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微信首次“变脸” 风云四号卫星“爆红”
作者: 日期:2017-09-26

  微信的启动页是一个人站在巨大的星球下。从9月25日17点开始,用户在微信启动时,就会发现启动画面有了一点点变化,尽管还是那个小人站在地面上,但是背景的地球却不大相同了。仔细看会发现,原来的那张非洲上空的地球卫星照已经换成了中国上空的地球卫星照。

  起因

  9月25日,我国新一代静止轨道气象卫星风云四号正式交付用户投入使用,风云四号搭载了全球首个大气垂直探测仪,并是国际上首次在单星上同时搭载了多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪,以一颗卫星实现了两颗卫星的功能,是我国气象领域的一项重大成就。标志着我国静止轨道气象卫星观测系统实现更新换代,对于保证我国静止气象观测业务的连续、可靠和稳定运行,提高我国航天和气象事业的国际地位和影响力具有重大意义。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。

  为了庆祝“风云四号”取得的巨大突破,从25日17时-28日17时的四天内,手机微信启动页面显示的地球图片也将从以前的NASA(美国国家航空航天局)在全世界范围公开的第一张完整的地球照片,更换为中国风云四号的成像图,这也是微信启动页6年来的首次更换。9月28日17点之后,微信开机图仍还原为“蓝色弹珠”。

  国防科工局称,微信启动页面变化后,背景中的地球图片由非洲大陆上空视角,变为中国所在的东半球上空视角。微信团队介绍称,“此次展示风云四号拍摄画面,也是寓意从人类起源到华夏文明的历史发展,旨在向亿万微信用户展示华夏大地的河山风貌。”

 

 

新旧画面对比

 

   这颗卫星到底有什么来头?

  这颗卫星的全名叫做风云四号A星, 2016年12月11日在西昌卫星发射中心成功发射,定点于东经99.5 赤道上空开展在轨测试,2017年5月25日定点于东经105 业务观测位置。作为我国新一代静止轨道气象卫星从第一代(风云二号)向第二代跨越的首发星,风云四号对于保证我国静止气象观测业务的连续、可靠和稳定运行,提高我国航天事业、气象事业的国际地位和影响具有重大意义。

  据国防科工局介绍,风云四号A星整星研制达到国际先进水平。该星具备高时间分辨率、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。

  听不太懂?没关系。你只需要记得,无论是今年5月份北方的沙尘,还是6月底至7月初南方的“苗柏”台风,还是此前的“一带一路”高峰论坛,它都起到了重要的气象监测作用。

  一起来看看,到底有多厉害!

  跨越

  首先,风云四号卫星整星研制达到国际先进水平,实现了我国静止轨道气象卫星从“并跑”向“领跑”的跨越。

  具体表现在哪儿呢?风云四号卫星填补了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。在轨测试期间,风云四号A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地应用监测。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。

  其次,这颗星还拿下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。

  “闪电图”

  除此之外,风云四号还装载了很多很厉害的有效载荷,比如:多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器包。

  他们可以通过获取地球表面和云的多光谱、高精度、定量观测数据和图像,有效提高天气预报和气候预测水平,增强生态环境监测能力。

  拿闪电监测来说,它装载了我国自主研制的闪电成像仪,一分钟可以拍摄500张闪电图,探测区域范围内的闪电频次和强度,进而实现对强对流天气的监测与跟踪,提供闪电灾害预警,这在国内是首次应用。

  此外,与风云二号相比,风云四号的成像时间分辨率也提高了一倍。单星即可完成风云二号双星组网,才能实现的15分钟全圆盘成像。在1000×1000公里区域内,观测能力超过风云二号,只需3分钟。这跟欧美新一代静止轨道气象卫星,能力相当。

  这还不算,在系统观测能力上,风云四号也有显著提高:(1)眼睛更锐利——空间分辨率最高达500米;(2)反映更敏捷——区域观测时间分辨率可达1分钟;(3)光谱分辨率更高——可以看到更多的大气和地物特征;(4)可以剖析大气——获取大气三维温湿度结构。

 

  9月25日至9月28日期间,微信将更换的启动页面效果图的原始云图:风云四号观测的2017年6月7日13时,可见光三个通道合成的地球圆盘图。云图反映出该时刻我国北方及东部沿海受锋面气旋云系影响,出现降水天气,我国南方的一条西南东北走向的切变线云系也带来了持续降水天气,赤道北侧的热带地区对流活跃,孟加拉湾及西太平洋有多个发展旺盛的对流云团。

 

  作用

  前面说了那么多高精尖的技术,那么,风云四号到底有哪些作用呢?

  来看看这些案例: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……这些预警背后都有风云四号的支撑。当然,除了台风、沙尘、暴雨强对流灾害天气,在蓝藻水华、霾等环境生态问题的监测上,风云四号也毫不含糊。

  更让你想不到的,或许还有近期相继举行的各项重大活动。“一带一路”国际高峰论坛、第13届全国运动会、金砖国家领导人第9次会晤、内蒙古自治区成立70周年庆祝活动中,它的遥感应用也发挥了气象保障的作用。

  这么神奇,原理是什么?应用显示:它可以多通道扫描成像辐射计,从而更加清晰地识别沙尘细节纹理、台风内部中小尺度云系结构等,解析暴雨天气不同层次水汽输送;此外,它的闪电成像仪在对强对流天气的监测中,也显示了十分强大的功能。

  据介绍,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,将为我国及亚太地区防灾减灾和经济社会发展提供支撑保障。

  成效

  风云四号很牛,但这并不是终点,而是一系列创新技术应用中的一部分。

  截至目前,我国8颗风云气象卫星在轨运行,其中用于业务运行的有6颗。风云系列气象卫星为81个国家和地区的用户提供高时效的气象卫星数据,并覆盖“一带一路”沿线的37个国家和地区,被广泛应用于气象预报、防灾减灾、科学研究等领域。

  十八大以来,2013年9月23日,风云三号C星发射成功;2014年12月31日,风云二号G星发射成功;2016年12月11日风云四号A星发射成功。配合此前业务运行的四颗风云系列气象卫星,成功实现由试验业务型向应用服务型转变,为各项气象工作提供了不可或缺的观测依据。

  风云二号实现了6分钟的高频次区域观测新业务能力,使得我国静止卫星及仪器设计在与国际水平相差一代(约20年)差距的前提下,观测时效接近国外现役静止轨道业务卫星。

  风云三号C星是我国第二代极轨气象卫星中第一颗业务卫星,其投入业务运行后,与风云三号B星一起形成上、下午星组网观测,实现了全球、全天候、多光谱、三维、定量对地遥感探测,确保我国极轨气象卫星业务的连续稳定运行。

  而风云四号A星第一阶段在轨测试圆满完成,其各项功能、性能指标符合研制总要求已具备在轨交付条件。前面已经提到,这是我国首颗静止轨道上三轴稳定的定量遥感卫星,其扫描成像辐射计可见光通道最高空间分辨率达到500米,可每15分钟对东半球扫描一次,最快每1分钟生成一次区域观测图像;搭载了世界首个静止轨道干涉式大气垂直探测仪,首次实现了静止轨道大气高精度温度、湿度廓线探测;首次实现了我国静止轨道闪电成像观测,可对我国及周边区域闪电每秒拍摄500张照片。

  值得一提的是,风云四号A星成功解决了多台带有光学运动部件的观测仪器在同一平台上工作而不相互干扰的工程技术难题,目前欧洲仍采用两台主要仪器且分置于两颗卫星上的方案。风云四号A星是所有静止气象卫星中装载仪器最多的一颗,单颗卫星的观测能力和效率大为提高。

  “风云四号”的背后是中国科学家不放弃的持续努力

  1997年风云二号卫星刚上天,下一代风云卫星就已开始规划。风云四号2001年开始预研,整个研制花了15年的时间,过程非常艰辛。中科院院士匡定波提出,应该发展干涉式大气垂直探测仪。这种利用傅立叶变换原理的探测仪,可以为大气做“超级CT”——把大气从地面开始“切片”,将100公里大气切成上千层,测出每一层的温度、湿度等数值,为灾害性天气监视和大气化学成分探测服务。

  这是遥感领域红外光谱技术的一场革命。早先,美国、欧洲都在朝这个方向努力,但到2006年,由于技术难度过大、所需经费太多,美国放弃了,欧洲也大幅调整了计划。但中国科学家们没有放弃。2016年年底,卫星终于发射升空。

  如今,当中国的探测仪开始提供全球独家的数据时,美国的研发队伍尚未重新聚集,欧洲的仪器还要等到2022年才能发射升空。

  “当别人放弃时,我们坚持;做成功了,就领先世界。”科学家华建文说,过去中国向国外卫星要数据,现在是国际气象界迫切需要中国的卫星数据了。

 

 

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