“风云四号”如何捕捉雾霾、沙尘暴行踪？
2017/5/11 科学大院

    

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     图片来源见水印

     上周，北方地区沙尘暴肆虐，这一过程被我国新一代静止气象卫星——“风云四号(FY-4)”的扫描成像辐射计拍摄了下来。

     对于每15分钟就要给地球“照一次相”的 “风云四号”来说，这也是它在沙尘天气监测上的首秀。据气象专家估算，卫星可视的沙尘监测面积约为19.2万平方公里。

     那么，“风云四号”究竟是凭借什么本领，来监测沙尘、雾霾等天气状况的呢？

     “风云四号”气象卫星于去年12月11日发射，其上搭载着中国科学院上海技术物理研究所研制的多通道扫描成像辐射计。与第一代静止轨道气象卫星“风云二号”扫描辐射计(同样由上海技物所研制)相比，“风云四号”上搭载的多通道扫描成像辐射计有着“一多三高”的特点，这使其在技术上实现了代际跨越。

     一多：多通道光谱观测

     在“风云四号”上，光谱的探测波段由5个升至14个，辐射计的光谱探测通道可以覆盖0.45微米可见光至13.8微米甚长波红外波段，也就意味着辐射计一次可以得到14张单色图片。

     下面这些图从第二张开始就是风云四号辐射计获取的第一套14幅单通道图像。

    

     这些单通道图像有什么用呢？气象专家通过多个通道的图像进行合成，可以衍生出百余种气象产品，从而对很多自然和天气现象进行监测。

     比如这次对沙尘暴的跟踪，就是利用上图第二、第三、第四高分辨率波段进行合成，连续数小时监测而来。

     从普通公众的角度看，滚滚而来、铺天盖地的黄色沙尘直接就可以目测判定，而在气象专家的眼里，沙尘确认却还需要经历一个复杂的多参数比对过程。

    

     风云四号气象卫星动态监测图像(2017.5.4 8-10时)

     再比如，雾霾监测也是其衍生气象产品之一，下图是对孟加拉湾北部的一个雾霾监测图，在这张图中，灰色的就是雾霾，而白色的是云还有雪。

    

     孟加拉湾北部灰霾监测图

     三高：高空间、时间、温度分辨率

     扫描辐射计的可见光波段最高空间分辨率可达500米，可以帮助气象专家“看”得更精细。15分钟完成一次全圆盘成像，对地球同一区域可实现24小时连续多光谱观测成像，每天获取96幅地球全圆盘多光谱图像，可以更准确预测大气运动方向和气候影响范围。

    

     24小时的地球风云

     值得一提的是，辐射计还具备灵活的快速区域成像功能。在30秒内可对1000km×1000km(一百万平方公里)范围进行一次多光谱观测，在一定时间内获得特定区域内比全圆盘图像时间频次高得多的区域云图。

     用这些气象产品可以对短时天气现象进行高频次密集观测和跟踪，积极应对台风等突发性灾害天气。

     辐射计红外波段的温度分辨率优于0.1度，这个精度达到了数值天气预报对源数据的要求。数值天气预报对几小时之内的短期天气预报和15天以上的中长期天气预报将有很好的预期。

     这些高性能数据产品将在更多的气象观测领域得到广泛应用，期待中华牌“风四”为社会大众带来更多惊喜。

     (文章首发于科学大院，中科院上海技物所供稿，转载请联系cas@cnic.cn)

    

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