未來風云衛星將更精密、更智能、更協同

　　不久前，在瑞士日內瓦世界氣象組織總部，中國工程院院士、中國氣象局衛星氣象專家許健民，從世界氣象組織秘書長塞萊絲特·紹洛手中接過第70屆國際氣象組織獎獎章，成為我國第四位獲此獎項的學者。

　　國際氣象組織獎被譽為“氣象界諾貝爾獎”，每年全球僅授予一位在氣象、水文及地球物理科學領域作出卓越貢獻的科學家。在許健民之前，僅有葉篤正、秦大河、曾慶存三位中國學者獲此獎項。許健民在頒獎現場說：“這份榮譽不屬于我個人，它屬于幾代中國氣象衛星人。”

　　世界氣象組織秘書長塞萊絲特·紹洛在頒獎詞中說道：“許健民的工作，深刻地改變了人類從太空觀測地球的方式。”這一評價的背后，是中國風云衛星家族50余年的跨越式發展。

　　從風云一號到風云四號，從“給大氣拍照”到“給大氣做CT”，這位年過八旬的院士用半個多世紀的堅守，見證并參與推動了中國氣象衛星從無到有、從弱到強的發展。近日，許健民院士接受了科技日報專訪，暢談風云衛星的過去、現在與未來。

　　從無到有建立氣象衛星業務化運行體系

　　記者：獲得國際氣象組織獎獎章，您有什么感想？

　　許健民：獲得這項榮譽不是我個人的成就，而是無數中國氣象科技工作者共同努力的成果。世界氣象組織將這一獎項頒發給我，不僅是對中國風云氣象衛星的認可，更是對整個中國氣象衛星團隊共同努力的肯定。

　　其中，最核心的“中國貢獻”，我認為是從無到有建立起一套可靠、有用的氣象衛星業務化運行體系。風云氣象衛星產品實時向全球發布共享，任何人通過智能手機、電腦，都可以隨時隨地查看風云氣象衛星監測的云圖和遙感產品。風云氣象衛星監測數據的同化應用，即將風云衛星觀測到的數據，“融入”到數值天氣預報模型中，計算出更接近真實情況的大氣初始狀態，也進一步提升了數值預報的準確度。

　　記者：風云衛星曾有“爭氣星”之稱。這個名稱是怎么來的？

　　許健民：1969年，一場罕見的雨雪冰凍災害席卷全國，損失慘重。周恩來總理看了國外氣象衛星傳回的云圖后，連說四個“落后”，號召“要搞我們自己的氣象衛星”。

　　實現這個目標不容易，屢屢遭遇挫折。

　　風云一號C星是“爭氣星”的代表。1999年5月10日，風云一號C星成功發射并首次實現了業務化應用，完成了中國氣象衛星研制史上由屢遭挫折到圓滿成功的完美轉身，開啟了長壽命高可靠性衛星運行的歷史。

　　記者：在早期的研發過程中，有什么印象深刻的事？

　　許健民：我印象最深的是解決風云二號衛星云圖“抖動”的問題。

　　1986年，我調任國家衛星氣象中心主任，負責帶領團隊攻克衛星資料定量應用難題。雖然我當時已是氣象領域的專家，但對衛星氣象近乎是“門外漢”。同事們討論技術方案時，提到的大氣窗區、吸收帶等專業詞匯常讓我一頭霧水。

　　怎么辦？無論遇到誰，只要有問題，我逢人便請教；單位請專家來講課時，我總是提前到場，不放過任何學習機會。

　　風云二號衛星發射成功了，但云圖動畫存在明顯的抖動，特別是在衛星發生故障后，云圖幾乎成了“廢圖”。當時世界上所有的靜止衛星都存在動畫抖動的情況，但是風云衛星的圖像抖動更加嚴重。這樣是不能接受的。

　　于是，我和同事們仔細地對云圖逐幅進行了分析。我們將它們按照時間順序放在一起觀察，發現地球圓盤在衛星云圖上呈周期性擺動和旋轉，周期恰好等于衛星圍繞地球公轉一周所需的時間。這說明抖動是有規律的，一定是受到某種規律支配的結果。

　　于是我和陸風、張曉虎等同事驗算衛星定位公式。經歷1000多個日夜，我們推算出基礎公式存在的錯誤。在風云二號C星發射前一個月，我們在國際上率先解決了靜止氣象衛星云圖抖動問題。在此基礎上，我們全面實現了風云二號衛星圖像的實時、全自動、像元級高精度定位，開發出20種定量產品。

　　這件事讓我深刻體會到：許多看起來十分困難的事，只要努力去做，是可以做好的。

　　大氣觀測從“拍照”到“做CT”

　　記者：從風云一號到風云四號，我們實現了從“給大氣拍照”到“給大氣做CT”的跨越。這種技術代差意味著什么？

　　許健民：從“給大氣拍照”到“給大氣做CT”這個比喻很貼切。早期的風云一號是極軌衛星，它的運行軌跡就像一個人大致沿著子午線在南北方向上繞著地球跑。衛星每隔約12小時會經過地球同一地點上空，拍下大氣觀測“快照”。風云二號是靜止衛星，定點在赤道上空三萬六千公里的高空，相對于地面不動，可以持續盯著一個區域看，就像是裝了一臺“監控攝像頭”。

　　到了風云三號和風云四號，就不只是“拍照”了。風云三號可以精準獲取高空至地面大氣溫濕壓數據，定量監測溫室氣體、氣溶膠等生態環境要素。風云四號這樣的三軸穩定衛星，裝載了多種遙感探測儀器，可以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。

　　打個比方，以前我們只能看到云長什么樣、往哪兒飄，就像看一個人的外表；現在我們能“透視”大氣的內部結構——溫度怎么分布、濕度怎么變化、風怎么流動，就像給大氣做“CT掃描”。

　　從風云二號到風云四號，全圓盤成像時間從30分鐘減少到5分鐘。我們也在世界上首次實現靜止軌道高光譜探測。有了這些三維的、定量的數據，天氣預報才能從“大概率”走向精準化。

　　記者：以風云四號C星為代表的新的“太空之眼”，如何幫助預報員精準鎖定暴雨、臺風？

　　許健民：風云四號C星于2025年12月27日成功發射，2026年1月6日正式啟動在軌測試。它的核心優勢是“多維度同步觀測”。C星搭載的新一代閃電成像儀以2000幀/秒的高幀率對我國全疆域及周邊約1000萬平方公里區域開展連續凝視觀測。

　　今年汛期中，風云四號閃電成像儀與輻射成像儀云圖融合應用，實現了對對流云團演變過程和閃電活動的同步捕捉。這意味著，預報員不僅能看云長什么樣、如何變化，還能同時看到云里面有沒有閃電、閃電能量有多強。這為精準研判強對流發展趨勢增添了新的“觀測維度”。

　　與風云四號A星同類載荷相比，C星在覆蓋范圍、探測能力和定位精度等方面實現了顯著提升。對于海洋、山區、高原等觀測資料相對有限的區域，新增的閃電數據極大地豐富了業務人員可用的信息源。目前，風云四號B星與C星的雙星協同觀測模式已進入常態化業務應用階段。

　　記者：風云衛星的作用不僅僅是天氣預報。

　　許健民：是的，氣象衛星的潛力遠不止天氣預報。我很早就意識到，云圖里藏著氣象衛星廣闊的應用前景——農林水利、生態環境、交通能源等各領域都能用上。

　　在生態監測方面，風云衛星已經可以定量監測溫室氣體、氣溶膠等生態環境要素。在農業方面，氣象衛星資料在火災、水災等自然災害監測評估、農作物長勢監測評估等方面發揮了重要作用。在“雙碳”目標下，衛星遙感的價值會更加凸顯。

　　記者：怎樣發揮衛星遙感在這方面的潛力？

　　許健民：我們需要完善全國風能、太陽能氣象觀測網，提高風云衛星在風能和太陽能方面的監測應用能力。目前我們正在積極構建溫室氣體觀測體系。

　　我相信，隨著觀測能力的提升，風云衛星將在應對氣候變化、服務綠色發展方面發揮越來越重要的作用。

　　觀測數據要第一時間轉化為服務能力

　　記者：目前很多國家都用上了風云氣象衛星服務。

　　許健民：是的。比如2018年，風云二號H星從東經86.5°西移至79°，填補了印度洋地區靜止氣象衛星的觀測空白；2021年，風云三號E星成為全球首顆民用晨昏軌道業務氣象衛星，填補了天基觀測系統的關鍵空白。蒙古國沙塵暴、葡萄牙森林火災、湯加火山噴發……風云氣象衛星都在提供監測服務。

　　記者：當看到來自萬里之外的云圖數據源自中國衛星時，您內心是什么感受？

　　許健民：我曾經說，要讓風云衛星成為全球綜合觀測系統的重要支柱，這是我的重要目標。我們用了半個多世紀，在氣象衛星領域從一張白紙走到今天。目前，我國已發射23顆風云氣象衛星，其中10顆在軌運行，我國成為全球唯一同時業務運行“晨昏、上午、下午、傾斜”四條近地軌道的民用氣象衛星的國家。風云氣象衛星已成為世界氣象組織全球綜合觀測系統的重要支柱。

　　看到中國衛星數據被全球使用，心里當然是自豪的。但更讓我感到踏實的，是我們終于有了自己可靠的“太空之眼”。

　　記者：從“我們能看什么”到“用戶需要我們提供什么”，這個轉變是如何發生的？

　　許健民：這個轉變其實是一個從“技術驅動”到“需求驅動”的過程。早期我們想的是怎么能把衛星發上去、能把圖像傳回來。后來我們慢慢意識到，衛星發上去只是第一步，關鍵是要讓數據“用得好、見實效”。

　　1987年大興安嶺特大森林火災就是一個轉折點。當時火勢兇猛，飛機和林火瞭望哨無法有效觀測，但我們在衛星云圖中捕捉到了關鍵信息，清楚地看到了3條火帶和火勢蔓延的趨勢。當全國觀眾在新聞聯播中看到衛星云圖展現的火情時，大家第一次直觀地感受到氣象衛星的價值。

　　從那以后，我們越來越注重傾聽用戶的聲音——預報員需要什么、防災減災需要什么、農業生產需要什么。氣象領域的國際合作是一個互惠的過程。現在我們的理念是“觀測即服務”——觀測數據要第一時間轉化為防災減災服務能力。

　　記者：第三代風云衛星下一步將如何發展？

　　許健民：目前，中國氣象局已經啟動了第三代極軌氣象衛星體系論證和第三代靜止氣象衛星的初步設想研討。

　　第三代氣象衛星將在做好第二代氣象衛星的基礎上，研制出功能更強的衛星，進一步提高監測效率，提高大氣溫度、濕度和風等氣象要素的時空分辨率和觀測精度，增強對整個地球環境的綜合探測能力。

　　當然，衛星只是“眼睛”，有了更清晰的眼睛，還要有更聰明的大腦來解讀。這需要數值預報模式、人工智能算法、地面觀測網絡的協同進步。我們正在朝這個方向努力。

　　記者：實現這些目標離不開一代代接續奮斗。

　　許健民：是的。風云氣象衛星未來的進化，乃至整個氣象科學的發展，離不開有志于從事這一領域的年輕科研人員。對此，我想對年輕人說三句話。

　　第一，氣象科學不是書齋里的學問。觀測的人就是要分辨各種各樣的云，365天都要看云圖，用數據說話。我年輕時從總設計師到一線操作員，逢人便請教，每天跑到各崗位一線。年輕人一定要到一線去、到實踐中去。

　　第二，要善于在紛繁中尋找規律。我從“動圖”中發現抖動的規律，靠的就是仔細觀察、反復思考。在人工智能快速發展的今天，這一能力顯得愈加重要。人工智能是強大的工具，但它不能替代人的思考和判斷。人工智能可以幫助我們更快地處理數據、發現模式，但前提是我們知道要尋找什么、如何驗證。

　　第三，要有全球視野和合作精神。氣象沒有國界，風云衛星的數據向全球開放共享。我這次把全部獎金捐出來設立“媽祖”獎學金，就是為了鼓勵更多年輕人參與風云衛星應用和全球早期預警能力建設。希望年輕一代既有扎實的學問，又有寬廣的胸懷——每一份知識的積累，都如同氣象衛星上那一個個精細的探元，匯聚成照亮未來的璀璨云圖。

　　記者：未來的風云衛星將如何演進？

　　許健民：未來風云衛星的演進，將主要體現在三個方向：更精密、更智能、更協同。圍繞這三個方向，國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）持續推動風云衛星高質量發展。

　　更精密，是指探測能力的持續提升——更高的空間分辨率、更多光譜通道、更精準的定量探測。風云四號C星已經實現了靜止軌道閃電觀測的突破，未來還會有更多“第一次”。

　　更智能，是指衛星從“傳數據”走向“傳信息”。風云四號C星支持星間協同、星地高速數傳和數據轉發廣播功能。未來衛星可能直接在軌處理數據，把有用的信息第一時間傳回地面。

　　更協同，是指多星組網、天地一體。風云四號C星裝配了星間協同分系統，未來將與風云三號等形成協同觀測能力，利用不同軌道衛星各自優勢，進一步提升觀測效能。未來五年，我國將建成以風云氣象衛星為主、商業衛星為輔的天基氣象綜合觀測系統，實現對大氣圈、水圈、陸地表面、生態圈、冰凍圈等多圈層的實時監測。