風云四號首批氣象衛星云圖公布 達國際先進水平

　　“風云四號”兩大主載荷達國際先進水平

　　上海技物所全力打造“中華牌”超級慧眼

　　2月27日，國防科工局聯合氣象局在京召開新聞發布會，公布了新一代靜止軌道氣象衛星“風云四號”的首批衛星云圖。自2016年12月11日成功發射至今，中國科學院上海技術物理研究所(下文簡稱“上海技物所”)研制的星上兩大光學載荷——多通道掃描成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀先后順利開機工作并進入在軌測試，成功傳回大量氣象探測數據，圖像細節清晰、波段光譜特征明晰。其中部分數據是國際氣象界迫切期望使用的，除了中國的“風云四號”氣象衛星，目前沒有任何一顆在軌衛星能夠提供。

　　20年磨一劍，趕超歐美步伐

　　“風云四號”氣象衛星是我國第二代地球靜止軌道氣象衛星，這一類高軌氣象衛星歷來是國際競爭的制高點。美國國家航空航天局(NASA)2016年11月19日發射的新一代靜止氣象衛星GOES-R，以及日本同年11月9日發射的“向日葵9號”靜止軌道氣象衛星均未搭載干涉式大氣垂直探測儀。歐洲氣象衛星開發組織的第三代氣象衛星MTG-I和MTG-S將分別搭載成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀，前者首顆衛星將于2022年發射。與歐美國家的靜止軌道氣象衛星相比，一星同時搭載先進的成像輻射計和新型的高光譜探測儀的“風云四號”01星在綜合實力上已在國際上遙遙領先。

　　從1995年10月召開的“風云四號”氣象衛星專家研討會，到國防科工局2002年布局衛星和有效載荷預先研究，2010年國家正式立項進行工程型號研制，直至2016年12月11日零時11分衛星發射升空，前后歷時整整21年。上海技物所研發團隊先后破解了亞秒級指向精度的碳化硅雙掃描鏡二維掃描機構研制技術、高靈敏度面陣探測器技術、甚長波紅外探測技術等技術難題，填補了多項國內空白，實現了所有核心技術自主研發，完成了從基礎機理到核心元部件再到系統集成全創新鏈的自主可控研制，確保“風云四號”的兩只超級慧眼——多通道掃描成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀為純正的“中華牌”。

　　這兩大紅外光學載荷充分利用衛星姿態的三軸穩定方式，成功搶占了地球靜止軌道氣象衛星在國際上競爭的制高點：高頻次觀測和高分辨率區域機動探測能力。其中，多通道掃描成像輻射計大幅提升了儀器性能，可加強中小尺度天氣系統的監測能力;干涉式大氣垂直探測儀更是填補了人類的高軌三維精細遙感知識的空白。兩臺主載荷同時裝載在高軌氣象衛星上，在國際上率先實現高時效對地三維探測，對提高我國氣象衛星全球觀測能力具有劃時代的重要意義。這在國際氣象組織中將更強地彰顯“中國元素”，可切實提升我國空間天氣監測預警能力。

　　國際上對風云四號衛星的發射給予高度重視和評價。美、俄、拉美國家的媒體第一時間進行報道和關注，認為“風云四號”氣象衛星將提高中國氣象局的定量觀測和應用能力。歐洲氣象衛星開發組織原主席、德國氣象局原局長、世界氣象組織空間計劃衛星事務資深咨詢專家蒂爾曼?莫爾表示：“國際氣象界都在迫切盼望使用這種新型數據……如果最終這類探測數據的價值得到確認，干涉式大氣垂直探測儀將成為氣象衛星的重大突破，而中國氣象部門將在這一領域走在前列。”

　　干涉式大氣垂直探測儀團隊代表

　　每15分鐘給地球拍張高精度照片

　　多通道掃描成像輻射計是瞄準國際先進水平實現氣象業務應用的成像儀器，承擔獲取地球表面和大氣的多種光譜輻射信息，為天氣預報、氣候觀測提供觀測數據的重任。與第一代靜止軌道氣象衛星“風云二號”配置的掃描輻射計相比，它成功實現了技術的代際跨越：探測波段數大幅增加、空間分辨率和時間分辨率成倍提高、溫度分辨率明顯提高、光譜分辨率顯著提高、輻射定標精度有進一步提升，載荷具有靈活的區域成像功能，可獲取地球表面和云的多光譜、高精度定量觀測數據和圖像，包括晝夜的地球全圓盤圖像、高頻次的區域圖像，將全面提高對地球表面和大氣物理參數的多光譜、高頻次、定量探測能力。具體而言，輻射計探測覆蓋了可見光至波長達13.8微米的甚長波紅外波段，光譜通道增加到14個;可見光通道最高空間分辨率由1.25公里提高到500米;每15分鐘即可對地球圓盤掃描成像一次，還新增了高速區域掃描功能，可以最快30秒獲取一張圖的速度，對一百萬平方公里(1000km×1000km)范圍進行的多光譜密集觀測。能做到這點，是因為衛星采用了新的三軸穩定架構模式、儀器采用了焦平面探測機制。歐洲空間局就因為該設計難度太大而未敢在業務氣象衛星上嘗試。

　　風云四號兩大光學載荷

　　掃描輻射計研制團隊代表

　　給大氣做立體“超強CT”

　　干涉式大氣垂直探測儀是“風云四號”的關鍵有效載荷之一，最受同行關注和矚目。早在1997年“風云二號”衛星剛上天，下一代高軌氣象衛星開始規劃之際，中科院院士匡定波便提出，我國應該發展干涉式大氣垂直探測技術。這種利用傅立葉變換原理的探測儀來實現對大氣的垂直探測是遙感領域紅外光譜技術的一場革命，將引領人類對地遙感探測步入三維立體階段，為氣象觀測提供一種新的更可靠的手段。美國、歐洲、日本都在朝這個方向努力。但由于技術難度過大、所需經費太多，美國放棄了，歐洲也延遲了計劃。

　　作為國際首臺靜止軌道的干涉式大氣垂直探測儀，其在長波紅外和中波紅外波段可實現1500個以上細分光譜的探測，光譜分辨率達0.625波數，紅外波段空間分辨率達16公里。相當于給大氣做超過1500層的精細“立體CT”切片式探測。它為人類深入研究大氣對流，更精細預測災害性天氣提供了新的可能。

　　探測儀實現了成像原理與傅里葉光譜儀原理相結合，是紅外遙感探測領域幾十年來科學家追逐的理想境界。上海技物所成功地將實驗室的高精度分析儀器放到了36000km以外的軌道上，并以光線干涉方式對地面目標實施大氣垂直分布剖面的長期連續探測，充分體現了中國科學院“率先實現科學技術跨越發展”的創新實力。

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