聚焦风云四号：中国气象防灾减灾前哨，三大核心技术实现领跑

图为中央气象台7月19日发布的风云四号气象卫星云图。

图为2016年12月11日，搭载风云四号气象卫星的运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空。新华社记者 陈建力 摄

中央纪委国家监委网站7月20日消息，中央气象台7月17日6时发布暴雨黄色预警，南方多地迎来新一轮强降雨。此前，从6月2日至7月12日6时，中央气象台连续40天发布暴雨预警，突破我国连续暴雨预警时间纪录。在我国南方，持续强降雨呈现出影响范围广、持续时间长、极端性强、局地强降水重叠度高的特点，这给防汛抗洪带来极大压力，对气候监测预警和气象灾害风险管理也带来很大挑战。

作为我国气象防灾减灾第一道防线的前哨站，风云四号气象卫星基于其领先世界的卓越性能，提供了丰富、精细、精准的气象数据，有力支持了气象防灾减灾工作。

那么，风云四号气象卫星在哪些关键技术方面做出了创新？记者近日采访了风云四号气象卫星研制创新团队主要负责人。

重大跨越——三大核心技术实现领跑

风云四号气象卫星是我国首颗三轴稳定静止轨道气象卫星，整体性能达到甚至超越欧美最新一代静止轨道气象卫星的水平，一举实现我国气象卫星技术从“跟跑并跑”向“并跑领跑”的重大跨越。

气象卫星按照运行轨道划分，可分为绕地球运转的太阳同步轨道气象卫星（也称极轨气象卫星）和相对地球不动的地球同步轨道气象卫星两大系列。

地球同步轨道气象卫星即静止轨道气象卫星，在地球赤道上空约35800公里，与地球自转同步运行，相对地球静止，可以观测地球表面三分之一的固定区域，可以对同一目标地区进行持续不断的气象观测。

“不同于一般成像类遥感卫星，静止轨道气象卫星在实现大视场覆盖、高时空分辨率和灵活扫描成像的同时，主要对地球表面和大气的温度、湿度等物理参数实施定量探测，可识别大气0.1K的温度变化。”上海卫星工程研究所气象与环境总体室副主任陈晓杰向记者介绍，风云四号气象卫星不仅是目前全球对地综合观测能力最强的静止轨道气象卫星，还是国际上首颗单星实现对地“多光谱二维成像+高光谱三维探测+超窄带闪电成像”综合观测的静止轨道气象卫星。

三轴稳定静止轨道气象卫星是世界公认的最先进、最大型、最复杂的航天项目之一。上世纪90年代，中美欧几乎同步开始论证发展最新一代静止轨道气象卫星。欧美虽然拥有成熟的高轨卫星平台，但是无法解决在同一平台上多台精密遥感仪器兼容运行的技术难题，只能在方案中回避。

我国则解决了这一难题。风云四号气象卫星上不仅搭载了许多先进的观测仪器，还搭载了对观测环境要求极为严苛的干涉式大气垂直探测仪。

这一突破强在何处？干涉式大气垂直探测仪是一种类似于给大气“做CT”的先进仪器，但极为“娇贵”，哪怕只是在卫星边上吹一口气这样的轻微振动，都会影响其性能。该仪器如果在地面上使用，需要专门为它建造一个超静隔音的地下室。在开放的太空使用，如何防止其他仪器振动和噪音干扰？欧洲的计划是专门为它发射一颗卫星。

“消振”，正是风云四号气象卫星所突破的数十项关键技术之中，最核心、最具有代表性的创新之一。据风云四号气象卫星副总设计师江世臣介绍，他们系统提出了覆盖技术方案、产品设计、产品研制到整星试验全链路的卫星微振动技术体系。搭载干涉式大气垂直探测仪，使得风云四号气象卫星能实现14通道二维辐射成像、1600通道三维垂直探测、超高帧频闪电实时探测，做到了观测要素“全”。

风云四号气象卫星还有两项极具代表性的创新。

“准测”，解决多类有效载荷对地高精度定量遥感，丰富遥感数据类型、提高遥感数据时空分辨率和精度，攻克高精度扫描成像、高稳定干涉探测和高灵敏闪电探测等先进遥感技术。做到了定量遥感“准”，能精确感知温、湿等大气物理参数变化。

“抑变”，解决星上时变剧变干扰下的图像高精度实时定位问题，首次发展星上实时补偿的图像导航配准技术，自主形成了从系统模型、技术方案、工程实现到在轨升级的全流程技术链，解决无地标控制点情况下星载遥感仪器无法在35786公里的超远距离下直接精确指向观测目标的难题。做到了图像定位“精”，能实时获取准确定位的静止轨道对地遥感数据，卫星图像导航配准精度达到“1像元”，即在35786公里高空对地拍照误差控制在1公里之内。

正是基于以上三项最核心技术的自主突破，使我国完全掌握并实现了三轴稳定静止轨道高精度定量遥感卫星总体技术方案，引领全球静止轨道气象卫星从多光谱二维成像跨入高光谱三维探测时代。

目前，与我国风云四号气象卫星同期发射的美国GOES-R系列没有发展高光谱三维探测能力，而采用两颗星来分别实现多光谱二维成像和高光谱三维探测的欧洲MTG系列仍处于研制过程中。

风云升级——气象卫星数据服务国际领先

风云四号气象卫星是我国风云气象卫星大家族的新兵。

这是一个在世界上位居前列的气象卫星家族。前不久，由世界气象组织主导的一项针对二区协（亚洲）和五区协（西南太平洋）卫星用户的数据服务调研报告称，我国风云气象卫星数据服务国际领先。

“应该说，世界气象组织的调研结果比较真实地反映了目前我国气象事业的发展情况，同时也是对风云气象卫星的充分肯定。”陈晓杰说，世界气象组织秘书长彼得里?塔拉斯2019年也曾公开表示，风云气象卫星已达世界领先水平。这是对风云气象卫星研制团队的巨大鼓舞，背后也蕴涵着几代人的独立自主、自力更生的奋斗历程。

1969年1月，周恩来总理代表党中央明确指示，要改变落后面貌，搞我们自己的气象卫星。

风云气象卫星大家族全部由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制。50年间，几代航天人始终坚持自力更生的精神、自主创新的理念、自强不息的作风，经过坚持不懈的努力、持续不断的攻关，完成了两代四型高低轨两个系列共17颗风云气象卫星的研制和发射任务。

风云气象卫星家族的两大系列中，风云一号气象卫星和风云三号气象卫星属于太阳同步轨道卫星，绕两极运动，可以获取全球观测数据，是实施全球监测的“巡逻兵”；风云二号气象卫星和风云四号气象卫星属于地球同步轨道气象卫星，相对地球静止不动，可以获取我国所在半球连续动态观测数据，是坚守岗位不动的“哨兵”。

与前辈风云二号气象卫星相比，风云四号气象卫星有什么特点？

“它在运行体制、观测体制和观测能力上全面升级换代，最大的特点就是在国际上首次实现了‘多光谱二维成像+高光谱三维探测+超窄带闪电成像’的对地综合观测能力。”江世臣向记者介绍，在传统的多光谱二维成像能力方面，它的产品数据量为风云二号气象卫星的160倍、观测效率为20倍、空间分辨率为5倍、时间分辨率为2倍、数据精度为2倍、工作寿命为2倍，并且具备“随时对关注区域进行亚分钟级高频次不间断监测”的灵活性。在新的观测体制方面，它实现了在静止轨道上对地球大气实施高频次三维遥感，为现代数值天气预报提供精细、精准的大气探测参数，这也被视为世界气象卫星发展史的重要里程碑。

目前，我国的气象卫星技术已达到国际先进、局部领先水平，实现了全球、全天候、全天时、全谱段、三维、定量观测能力，风云系列气象卫星已成为世界气象组织全球卫星观测网的重要成员，成为我国气象强国和航天强国的重要标志。

精密监测——解决灾害性天气预警难题

自2016年12月发射以来，风云四号气象卫星已在轨稳定运行三年半。它昼夜不停，凭借优越的性能明察秋毫，快速获取本国及周边任一热点区域的气象资料，极大增强了我国对中小尺度和灾害性天气系统的监测能力，是现代天气和灾害预报最重要的数据源，已逐渐成为我国静止气象观测的主力。

目前，风云四号气象卫星的资料已广泛应用于气象、水利农业、林业、环境、能源、航空和海洋领域，有力支撑了经济社会发展、国防建设、生态文明建设、“一带一路”倡议等一系列重大战略任务。在国家重大活动期间，它启动加密观测模式，获得了高频次、精细的气象资料，有力保障了国家各项大型活动顺利开展。

以台风观测为例，风云四号气象卫星自投入运行以来，共监测台风84个，其中登陆我国的台风23个。

“我国台风路径预报的水平已达到国际领先水平，这很大程度上得益于气象卫星观测资料的准确性和及时性。”陈晓杰说，研究表明，风云四号气象卫星全球首次获取的高频次大气三维高光谱资料用于我国的数值天气预报模式中，对台风路径预报精度提升有明显改善作用。

陈晓杰说，相对于欧洲预报结果和国内常规预报结果，我国采用风云四号气象卫星的探测数据后，对超强台风提前36小时的路径预报精度大幅提高，预报登陆点和事后观测的登陆点非常接近，极大减少了国家经济损失，保障了人民生命安全。

闪电活动与强对流天气密切相关，是强对流天气的重要指示因子。在强对流天气监测方面，风云四号气象卫星同样有杰出表现。其装载的国内首台闪电成像仪，可提供2ms高频次闪电事件探测结果，可以为局地强对流的实时监测、预警预报提供观测信息，改善了区域性强降水的预警难题，可降低雷暴、强对流天气对我国航空、航天、航海、农业、建筑、电力、通信等方面的危害。

在火情监测以及森林、草原防火工作中，风云四号气象卫星也发挥着非常重要的作用。由于具有高时间分辨率和持续监测优势，它堪称监测火灾的“千里眼”，可获得我国及周边国家火点区域分钟级图像数据，同时进行24小时持续不间断火情监测，为发现火情、火情监测和制订扑火方案提供大量准确、可靠的信息，事后还能进行火情受灾面积评估。

风云气象卫星家族在防灾减灾等方面做出了卓越贡献。据世界气象组织专家组联合中国气象局计算，风云气象卫星的投入产出比高达1:40。

风云气象卫星还是人类命运共同体的实践者。风云二号H星于2018年发射后定点于79°E，覆盖“一带一路”中西部区域，被定义为“一带一路”专用星。我国制定了《风云气象卫星服务“一带一路”行动计划（2019-2023）》，建立风云卫星国际用户防灾减灾应急保障机制，截至2019年底已有27个国家在该机制下获得了定制服务。

2019年3月，台风“伊代”对非洲南部的莫桑比克等国家造成持续影响，强降水引发严重洪涝灾害，风云气象卫星对台风及洪涝灾害进行了监测，并将产品及时提供给莫桑比克。2019年4月24日，莫桑比克总统纽西访华期间感谢中方及时对该国应对热带气旋灾害施予援手。后来，莫桑比克申请加入了风云卫星国际用户防灾减灾应急保障机制。

目前，风云四号气象卫星已被世界气象组织纳入全球对地观测气象卫星序列，也服务于“一带一路”倡议，其数据已对世界气象组织所有成员免费开放、实时共享，注册用户超过8万，108个国家、近100个行业、3000家用户终端接受卫星数据。

江世臣说：“风云四号气象卫星将提供更加丰富准确的观测资料，在重大天气事件监测分析、数值天气预报、大气环境监测、地表环境监测等方面发挥重要作用，为全国及全球用户服务，为实现气象‘全球监测、全球预报、全球服务’持续贡献力量。”

（原题为《风云四号：气象防灾减灾前哨》）