“北风其凉，雨雪其雱”，2500多年前的《诗经》记载了古人对各种天气现象的认识。从靠抬头看天和占卜预测天气，到利用琴弦感应湿度来预测晴雨，到出现“钦天监”这类专业从事气象工作研究的部门，再到如今借助卫星等现代科学技术力量实现观云测雨，自古以来，中国人对风云变幻背后奥秘的探索未曾有过片刻停歇。
4月16日，风云三号G星在酒泉卫星发射中心被长四乙火箭送入400公里外的非太阳同步倾斜轨道。不同于风云系列的其他卫星，G星将专门承担降水测量的重任。
“顶流天团”再添新成员
1970年，我国开始独立自主研制气象卫星，至今已成功发射两代四型共20颗风云气象卫星，其中8颗目前在轨运行。
第一代风云一号卫星与风云二号卫星、第二代风云三号卫星与风云四号卫星，共同组成气象卫星观测体系，它们是家喻户晓的“风云卫星顶流天团”。其中，风云一号卫星和风云三号卫星属于低轨卫星，围绕地球飞行，能够进行全球观测。而风云二号卫星和风云四号卫星属于静止轨道卫星，能够始终和地面相对静止，用于对我国及周边区域进行气象探测。
风云三号G星总设计师钱斌介绍，G星是国内首颗、国际第三颗主动降水测量卫星，其最核心的任务就是监测灾害性天气系统强降水过程，7天就可以完成一遍对全球中低纬度地区降水三维层析结构的探测，填补我国南北纬50度范围内的降水监测资料。这颗降水测量卫星将提升我国对台风的监测精度，包括提高对台风路径判断的准确性及对台风降水量的估计精度。
国际上第一颗主动降水测量卫星是1997年发射如今已退役的TRMM降水卫星，第二颗是2014年发射的GPM降水卫星，两颗卫星都配有主动降水测量雷达和被动的微波成像仪。与之相比，我国自主研制的这颗降水测量卫星在性能上有了更多提升。
“G星的特色在于搭载的4台/套业务载荷。包括降水测量双频雷达、微波成像仪、中分辨率光谱成像仪、全球导航卫星掩星探测仪。”钱斌介绍。
降水测量雷达属国内首次研制，从首次概念提出到工程应用前后历程长达17年。随着降水测量卫星上天，可“透视”降水三维结构，填补了我国主动降水监测的空白。雷达从卫星上对降水进行测量时，消除地表回波干扰的能力很强，可实现300公里幅宽、250米垂直分辨率下，检测地球大气0.2毫米/时的降水强度变化，达到国际先进水平，这意味着从毛毛雨到50毫米/时以上的暴雨都将被G星悉数监测到。此外，该卫星还可以实现对液态、气态、固态3种降水相态的区分，也就是将能更清楚地对雨、雪还有冰雹进行辨别。
“风云三号03批气象卫星包含黎明、上午、下午和此次发射的倾斜轨道降水测量4颗气象卫星。4颗卫星完成在轨布置后，可以把气象预报的监测精度提高3%。低轨气象卫星获取全球资料的时效性将从6小时提高至4小时，灾害监测效率将提高1倍。”风云三号G星总指挥李海生介绍。
气象卫星都会携带多种载荷进行定量观测。除黎明星外，风云三号系列卫星都装载了微波成像仪。G星搭载的是国内首次实现10.65千兆赫~183千兆赫的9频点26通道一体化微波成像仪。此外，搭载的中分辨率光谱成像仪将配合星上其他仪器实现降水和云雨大气参数、云层和大气水含量的探测；全球导航卫星掩星探测仪将结合导航卫星，通过大气不同折射率，反推确定对应点的温度、湿度和压力。
“G星成功发射后，中国将成为目前全球唯一同时运行晨昏、上午、下午和倾斜4条近地轨道民用气象卫星的国家。”李海生说。
从在轨运行39天到目标运行6年
由于气候监测、气象预报、灾害监测的需要，风云系列卫星从不停机。风云三号G星的设计寿命是6年，目标在轨全天时不间断工作5.3万个小时。
从1990年到2000年，国内气象卫星发展并不顺畅。“最初想做个长寿命卫星真的很不容易，一穷二白的背景下，无论对环境还是对长寿命、高可靠性的认识都还不够充分。上世纪很多老同事都是用一辈子做了一颗卫星。”钱斌说，直到1999年风云一号C星上天和2002年风云一号D星上天，气象卫星真正进入长寿命业务化的阶段，中国人才真正开始对生产一颗气象卫星比较有把握。如今，风云卫星的连续成功应用就是凭借最初一颗颗卫星研制、一代代人传承积累下来的经验。
为了确保长寿命高可靠性，G星上天前经历了反反复复的试验。以载荷降水测量雷达为例，雷达初样研制阶段加电测试时长达6700小时，雷达正样地面测试时长达4100小时。上天之前，雷达正样还进行了2680小时的地面标定。
“官方下载如果不具备气象卫星监测能力，不掌握核心技术就会随时被‘卡脖子’。”令李海生一直印象深刻的是，风云一号A星只飞了39天，接下来的几颗卫星在轨运行时间也不长，甚至在研制过程中还出现过失败的情况。在2001年，美国提出可以低价卖给中国一颗气象卫星，但是中国气象局坚定地表示，中国的气象卫星研制必须自力更生。
1969年，周恩来总理高瞻远瞩地提出“要搞官方下载自己的气象卫星”，并于1970年亲自批准研制气象卫星的任务。此后50多年，中国风云卫星气象事业走出了一条从跟跑到并跑再到部分领跑的自立自强之路。
“用户为气象卫星的研制提供了很大的宽容和支持，从来没有因为未达到预期目标而直接放弃实现气象卫星自主研制的目标。”李海生说，想要实现气象卫星的自主可控，必须坚持长期持续的投入。科学研究一定是有一个过程的，只有经过不断的磨炼和探索，才能真正掌握核心技术。把硬骨头一点点啃下，中国风云气象卫星最终“一路开挂”。
自20世纪70年代起，我国无论多么困难，从来没有停止过对气象卫星研究发展的支持。进入21世纪以来，从《中国气象卫星及其应用发展规划（2011—2020年）》到新一代气象强国发展规划，我国始终高度重视气象卫星技术的自主可控。
每年夏季，我国沿海城市都会因为台风产生很大的人员伤亡。自从风云气象卫星上天后，我国没有漏过对一个台风的预报。如今，高低轨气象卫星协同组成一个完整的气象卫星观测体系，我国24小时台风预报路径误差低于70公里，和欧美处于同一水平。
气象卫星投入产出比达1∶40，具有极高的社会价值。此次发射的降水测量卫星在今年6月汛期来临之前上天，将通过对降水和台风进行监测，最快发挥出最大效益。
为全球生成更快、更准确气候预报
瑞士再保险瑞再研究院的一份年度报告显示，2022年，飓风、洪水等自然灾害给全球带来的经济损失高达2750亿美元，约合人民币1.88万亿元。从世界范围来看，气象预报的时效性、精准性及公众服务性仍需要增强。
作为目前世界上在轨数量最多、种类最全的气象卫星星座之一，风云系列气象卫星在世界范围内拥有庞大的用户群体，广受欢迎。习近平主席曾一年之内先后3次在国际上公开承诺，利用中国风云气象卫星资料为国际服务。
如今，风云气象卫星观测数据面向全球开放、实时共享，正为全球126个国家和地区提供100余种数据产品和服务。世界气象组织秘书长彼得里·塔拉斯在世界气象大会上表示：风云气象卫星已达世界领先水平。
国际数值天气预报最高水平的欧洲中长期天气预报中心（ECMWF）欧洲地球系统同化首席科学家史蒂芬·英格力士也赞扬风云三号卫星数据产品质量已达到和美国、欧洲卫星相当的水平。
高频次的气象观测数据对于短临天气预报，特别是突发天气事件尤为重要。如果能够将全球的观测数据有效地集中起来，那么全世界对灾害的监测预报能力将大幅提升。
虽然人类自古以来就尝试观云测象，但数值天气预报的出现才开始真正引领气象预报技术走向现代化。李海生解释：“数值天气预报是今后气象预报发展的一个重要方向。通过算法模型来实现智能天气数据预测，就像ChatGPT在气象预报领域的具体体现。”
简单来说，数值天气预报就是通过一个开放的数字模型，将气象实时数据不断往模型中填充。模型通过训练不断优化，实现推断未来一星期、两星期甚至更长时间的气象预报走势。G星上天后能为中国数值预报模型提供更多实时的监测数据，有效提升我国数值天气预报的运行精度。
此外，G星搭载的全球导航卫星掩星探测仪可接收处理我国北斗卫星和GPS掩星信号，每天能获得超过1000条大气参数廓线，对数值气象预报模式贡献明显。
接下来的路，风云卫星需要自己摸索着前行了。李海生评价，当前风云系列气象卫星在国际上处于局部领先，整体达到世界平均先进水平的地位。第一代气象卫星解决了基本的天基气象观测需求，实现气象卫星从无到有并业务化运行。第二代气象卫星解决了天气预报对于气象观测精度的需求，我国气象卫星发展进入与国际气象卫星先进水平看齐的并跑阶段。
根据规划，从2025年到2035年，我国将完善第二代并同步发展第三代风云卫星综合观测体系，发展星地协同智慧观测一体化技术，建立支撑精细预报的智慧观测业务系统。
正处于论证阶段的第三代风云气象卫星风云五号卫星、风云六号卫星，已经成为我国实现气象强国目标，为全球气象观测贡献更多力量的重要部分。（文/顾航瑜 摄/陈凯 吴敬博）
