè)務(wù)化的階段，中國人才真正開始對生產(chǎn)一顆氣象衛(wèi)星比較有把握。如今，風(fēng)云衛(wèi)星的連續(xù)成功應(yīng)用就是憑借最初一顆顆衛(wèi)星研制、一代代人傳承積累下來的經(jīng)驗。

為了確保長壽命高可靠性，07星上天前經(jīng)歷了反反復(fù)復(fù)的試驗。以載荷降水測量雷達為例，雷達初樣研制階段加電測試時長達6700小時，雷達正樣地面測試時長達4100小時。上天之前，雷達正樣還進行了2680小時的地面標(biāo)定。

△風(fēng)云三號07星研制現(xiàn)場

“我們?nèi)绻痪邆錃庀笮l(wèi)星監(jiān)測能力，不掌握核心技術(shù)就會隨時被‘卡脖子’。”令李海生一直印象深刻的是，風(fēng)云一號A星只飛了39天，接下來的幾顆衛(wèi)星在軌運行時間也不長，甚至在研制過程中還出現(xiàn)過失敗的情況。在2001年，美國提出可以低價賣給中國一顆氣象衛(wèi)星，但是中國氣象局堅定地表示，中國的氣象衛(wèi)星研制必須自力更生。

1969年，周恩來總理高瞻遠矚地提出“要搞我們自己的氣象衛(wèi)星”，并于1970年親自批準(zhǔn)研制氣象衛(wèi)星的任務(wù)。此后50多年，中國風(fēng)云衛(wèi)星氣象事業(yè)走出了一條從跟跑到并跑再到部分領(lǐng)跑的自立自強之路。

“用戶為氣象衛(wèi)星的研制提供了很大的寬容和支持，從來沒有因為未達到預(yù)期目標(biāo)而直接放棄實現(xiàn)氣象衛(wèi)星自主研制的目標(biāo)。”李海生說，想要實現(xiàn)氣象衛(wèi)星的自主可控，必須堅持長期持續(xù)的投入。科學(xué)研究一定是有一個過程的，只有經(jīng)過不斷的磨煉和探索，才能真正掌握核心技術(shù)。把硬骨頭一點點啃下，中國風(fēng)云氣象衛(wèi)星最終“一路開掛”。

自20世紀(jì)70年代起，我國無論多么困難，從來沒有停止過對氣象衛(wèi)星研究發(fā)展的支持。進入21世紀(jì)以來，從《中國氣象衛(wèi)星及其應(yīng)用發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》到新一代氣象強國發(fā)展規(guī)劃，我國始終高度重視氣象衛(wèi)星技術(shù)的自主可控。

每年夏季，我國沿海城市都會因為臺風(fēng)產(chǎn)生很大的人員傷亡。自從風(fēng)云氣象衛(wèi)星上天后，我國沒有漏過對一個臺風(fēng)的預(yù)報。如今，高低軌氣象衛(wèi)星協(xié)同組成一個完整的氣象衛(wèi)星觀測體系，我國24小時臺風(fēng)預(yù)報路徑誤差低于70公里，和歐美處于同一水平。

氣象衛(wèi)星投入產(chǎn)出比達1:40，具有極高的社會價值。此次發(fā)射的降水測量衛(wèi)星在今年6月汛期來臨之前上天，將通過對降水和臺風(fēng)進行監(jiān)測，最快發(fā)揮出最大效益。

為全球生成更快、更準(zhǔn)確氣候預(yù)報

瑞士再保險瑞再研究院的一份年度報告顯示，2022年，颶風(fēng)、洪水等自然災(zāi)害給全球帶來的經(jīng)濟損失高達2750億美元，約合人民幣1.88萬億元。從世界范圍來看，氣象預(yù)報的時效性、精準(zhǔn)性及公眾服務(wù)性仍需要增強。

作為目前世界上在軌數(shù)量最多、種類最全的氣象衛(wèi)星星座之一，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星在世界范圍內(nèi)擁有龐大的用戶群體，廣受歡迎。習(xí)近平主席曾一年之內(nèi)先后3次在國際上公開承諾，利用中國風(fēng)云氣象衛(wèi)星資料為國際服務(wù)。

△風(fēng)云氣象衛(wèi)星效益示意圖

如今，風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)面向全球開放、實時共享，正為全球126個國家和地區(qū)提供100余種數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。世界氣象組織秘書長彼得里·塔拉斯在世界氣象大會上表示：風(fēng)云氣象衛(wèi)星已達世界領(lǐng)先水平。

國際數(shù)值天氣預(yù)報最高水平的歐洲中長期天氣預(yù)報中心（ECMWF）歐洲地球系統(tǒng)同化首席科學(xué)家史蒂芬·英格力士也贊揚風(fēng)云三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量已達到和美國、歐洲衛(wèi)星相當(dāng)?shù)乃健?/p>

高頻次的氣象觀測數(shù)據(jù)對于短臨天氣預(yù)報，特別是突發(fā)天氣事件尤為重要。如果能夠?qū)⑷虻挠^測數(shù)據(jù)有效地集中起來，那么全世界對災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報能力將大幅提升。

雖然人類自古以來就嘗試觀云測象，但數(shù)值天氣預(yù)報的出現(xiàn)才開始真正引領(lǐng)氣象預(yù)報技術(shù)走向現(xiàn)代化。李海生解釋：“數(shù)值天氣預(yù)報是今后氣象預(yù)報發(fā)展的一個重要方向。通過算法模型來實現(xiàn)智能天氣數(shù)據(jù)預(yù)測，就像ChatGPT在氣象預(yù)報領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。”

簡單來說，數(shù)值天氣預(yù)報就是通過一個開放的數(shù)字模型，將氣象實時數(shù)據(jù)不斷往模型中填充。模型通過訓(xùn)練不斷優(yōu)化，實現(xiàn)推斷未來一星期、兩星期甚至更長時間的氣象預(yù)報走勢。07星上天后能為中國數(shù)值預(yù)報模型提供更多實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，有效提升我國數(shù)值天氣預(yù)報的運行精度。

此外，07星搭載的全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測儀可接收處理我國北斗衛(wèi)星和GPS掩星信號，每天能獲得超過1000條大氣參數(shù)廓線，對數(shù)值氣象預(yù)報模式貢獻明顯。

△風(fēng)云三號07星研制現(xiàn)場

接下來的路，風(fēng)云衛(wèi)星需要自己摸索著前行了。李海生評價，當(dāng)前風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星在國際上處于局部領(lǐng)先，整體達到世界平均先進水平的地位。第一代氣象衛(wèi)星解決了基本的天基氣象觀測需求，實現(xiàn)氣象衛(wèi)星從無到有并業(yè)務(wù)化運行。第二代氣象衛(wèi)星解決了天氣預(yù)報對于氣象觀測精度的需求，我國氣象衛(wèi)星發(fā)展進入與國際氣象衛(wèi)星先進水平看齊的并跑階段。

根據(jù)規(guī)劃，從2025年到2035年，我國將完善第二代并同步發(fā)展第三代風(fēng)云衛(wèi)星綜合觀測體系，發(fā)展星地協(xié)同智慧觀測一體化技術(shù)，建立支撐精細預(yù)報的智慧觀測業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

正處于論證階段的第三代風(fēng)云氣象衛(wèi)星風(fēng)云五號衛(wèi)星、風(fēng)云六號衛(wèi)星，已經(jīng)成為我國實現(xiàn)氣象強國目標(biāo)、為全球氣象觀測貢獻更多力量的重要部分。