风三E星为全球数值天气预报观测加开“早班车”

2021-07-06

◎谷宇本报记者付丽丽付毅飞

7月5日7时28分，风云三号E星在酒泉卫星发射中心成功发射。作为我国第二代极轨气象卫星的E星，是全球首颗民用晨昏轨道气象卫星，填补了国际晨昏轨道气象卫星技术空白。至此，我国成为世界上唯一同时拥有上午、下午、晨昏轨道三轨道组网气象卫星的国家。

“风云三号E星将填补全球数值天气预报6小时同化窗内卫星观测资料的空白，通过上午星、下午星、黎明星三星组网，我国将实现全球观测资料的100%覆盖。”风云三号E星总指挥李海生说。

新轨道填补卫星观测空白区

极轨气象卫星沿太阳同步轨道运行，在800千米左右的高度围绕地球两极运行。一般来说，它的首要任务是为数值天气预报提供满足时间和空间要求的全球观测资料，提高预报时效和精度。

目前，欧美业务极轨气象卫星由欧洲Metop上午轨道卫星和美国S-NPP、JPSS下午轨道卫星组成，采用双边全球资料业务交换和共享的协作组网观测模式。而我国的风云三号A星、C星卫星轨道接近欧洲的Metop卫星，风云三号B星、D星卫星轨道接近美国的S-NPP、JPSS卫星。与美欧相同，现有的卫星观测时间均集中在上午10时、下午2时左右，每6小时观测同化时间窗内全球总有2—3条轨道的卫星观测空白区，无法提供全球覆盖的数值预报初始场观测。

为满足数值天气预报观测需求，世界气象组织在《2025年全球观测系统展望》报告中提出了建立上午、下午、晨昏轨道三颗卫星组网观测的概念。

“这就像以前只有上午、下午的班车，而没有早班车，通俗地说，这颗星就是早班车。其发射成功后，在仅使用国产卫星的情况下，预计可延长预报时效约12小时。”中国气象局风云气象卫星工程总设计师杨军说。

杨军介绍，晨昏轨道卫星的加入，将填补上述空白缺憾——它沿观测地方的晨昏线运行，观测地方时间总在凌晨和傍晚。分析认为，单星6小时可以观测全球将近45%的区域，双星6小时可观测全球85%左右的区域，三星6小时可以观测全球的全部区域，将对南北半球预报和洲际尺度的区域预报产生巨大贡献，南北半球预报精度可提高2%—3%，洲际尺度的区域预报精度可提高2%—10%。

一颗“黎明星” 提高预报精度、时效

在业内，这颗星被誉为开启新征程的“黎明星”，代表着中国气象卫星科技攀升到了一个新高度。

同上午卫星和下午卫星相比，晨昏轨道卫星观测时太阳高度角低，地形和云顶高度的几何特征更为明显，利用这种优势，风云三号E星可以在晨雾、台风、强对流的监测和分析中开展独特的应用。

风云三号E星总设计师王金华告诉记者，此次风云三号E星装载的中分辨率光谱成像仪新增宽幅、高灵敏微光成像通道，动态范围达到7个数量级，是我国最先进的定量化全球微光成像仪器，在轨应用后可实现大气、陆地、海洋参量的高精度微光定量反演，大幅提高弱光照射条件的监测精度。

杨军介绍，与D星相比，E星探测性能大幅提升。有数字为证，国内首次实现双频双极化海面风场精确探测，测风精度达到2米/秒；中分辨率光谱成像仪微光通道动态范围达到7个数量级，在1/4月光辐亮度下信噪比大于11，是我国最先进的定量化微光探测仪器；红外高光谱大气探测仪观测覆盖能力提升80%，灵敏度达到国际先进水平，辐射探测精度和光谱精度为我国目前星载最高水平。

凭借新轨道，风云三号E星可使全球多个国家和地区的天气预报机构会商人员每天早间拿到时次最接近、资料最新的卫星图像和产品，为天气预报提供最具时效性的信息。

同时，由于黎明星观测时段地表温度和大气边界层温度差异最大、云量较少、绝对湿度较低，有助于风云三号E星利用红外发射原理开展大气气体的遥感观测和空气质量监测工作。

监测要素更全可更好应对气候变化

“风云三号E星装载了11台（套）先进的遥感仪器，在观测通道、探测精度、光谱覆盖连续性等三方面核心能力都有所突破，实现了风云系列卫星首次主动微波遥感探测，可丰富常规气象观测匮乏的海洋观测资料，提高台风等海上气象灾害的预报能力。”国家卫星气象中心副主任、风云三号地面应用系统总指挥张鹏说。

不仅如此，这个在黎明和夜间的“值班星”还能更加精准地判识晨雾、夜间火灾等特殊时段的自然灾害；探测全球夜间城市灯光分布，进而间接反应城市经济状况、夜间污染排放等信息；遥感监测大气中一氧化碳、臭氧等痕量气体。

此外，张鹏表示，其还大大提升了全要素的观测能力，可以观测到大气圈、岩石圈、生物圈的各种要素，而大气圈的温度、湿度，陆表植被变化，海面风速，岩石圈的积雪、两极极冰变化，都是体现气候变化的要素。

“海洋、大气、太阳都是气候敏感的变化参量，也都可以通过风云三号E星来获得，这些丰富的观测资料将为中国应对气候变化提供科学依据。”杨军强调。

科技的最大价值终将体现在惠民。作为国际上第一颗晨昏轨道民用气象卫星，风云三号E星的观测数据可用于支撑和改进全球数值天气预报、全球气候变化的监测预测、空间天气监测预警业务。未来，风云三号气象卫星03批还有三颗星将陆续发射，包括一颗首发的降水星，全球百姓都将是受益者。