在轨数量最多、种类最全！我国风云气象卫星整体实力跻身国际先进行列
9月2日，风云三号E星拍摄的太阳高清照片正式公开，这也是此卫星首批高精度、多波段的图像，展现了太阳大气不同层次、不同位置的物理状态，人们可以据此更好地监测和预报太阳的活动水平。
来源：国家卫星气象中心
风云气象卫星是我国现代化气象业务系统中重要的组成部分。我国已成功发射了两代四型19颗风云系列气象卫星，目前8颗卫星在轨业务运行，已形成极轨和静止2个系列气象卫星的组网观测体系，实现了气象卫星系列化、业务化自主发展。
本文介绍了我国风云气象卫星的发展历程，综述了卫星数据在数值天气预报、天气监测、气候和气候变化、生态环境灾害监测、农业遥感监测和“一带一路”服务等方面的研究和应用进展，展望了风云气象卫星的未来发展。
气象卫星作为自然灾害监测的主要手段之一，能对气象灾害进行有效监测，并为灾害监测和评估提供高精度和定量的探测资料，在防灾减灾和科学研究中作用显著。
风云卫星是目前世界上在轨数量最多、种类最全的气象卫星星座，我国与美国、欧盟是目前世界上少数几个同时具有极轨和静止两个系列气象业务卫星的国家和地区。
风云气象卫星发展历程
风云极轨气象卫星
1988年，我国自行研制的第一颗极轨气象卫星风云一号A星（FY-1A）搭乘“长征四号”运载火箭发射成功，标志我国正式成为拥有气象卫星的国家。
而第一代极轨业务气象卫星风云一号C星（FY-1C）和D星（FY-1D）发射成功，使得我国成为世界上第2个具有全球观测能力的国家。FY-1C和FY-1D星突破了长寿命稳定运行的技术瓶颈，具备了长期连续业务观测的能力。
第二代极轨试验气象卫星风云三号A星（FY-3A）和B星（FY-3B）成功发射，实现了我国极轨气象卫星升级换代，全球资料观测时效从12 h提高到4.5 h。
随着第二代极轨业务气象卫星风云三号C星（FY-3C）、D星（FY-3D）和E星（FY-3E）成功发射，我国成为世界上首个拥有黎明、上午、下午三星组网能力的国家。
FY-3C、FY-3D和FY-3E是目前国内光谱测量通道最多、功能最全、性能最先进、精度最高的极轨遥感卫星，实现了高时效全球、全天候、全谱段观测和高精度大气垂直观测，极大提升了我国生态环境监测服务能力、中长期数值天气预报支撑能力，增强了我国对空间天气的监测和预警能力。
风云静止气象卫星
1997年，我国第一颗静止气象卫星风云二号A星（FY-2A）成功发射，填补了静止轨道气象卫星空白，使我国成为第3个同时拥有静止、极轨气象卫星的国家（地区）。
随后的FY-2A和FY-2B星虽然没有达到设计寿命，但有限运行时间的观测数据仍然在监测台风和海洋天气、暴雨预报、防汛服务、航空气象保障等方面发挥重要作用。
我国第一代静止气象业务卫星风云二号C星（FY-2C）和D星（FY-2D）成功发射，实现了我国静止气象卫星从试验应用型到业务服务型的转变。随着风云二号E星（FY-2E）、F星（FY-2F）和G星（FY-2G）的发射，我国实现了“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的业务格局。
而后的风云二号H星（FY-2H）成功发射，西移至印度洋上空，定位于79°E，成为肩负服务国际社会使命的“一带一路”星，为“一带一路”沿线国家和地区提供精细化的服务。
2016年，第二代静止气象卫星试验卫星风云四号A星（FY-4A）成功发射，实现了我国静止气象卫星更新换代，是当前世界上唯一能够实现三维大气动态监测的卫星，综合探测水平国际领先。
风云四号B星（FY-4B）发射后，同FY-4A星组网，形成了“双星运行、在轨备份”的业务格局。
风云气象卫星遥感应用
基于风云气象卫星，已生产大气、地表环境监测和空间天气探测等数百种气象卫星图像产品、定量产品和分析产品，产品种类丰富，产品精度达到业务应用要求，部分达到或优于国际先进水平。
数值天气预报领域应用
随着卫星资料同化方法的不断发展，以及新型风云气象卫星观测资料在数值天气预报中的应用，显著提高了数值天气预报的精度和时效。
国际上，FY-3D和FY-4A数据在国际主流数值预报模式中实现业务同化应用，如欧洲中期天气预报中心（ECMWF）模式等。
在国内，目前风云极轨气象卫星包括FY-3B、FY-3C和FY-3D，以及风云静止气象卫星包括FY-2F、FY-2G、FY-2H和FY-4A等风云卫星资料已在数值预报系统中得到应用，其中适宜数值天气预报模式同化的HIRAS、MWTS、MWHS、MWRI、GNOS、GIIS、AGRI、LMI和S-VISSR等仪器的数据资料已全部在全球和区域同化和预报系统（GRAPES）中实现业务同化应用，风云系列卫星在数值天气预报中业务同化的比例逐步提升。
风云三号卫星数据的同化应用表明，仪器与国际同类仪器相当，数据质量达到了数值天气预报同化应用的要求。风云二号卫星的数据经过同化试验表明有显著的应用潜力。风云四号卫星的高时间、高空间和高光谱分辨率的大气温湿资料在GRAPES的实时业务同化应用，极大改进了数值预报初始场，提高数值天气预报的精度。
针对今年最新发射的FY-3E的HIRAS、MWTS、MWHS、GNOS、掩星测风和洋面散射计仪器和FY-4B的GIIS和AGRI仪器的卫星资料同化应用技术正在同步研发，条件成熟时将进行业务同化应用。
世界首个晨昏轨道卫星FY-3E卫星资料的同化应用预计会将GRAPES中同化国产卫星仪器数量将由11个增加到18个，同化数据量增加50%，在仅使用国产卫星情况下，FY-3E卫星资料的使用可以将预报精度提高约4%，预报时效延长约12 h。
在数值天气预报应用中，未来将进一步开展风云系列卫星的先进同化应用技术研发，到2025年实现全天气候卫星资料同化技术、臭氧与大气成分资料同化，发展卫星资料在海洋、陆面和海冰资料的同化能力。
天气监测领域应用
风云气象卫星探测资料填补了海洋和青藏高原等区域气象观测资料的空白，为灾害性天气的监测提供了有力的支撑，使天气监测和预报更加准确及时。
在台风监测中，风云气象卫星已成为最主要的观测手段。基于风云静止气象卫星，实现了台风初生和中心位置的监测，包括对其强度、移动路径的估算，以及对登陆时间、地点和暴雨范围的判断等。
中央气象台先后建立了台风强度客观估计系统和台风客观定位系统，极大提高了我国台风业务定位定强和台风大风分布业务分析的客观定量水平，大大缩小了与世界先进业务中心的差距。
在暴雨、沙尘、大雾、冰雹等中小尺度天气系统监测和预报中，风云静止卫星发挥着十分重要的作用。静止卫星高频次、高分辨率的观测云图动画可以监测到中小尺度天气的起源、运动和发展过程，为中小尺度天气系统提供即时监测预报。
气候和气候变化领域应用
风云气象卫星资料提供了大范围海洋、陆表和大气的状态异常的信息，为气候预测提供了依据，在气候分析和预测中发挥了重要的作用。
目前，已形成了风云气象卫星和国外卫星构成的超过20年的长时间序列卫星资料与产品气候数据集，为气候和气候变化研究提供数据支撑。
此外，基于风云卫星全球观测，生产了不同类型的长时间序列卫星产品，为分析冰雪变化对全球变暖、季风活动变化和降水变化等提供数据支撑。
静止气象卫星产品具有空间分辨率精细和时间观测频率密集的特点，也在气候和气候变化应用中发挥了重要支撑作用，如建立了关键气候要素的监测业务产品、建立了净入射短波辐射产品、实现了卫星产品在气候模式中的定量应用、开展了针对重大气候灾害的持续监测和评估。
生态环境灾害监测应用
风云气象卫星数据可以区分地面的水体和陆地，已用于开展主要江河湖泊的水体监测，在洪涝灾害发生期间，实现了洪涝水体变化动态监测和灾害评估。同时，通过采用多时相合成法，实现了静止气象卫星快速、准确的洪涝变化监测。
在森林草原火情监测中，发挥极轨气象卫星空间分辨率高和静止卫星时间分辨率高的优势，开展了全国近实时的火情监测。
当前基于风云气象卫星已实现对全国重点湖泊的蓝藻水华的业务监测，同时开展了近海大面积浒苔、赤潮的监测，为湖泊水体和海洋生态环境治理提供决策支撑。
在雪灾监测方面，利用风云卫星可见光、红外遥感数据对积雪覆盖进行监测，利用微波遥感数据实现对积雪深度、雪水当量进行监测。
此外，风云气象卫星在首次实现了对我国和全球气溶胶污染、霾、沙尘、火山灰和秸秆焚烧烟霾的强度和分布的实时监测，在大气污染防治决策服务中发挥了重要作用。
近年来，随着我国生态文明建设的深入推进，风云气象卫星在生态环境监测评估中发挥了重要的作用。
在生态数据集方面，建立了卫星遥感生态基础参数长时间序列数据集及植被健康指数数据集和生态环境状况遥感评价指数数据集。
在生态气象保障服务方面，开展了生态红线管控和“中国天然氧吧”创建等评估服务工作，形成了生态环境状况评价模型，实现对生态红线生态环境的定量评价。
在生态环境预测方面，利用静止气象卫星具有的高时空分辨率的优势特点，实现了对海洋藻类、大气环境等突发性、变化较快等生态环境事件的监测评估。
并且开展了更高时间频率和更精细化的生态环境发展趋势预测方面的工作尝试。
农业遥感监测应用
在农作物长势监测中，基于风云卫星已实现了我国冬小麦、水稻、玉米、棉花等主要农作物的提取分类、种植面积监测，显示大宗农作物的总体分类精度在84%以上，满足了农业遥感监测的业务需要。
通过风云气象卫星遥感对大宗作物空间分布和长势的监测、结合农业气象观测，已实现了国内以及全球主要产粮国大宗作物的长势监测和产量估算，国内粮食总产量估算准确率达到99%以上。
在农业气象灾害监测方面，利用FY-3卫星数据获得的温度植被干旱指数、垂直干旱指数和蒸散干旱指数等干旱指数已经实现对我国及全球大面积农业干旱的动态连续监测，为农业生产提供及时、准确的监测信息。
自2010年，气象部门对不同卫星遥感的干旱监测模型进行了优化，建立了农业干旱监测业务方法，形成了农业干旱的卫星遥感监测业务系统。
此外，风云卫星在农作物霜冻灾害监测方面也发挥了重要的作用。
“一带一路”服务应用
近年来，风云气象卫星在增强“一带一路”地区服务方面，建设了天地一体化的风云卫星数据共享服务系统，发布卫星数据定制下载客户端软件，通过气象卫星直收站、中国气象局数据广播系统、公有云客户端、绿色通道、网站等途径为用户提供快速的共享服务。
建设完成了英语、俄语和阿拉伯语版的卫星天气应用平台（SWAP）和卫星遥感应用工具包软件（SMART），面向国际用户推广应用。
探索建立省级“一带一路”服务分中心，与相关的国家合作研发面向“一带一路”国家的定量化气象卫星定制产品，开展适合各个国家的遥感应用服务，已形成了风云气象卫星全球监测和服务产品体系。
此外，组织风云气象卫星应用培训、首届风云卫星国际用户大会以及国际遥感应用会商，帮助相关国家技术人员掌握风云气象卫星遥感应用技术，提升了风云气象卫星的应用能力。
为相关国家防灾减灾提供决策服务支撑，在减少台风、洪涝等自然灾害对受灾国家造成的社会经济损失和人员伤亡方面发挥了重要的作用。
结论
经过50年的发展，我国成功发射了19颗风云气象卫星，实现了从无到有、从跟跑到部分领先的跨越式发展，风云气象卫星整体实力跻身国际先进行列，实现了世界气象卫星领域“中、美、欧”三强鼎力的国际格局。
风云气象卫星已被世界气象组织纳入全球业务应用气象卫星序列，作为全球综合观测系统的重要成员、空间和重大灾害国际宪章的值班卫星，其开放共享的数据政策使世界各地的用户广泛受益，在国际气象防灾减灾和服务“一带一路”建设中发挥着重要的作用，成为中国外交部署的闪亮名片。
面对气象事业发展对风云气象卫星提出的更新、更高、更迫切的要求，我国气象卫星及其应用制定了2021-2035年的发展规划。
后续研制发射的FY-3（03）批新一代极轨气象卫星，将布局包括黎明、上午、下午近极地太阳同步轨道卫星和倾斜轨道降水测量卫星的组网全球观测体系，增强全球观测能力，实现全球数值天气预报模式每6 h同化窗内全球观测资料100%覆盖，有效提高全球数值天气预报精度和时效。
未来发展的FY-4微波星，将提高对极端天气、台风监测和预报的观测能力，进一步完善全球覆盖的气象遥感业务体系。
展望未来，将建立FY-5天气气候卫星综合观测体系，完成第三代极轨气象卫星的业务升级换代，显著提高全球天气气候探测精度及其稳定性；发展全球大气动力、降水测量专用卫星，满足多尺度气象预报预测需求；发展气象小卫星星座，研究星座体系下的特定大气参数的敏捷和协同观测方法。
发展第三代静止气象卫星FY-6，形成观测服务能力、风云静止轨道卫星技术状态和对大气的综合观测能力达到世界领先水平。
未来第三代风云气象卫星发展将从顶层设计上对标国家重大战略需求和国际气象卫星发展前沿，重点围绕提高天气预报准确率、增强防灾减灾快速响应能力、增强生态文明气象服务保障能力、增强精细化遥感应用服务能力等方面开展应用能力及基础支撑能力建设，进一步提升防灾减灾救灾能力，为我国经济社会发展、“一带一路”建设、构建人类命运共同体等作出新的更大的贡献。
本文作者：高浩，唐世浩，韩秀珍
作者简介：高浩，国家卫星气象中心，高级工程师，研究方向为卫星遥感生态环境与地表灾害监测；唐世浩（通信作者），国家卫星气象中心，研究员，研究方向为定量遥感反演理论与产品生成算法与应用。
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