中国这神器厉害了,1秒拍照500张让天气预报更准!

出品| 网易新闻学院

作者| 杭添仁

前段时间，相信不少人都被一张卫星图片刷了屏，从9月25日17时到28日17时，当你登录微信时，画面会由美国阿波罗17号飞船拍摄的人类文明起源地非洲大陆逐渐变化为国产摄影师——风云四号拍摄的华夏文明起源地中国。这次“变脸”虽然只持续了三天时间，但在社会上却产生了巨大影响，为风云四号A星正式投入使用增添了许多光彩。

（微信启动页原图与风云四号拍摄图）

那么，如何才能拍出微信“变脸”图片中这么超高清又色彩分明的地球皂片？我们从“摄影师”风云四号的家世背景开始说起。

（一）风云四号只是编号，包含不止一颗卫星

拍出微信“换脸”图片的风云四号，其实是一颗气象卫星。

众所周知，气象卫星由于能够居高临下，所以在问世后大大提高了天气预报的准确率。气象卫星的最大特点是具有很短的覆盖周期，自从有了它，人类就没漏过一次台风预报。

气象卫星分两种，一种是极轨气象卫星（轨道与太阳同步），另一种是静止气象卫星（轨道与地球同步），这2种卫星互相补充，基本可以做到对全球的连续监测。

其中，极轨气象卫星可实现全球覆盖，每天能绕地球运行14圈，对同一地区观测2次，并且分辨率较高，适于全球长期天气预报。静止气象卫星可对卫星下方40%的地球进行连续观测，能持续不断地对同一地区观测，特别适合监测生命期较短而危害又大的强对流灾害性天气，开展地区性短期天气预报业务。风云四号卫星就属于静止气象卫星。

（风云四号拍摄的地球24小时风云）

说到风云四号，那么自然就有风云一、二、三号。别看它们都属于风云系列，但分工却是不一样的。风云一号、三号分别为第一代、第二代极轨气象卫星；风云二号、四号分别为第一代、第二代静止气象卫星。另外，千万不要以为它们仅仅只是4颗卫星，中国到目前为止已经成功发射了4颗风云一号、 7颗风云二号、3颗风云三号以及1颗风云四号。

经过近40多年发展，中国是世界上第三个同时拥有极轨气象卫星和静止气象卫星的国家，目前在轨工作的气象卫星有第二代极轨气象卫星风云三号3颗、第一代静止气象卫星风云二号4颗和半个月前刚刚交付使用的第二代静止气象卫星风云四号1颗。

（二）最牛“地球摄影师”风云四号究竟牛在哪儿？

（风云四号卫星在轨飞行示意图）

风云四号A卫星是2016年12月11日升空的，定点于东经105°地球静止轨道，设计寿命7年，发射质量5.4吨，是风云家族里十足十的胖子。它具备高时间分辨率、高空间分辨率、高定位精度、高辐射精度、高光谱精度，可实时补偿姿态、轨道、热变形误差，实时对星上数据进行处理。

要做到上述这“五高”可不容易，既要有个“好身体”—— SAST5000平台，还要本领强——搭载多种高大上装备。

1、“量身定制”三轴稳定平台，24小时不间断对地球“凝视”

其卫星平台采用六面柱体构型、贮箱平铺的大型三轴稳定姿态控制平台（SAST-5000），具有对地面积大、质心低等优点，与采用自旋稳定的第一代地球静止气象卫星风云二号相比，采用三轴稳定的风云四号的观测时间分辨率提高了1倍，空间分辨率提高了6倍，能保证载荷对安装面积更大的要求，同时降低发射过程中载荷的振动响应；它装有单个太阳电池翼方案，预留完整的对应一侧用作载荷辐射制冷器的散热面，保证高精度定标需求。

2、搭载装备一流，可在36000公里高空用14种颜色看地球

它搭载了多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间天气监测仪这4台先进气象遥感仪器。

多通道扫描成像辐射计可提供可见光、近红外、水汽及红外波段等14通道的高时空分辨率图像，全圆盘图像观测时间为15分钟，空间分辨率最高可达500米，获取的云图层次丰富，海岸线等地标图像清晰，总体性能达到欧美第三代静止气象卫星水平，在红外大气探测方面处于世界领先地位。

干涉式大气垂直探测仪是国际上第一台装载在静止轨道气象卫星上使用的同类仪器，有912个光谱探测通道，可获取大气温湿度三维结构，在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测，这对实现大气高精度定量观测具有重大意义，这是欧美第三代静止气象卫星不具备的。

（风云四号干涉式大气垂直探测仪）

星载闪电成像仪是中国首次研制、全球同步研制的三台地球静止轨道闪电成像仪之一，也是首台对外公布观测数据的探测仪。它全身都是“黑科技”，充满了“抓闪电”超能力。这个“闪电侠”每秒可探测500张闪电图，能实现中国及周边区域24小时不间断的闪电实时探测，率先对亚洲、大洋洲区域大气中发生的闪电进行连续监测，进而实现对强对流天气的监测和跟踪，提供闪电灾害预警。

（风云四号星载闪电成像仪）

空间环境监测仪器中包含有高能粒子探测器、磁强计和空间天气效应探测器，它是风云四号上唯一一个背对地球、朝着深邃的太空的装备，主要用于监测空间天气，为太空飞行器保驾护航。

该卫星填补了3项国际空白，实现了全球首次静止轨道干涉式高光谱大气探测；全球首次辐射计、探测仪、闪电仪共平台装载，全天时工作；全球首次静止轨道微波探测技术验证，首次425GHz频段探测。它还取得了国内首次星上实时补偿导航配准、首次高灵敏仪器多重微振动抑制和测量、首次高精度光谱定标与全谱段在轨辐射定标等7项第一。

可以说，相比欧洲同类卫星，风云四号相当于一颗卫星干了两颗卫星的活儿，而且在36000公里的高空对地球拍照误差只有1公里，其连续性、稳定性大幅度提高了中国静止气象卫星探测水平。

（三）风云四号的工作，可不只是对着地球不停按快门

（风云四号A星第一套图像，为14通道图像）

虽然风云四号的首发星风云四号A为科研试验卫星，但它担负了许多重任，例如：实现闪电成像观测，获取观测覆盖区范围内的闪电分布图；实现大气三维结构探测，获得垂直分辨率和精度更高的温度和湿度参数；获取地球表面和云的多光谱、高精度定量观测数据和图像，特别是高频次的区域图像，全面提高对地球表面和大气物理参数的多光谱、高频次、定量探测能力。另外，还要利用数据收集系统自动收集多种地球环境参数资料；利用星载转发器进行卫星图像和产品的广播分发和自然灾害警报信息发布；监测太阳活动和空间环境，为空间天气预报业务和研究提供观测数据。

（风云四号A拍摄的南极地区涡旋监测图）

在轨测试期间，风云四号A卫星对台风、沙尘、暴雨强对流等灾害天气和蓝藻水华、霾等环境生态问题进行了实时有针对性的应用监测。例如，为今年5月份北方地区严重沙尘、6月份的华北特大暴雨、6月底至7月初南方持续降水以及“苗柏”“南玛都”台风等的预警提供了有力支撑。此外，风云四号卫星还在今年的多项重大活动气象保障服务中发挥了重要作用，显著提升遥感应用服务效果。

应用结果显示：风云四号卫星多通道扫描成像辐射计能够更加清晰地识别沙尘细节纹理和台风内部中小尺度云系结构，解析暴雨天气不同层次水汽输送;闪电成像仪对强对流天气的监测应用有很好的指示作用。

（风云四号A拍摄的孟加拉湾北部灰霾监测图）

结语

风云四号卫星将大幅度提高中国天气预报、气象防灾减灾、应对气候变化、生态环境监测和空间天气监测预警能力，并广泛应用于气象、水利、农业、林业、环境、能源、航空和海洋等领域，特别是在服务中国军民融合战略实施、“一带一路”建设等方面发挥重要作用。目前，风云四号卫星已被世界气象组织纳入全球对地观测气象卫星序列，有望在2017年底具备试运行和服务能力，将为中国及亚太地区防灾减灾和经济社会发展提供支撑保障。

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　　编辑| 史文慧