科技有狠活丨世界气象日，看气象卫星如何监测沙尘暴

封面新闻记者 张峥

3月23日是世界气象日，又称“国际气象日”。这几天，“缠缠绵绵到天涯”的沙尘暴，让不少北方群众尝到了“吃土”的尴尬。好在，在沙尘暴到来前，人们已经可以通过气象卫星来预测、预警，减轻沙尘暴带来的危害。那么气象卫星是如何预测沙尘暴的？我国现有多少颗气象卫星在轨运作，保障人民群众的生产生活安全呢？3月23日，封面新闻记者采访了国际大地测量协会GNSS干扰与欺骗工作组成员、中国卫星导航年会分会主席、电子科大副研究员郭承军。

    沙尘暴 新华社资料图

气象卫星搭载了各类遥感仪器，是一个接收和测量地球及大气层可见光、红外线和微波辐射的“超级相机”和“超级温度计”。

郭承军告诉封面新闻记者，“卫星气象观测系统的空间部分，它携带各种大气遥感探测仪器，从空间对大气层进行气象观测，接收和测量地球及其大气层的可见光、红外和微波辐射，并将其转换成电信号传送给地面站。地面站将卫星传来的电信号复原，绘制成各种云层、地表和海面图片，再经进一步处理和计算，得出各种气象资料。”

郭承军表示，以风云系列卫星为例，除了搭载微波温度计、微波湿度计、微波成像仪、臭氧和地球辐射收支探测器、中分辨率成像光谱仪等常规仪器之外，还装备了红外高光谱大气探测仪、大气垂直探测仪等多种先进载荷。

他介绍称，气象卫星采用太阳同步轨道或地球静止卫星轨道。为了保证云图的质量，气象卫星的太阳同步轨道呈圆形，高度一般在800～1500公里，以便飞经地球各地区时获取的图像具有相同的光照条件。

气象卫星对卫星云图的拍摄采取两种方式：一种是借助于地球上物体对太阳光的反射程度而拍摄可见光云图，只限于白天工作；另一种是借助地球表面物体温度和大气层温度辐射的程度，形成红外云图，它们可全天候工作。

沙尘暴源自何方，它移动到了哪里？卫星到底怎样辨识黄沙？这几天，中央气象台发布的北方沙尘暴预警每天都在追踪沙尘暴的运动路线，这个受益于我国发射的风云系列气象卫星。比如，来自风雨4B气象卫星传回的图像。

    FY-4B气象卫星监测图2023年3月22日07:15（北京时）

目前，利用卫星遥感技术监测沙尘暴是最有效的手段。郭承军介绍，截至目前，我国已成功发射两代4型19颗风云气象卫星，其中7颗在轨运行，持续为全球126个国家和地区提供数据产品和服务。今年，我国将完成风云三号F星、G星发射任务。其中，风云三号G星配置了4台有效载荷，2台载荷为全新研制，1台载荷为升级换代，预计今年4月发射。作为国内首颗低倾角轨道降水测量卫星，该星主要用于灾害性天气系统强降水监测，提供全球中低纬度地区降水三维结构信息。

那么，卫星到底是怎样辨识黄沙的呢？众所周知，沙尘中含有大量矿物质，这些沙尘粒子会吸收和散射太阳辐射及地面和云层的长波辐射等并对地球造成影响，这就使其有了自己的光谱特征。比对沙尘暴光谱特征与其他物质光谱特征的差异，通过卫星携带探测仪上不同的探测通道数值的组合，辨别沙尘暴信息。在三通道彩色合成卫星图像中，技术人员通过颜色、色调、纹理和形状等特征识别出沙尘暴区域及其面积。再通过多时次的动态图像和遥感数据处理分析，就可以确定沙尘暴的起源地、移动路径、移动速度、影响区域和未来推进方向及其有关的动态信息。

如何将沙尘区、沙漠、戈壁区分开来？郭承军解释，判识沙尘暴的基础是这三者在各波段的不同表现特性。沙漠、戈壁、盐碱反射率低于沙尘区，盐碱地高于沙尘区。判识出沙尘区，再通过多时次的动态图像和遥感数据处理分析，就可以确定沙尘暴的起源地、移动路径、移动速度、影响区域和未来推进方向及其有关动态信息。

    风云四号A星

    风云四号B星

郭承军说：“当然，卫星监测沙尘暴是否准确，受云遮蔽、地面沙化和裸露、卫星监测频率低这三个因素影响。”我国风云三号D星和风云四号A星在太空运行分别可完成更高分辨率、更高频次的观测，特别是风云四号气象卫星每五分钟就能获得一次监测图像，对沙尘暴的监测几乎达到准实时的标准，从光谱信息被捕捉、传到地面后，再通过数据处理，形成监测图像和处理数据，基本上十几分钟就能得出监测结果。