新時(shí)代我國(guó)氣象衛(wèi)星發(fā)展的戰(zhàn)略定位與衛(wèi)星應(yīng)用效能

0我國(guó)采用“第三代”氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)在中國(guó)，氣候?yàn)?zāi)害頻繁發(fā)生。臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴、干旱、霧雨等氣象災(zāi)害每年給中國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和人員損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失占所有自然災(zāi)害的71%，平均每年約2500億～3000億元。在全球氣候變化背景下，極端天氣氣候事件趨多趨強(qiáng)，對(duì)人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅。氣象衛(wèi)星的觀測(cè)不同于傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)，主要特點(diǎn)是從宇宙空間自上而下、連續(xù)不停地進(jìn)行全球或大區(qū)域范圍的觀測(cè)當(dāng)前，我國(guó)高度重視風(fēng)云氣象衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展，已成功發(fā)射兩代四型17顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命、高可靠、覆全球、高精度、全定量的系列化和業(yè)務(wù)化自主發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從跟跑到并跑，再到局部領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展我國(guó)正在制訂《我國(guó)氣象衛(wèi)星及其應(yīng)用發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，預(yù)計(jì)到2035年，將逐步建立高低軌協(xié)同觀測(cè)、天地一體化發(fā)展、運(yùn)行穩(wěn)定、布局合理、性能優(yōu)良和效益突出的第三代風(fēng)云氣象衛(wèi)星及應(yīng)用體系，地面系統(tǒng)集約智慧運(yùn)行，有效支撐國(guó)內(nèi)各行業(yè)應(yīng)用；全面建成衛(wèi)星遙感綜合應(yīng)用體系，打造服務(wù)“一帶一路”建設(shè)的品牌，使風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測(cè)能力和應(yīng)用能力達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平1全球環(huán)境衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析1.1國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料自1960年世界上第一顆氣象衛(wèi)星發(fā)射成功以來(lái)，先后經(jīng)歷了從試驗(yàn)到業(yè)務(wù)、從民用到軍用、從極軌衛(wèi)星到靜止衛(wèi)星、從單一儀器觀測(cè)到綜合儀器觀測(cè)、從定性到定量的發(fā)展歷程。國(guó)外氣象衛(wèi)星經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已形成多軌道、種類較為齊全的衛(wèi)星發(fā)展系列，目前已組成了全球氣象衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)隨著氣象業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，對(duì)天基氣象觀測(cè)的準(zhǔn)確度、時(shí)效、分辨率、觀測(cè)種類以及全球和全天候觀測(cè)能力等提出更高的要求，各國(guó)都競(jìng)相開發(fā)研制新一代氣象衛(wèi)星國(guó)外氣象衛(wèi)星觀測(cè)體系有如下發(fā)展特點(diǎn)1）衛(wèi)星系列完備。美國(guó)有完善氣象衛(wèi)星發(fā)展體制，低軌方面有民用NOAA衛(wèi)星系列、聯(lián)合極軌衛(wèi)星系統(tǒng)（JointPolarSatelliteSystem,JPSS）等；俄羅斯有Meteor-3極軌氣象衛(wèi)星；歐空局有METOP專用氣象衛(wèi)星；靜止軌道主要以GOES、MTG等光學(xué)衛(wèi)星系列為代表。2）載荷性能優(yōu)越。美歐氣象衛(wèi)星有效載荷性能日益提升，極軌氣象衛(wèi)星方面以JPSS衛(wèi)星為代表，其主要有效載荷可見(jiàn)紅外成像儀、跨軌紅外大氣探測(cè)器（Cross-trackInfraredSounder,CrIS）等探測(cè)載荷，探測(cè)波段包括紫外至微波，可見(jiàn)紅外成像儀設(shè)置了可見(jiàn)至長(zhǎng)波紅外22個(gè)通道，同時(shí)還包含微光通道；靜止氣象衛(wèi)星方面，GOES-R衛(wèi)星裝有先進(jìn)基線成像儀（AdvancedBaselineImager,ABI）等，ABI具有16個(gè)通道，可見(jiàn)光近紅外分辨率0.5～1.0km，紅外分辨率2.0km，特別是可以每5min提供一次全圓盤圖。3）衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)高效。NOAA衛(wèi)星系列采取上、下午星的組網(wǎng)觀測(cè)方式，美國(guó)“國(guó)防氣象衛(wèi)星”（DefenseMeteorologicalSatelliteProgram,DMSP）為晨昏軌道軍事氣象衛(wèi)星，軌道設(shè)計(jì)和應(yīng)用中考慮與NOAA衛(wèi)星的探測(cè)結(jié)合和分工。歐洲METOP衛(wèi)星在載荷配置上考慮與NOAA衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)的效能，美國(guó)NASA積極組織多國(guó)參與進(jìn)行全球觀測(cè)，建立EOS系統(tǒng)，并積極發(fā)展TRMM低傾角全球降水衛(wèi)星系列和“A-train”全球氣候觀測(cè)衛(wèi)星編隊(duì)等。4）軍民共同使用。DMSP衛(wèi)星是專用軍事氣象衛(wèi)星，所獲得的資料主要為軍隊(duì)所用，但也向民間提供云高、陸地和水面溫度、水汽、洋面和空間環(huán)境等信息。美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)的國(guó)防氣象衛(wèi)星系統(tǒng)（DefenseWeatherSatelliteSystem,DWSS），以及由NOAA和NASA共同負(fù)責(zé)的JPSS，形成了美國(guó)軍民共用氣象衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃。5）重視空間天氣監(jiān)測(cè)。美國(guó)、歐洲等國(guó)家已建立空間環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星體系，監(jiān)測(cè)空間環(huán)境并發(fā)布監(jiān)測(cè)、預(yù)警報(bào)告?？臻g環(huán)境數(shù)據(jù)不但作為空間天氣預(yù)報(bào)、警報(bào)的輸入條件，也促進(jìn)了空間環(huán)境模型的完善，有力保障了航天器在軌安全，我國(guó)目前還尚無(wú)專門的空間天氣監(jiān)測(cè)衛(wèi)星。1.2氣象衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)我國(guó)同時(shí)發(fā)展極軌和靜止軌道兩種氣象衛(wèi)星，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)不同時(shí)空尺度的天氣系統(tǒng)、氣候過(guò)程和全球變化，獲取完整的大氣遙感資料。經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，我國(guó)研制并發(fā)射了“兩代四型”氣象衛(wèi)星，建立了長(zhǎng)期、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行的高低軌組網(wǎng)氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)化、系列化的發(fā)展目標(biāo)風(fēng)云一號(hào)、風(fēng)云二號(hào)系列衛(wèi)星為我國(guó)第一代風(fēng)云氣象衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)氣象衛(wèi)星的從無(wú)到有和業(yè)務(wù)化運(yùn)行。風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)自主研制的第一代太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星，也是我國(guó)第一顆傳輸型遙感衛(wèi)星，使我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了氣象、海洋和空間環(huán)境的綜合探測(cè)應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)了“一星多用”，開創(chuàng)了我國(guó)氣象衛(wèi)星事業(yè)和航天事業(yè)的新紀(jì)元。風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)第一代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星，突破了自旋靜止衛(wèi)星5通道觀測(cè)技術(shù)、高精度圖像質(zhì)量的衛(wèi)星設(shè)計(jì)技術(shù)、星地一體化圖像配準(zhǔn)與定位技術(shù)、高精度定量產(chǎn)品及應(yīng)用、星地一體化的業(yè)務(wù)能力擴(kuò)展等關(guān)鍵技術(shù)。風(fēng)云二號(hào)系列共發(fā)射8顆衛(wèi)星。風(fēng)云三號(hào)、風(fēng)云四系列衛(wèi)星為我國(guó)第二代風(fēng)云氣象衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)氣象衛(wèi)星的性能大幅提升和定量化應(yīng)用。風(fēng)云三號(hào)已成功發(fā)射了2批次4顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了從紫外、可見(jiàn)光、紅外到微波探測(cè)的多載荷集成，可實(shí)現(xiàn)全球、全天候、多光譜、三維、定量綜合對(duì)地觀測(cè)，探測(cè)能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。世界氣象衛(wèi)星協(xié)調(diào)組織（CoordinationGroupforMeteoro?logicalSatellite,CGMS）已將風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星納入新一代世界極軌氣象衛(wèi)星網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃。風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星作為我國(guó)第二代靜止軌道氣象衛(wèi)星，是目前全球所有靜止軌道氣象衛(wèi)星中綜合對(duì)地觀測(cè)能力最強(qiáng)的氣象衛(wèi)星；其為國(guó)際首次由一顆星實(shí)現(xiàn)“高精度二維掃描成像+紅外高光譜三維探測(cè)+超窄帶閃電探測(cè)”，率先實(shí)現(xiàn)了靜止軌道紅外高光譜大氣垂直探測(cè)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平；首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)天基高幀頻高靈敏閃電探測(cè)。目前正在同步研制多顆風(fēng)云三號(hào)和風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星，2025年前將建成完整的第二代風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)。隨著氣象應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對(duì)星載遙感儀器的探測(cè)時(shí)間、空間和光譜分辨率要求大幅度提高，對(duì)探測(cè)信息反演物理量的要求越來(lái)越趨于精確定量化，必須具備長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)觀測(cè)的能力。WMO全球綜合觀測(cè)系統(tǒng)預(yù)計(jì)，到2040年用戶將需要：更高分辨率的觀測(cè)和更高的時(shí)間與空間采樣、覆蓋；數(shù)據(jù)質(zhì)量提升；新型數(shù)據(jù)類型，填補(bǔ)目前的觀測(cè)空白；高效且可交互操作的數(shù)據(jù)傳輸。從國(guó)內(nèi)外氣象衛(wèi)星發(fā)展的現(xiàn)狀和未來(lái)需求來(lái)看，氣象衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)如下：1）多星組網(wǎng)觀測(cè)，發(fā)揮不同軌道衛(wèi)星觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)。不同軌道探測(cè)具有其獨(dú)特的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合不同軌道氣象衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)觀測(cè)，能夠充分發(fā)揮不同軌道衛(wèi)星的作用，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象、氣候的高時(shí)空分辨的高精度預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)。2）衛(wèi)星平臺(tái)能力不斷增強(qiáng)，為高精度探測(cè)提供保障。歐美氣象衛(wèi)星平臺(tái)功能不斷增強(qiáng)，性能逐步提高，具有高性能的在軌自主管理、高精度的定位和姿態(tài)控制以及靈活高效的業(yè)務(wù)觀測(cè)，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量和長(zhǎng)期有效性。3）配置多種探測(cè)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，發(fā)揮不同探測(cè)體制的作用。目前歐美新一代氣象衛(wèi)星均注重星載有效載荷的綜合探測(cè)技術(shù)，配置了多種探測(cè)手段，如光學(xué)探測(cè)、微波主被動(dòng)探測(cè)、臨邊探測(cè)、高光譜探測(cè)等探測(cè)手段，通過(guò)對(duì)多類型傳感器協(xié)同觀測(cè)數(shù)據(jù)的融合處理，進(jìn)一步提高對(duì)整個(gè)地球5大圈層（大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈和生物圈）的綜合探測(cè)。2新一代衛(wèi)星協(xié)同智慧觀測(cè)體系實(shí)現(xiàn)新一代風(fēng)云衛(wèi)星在觀測(cè)要素、探測(cè)精度、探測(cè)手段、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、協(xié)同觀測(cè)、數(shù)據(jù)高效融合和應(yīng)急快速響應(yīng)等方面實(shí)現(xiàn)跨代，最終實(shí)現(xiàn)新一代風(fēng)云衛(wèi)星協(xié)同智慧觀測(cè)體系。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同運(yùn)行，提高綜合觀測(cè)效益。2.1觀測(cè)手段的體系化隨著氣象觀測(cè)需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)和應(yīng)用的不斷深入，風(fēng)云氣象衛(wèi)星及應(yīng)用技術(shù)快速發(fā)展，新一代風(fēng)云衛(wèi)星由單星觀測(cè)向體系化、智能化方向發(fā)展。體系化包含兩層含義：1）高效協(xié)同的體系化。對(duì)于短臨天氣預(yù)報(bào)而言，特別是突發(fā)天氣事件，其決策需要更高頻次的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。比如：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的強(qiáng)度和路徑變化；對(duì)局地災(zāi)害性事件（森林火災(zāi)、火山爆發(fā)、局地暴風(fēng)雪、空氣污染、化學(xué)或放射性事故等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)。新一代風(fēng)云衛(wèi)星通過(guò)衛(wèi)星組網(wǎng)、協(xié)同觀測(cè)提供全球1h級(jí)和中國(guó)區(qū)域1min級(jí)數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)觀測(cè)和獲取時(shí)效性。通過(guò)空間布局、多星組網(wǎng)和協(xié)同觀測(cè)等方式充分發(fā)揮各類觀測(cè)手段的體系化優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高時(shí)空分辨率連續(xù)觀測(cè)能力2）觀測(cè)要素的體系化。從觀測(cè)需求的角度出發(fā)，我國(guó)氣候種類多樣，地理特征獨(dú)特，自然災(zāi)害頻發(fā)。我國(guó)自然災(zāi)害以臺(tái)風(fēng)、洪澇、地質(zhì)和風(fēng)雹等災(zāi)害為主，地震、干旱、低溫冷凍、雪災(zāi)、森林火災(zāi)和草原火災(zāi)等災(zāi)害也以不同程度發(fā)生；數(shù)值天氣預(yù)報(bào)需要衛(wèi)星能夠準(zhǔn)確完整地給出大氣的初始狀態(tài)，涉及大氣溫、濕、壓、風(fēng)、云和大氣成分等關(guān)鍵變量信息；青藏高原被譽(yù)為“世界屋脊”“地球第三極”“亞洲水塔”，是我國(guó)重要的生態(tài)安全保障、戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備基地、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，也是全球氣候變化最為敏感的地帶之一。目前我國(guó)對(duì)青藏高原多圈層綜合觀測(cè)不足，對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估的科技水平有待提升。目前，風(fēng)云氣象衛(wèi)星缺乏對(duì)影響與氣象、氣候預(yù)測(cè)精度的溫室氣體、痕量氣體和三維云微物理特性參數(shù)、全球風(fēng)場(chǎng)以及高頻次的大氣降水測(cè)量等信息的探測(cè)能力，下一代氣象衛(wèi)星將發(fā)展激光雷達(dá)、紅外高光譜和多普勒全球測(cè)風(fēng)技術(shù)，近紅外、微波等氣壓探測(cè)技術(shù)，高頻次云雨穿透主被動(dòng)微波及激光探測(cè)技術(shù)等。氣象衛(wèi)星以國(guó)內(nèi)氣象、氣候和自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)迫切需求為牽引，開展體系組網(wǎng)、軌道布局、儀器配置等針對(duì)性研究，形成全要素觀測(cè)能力。通過(guò)光學(xué)與微波、主動(dòng)與被動(dòng)、天底與臨邊、偏振、多角度等觀測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)全要素組合觀測(cè)能力，服務(wù)天氣氣候預(yù)報(bào)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)。2.2高精度氣象衛(wèi)星遙感儀器探測(cè)精度和穩(wěn)定性提升新一代氣象衛(wèi)星將瞄準(zhǔn)世界氣象組織（WorldMeteorologicalOrganization,WMO）全球綜合觀測(cè)系統(tǒng)（WMOIntegratedGlobalObservingSystem,WIGOS)2040年愿景和我國(guó)氣象衛(wèi)星后續(xù)觀測(cè)需求，在補(bǔ)全探測(cè)要素的同時(shí)進(jìn)一步提高定量化觀測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)定量化更準(zhǔn)的氣象觀測(cè)。未來(lái)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、短臨天氣預(yù)報(bào)和微尺度天氣現(xiàn)象觀測(cè)，均需要更高的空間分辨率和光譜分辨率。到2040年，全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)分辨率將達(dá)到1km（目前為10km），區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報(bào)分辨率將達(dá)到100m（目前為1.5km），垂直分辨率將達(dá)到200m（目前為2km），對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)要求空間分辨率優(yōu)于100m，垂直分辨率優(yōu)于200m。高精度天氣預(yù)報(bào)需要?dú)庀笮l(wèi)星測(cè)量精度優(yōu)于1%（可見(jiàn)通道）、0.1K（紅外通道）、0.4K（微波）；對(duì)于氣候預(yù)測(cè)和服務(wù)而言，由于氣候的長(zhǎng)時(shí)間序列的緩慢變化特點(diǎn)，其對(duì)氣象衛(wèi)星遙感儀器探測(cè)精度和穩(wěn)定性的要求非常高，探測(cè)穩(wěn)定性要求10年變化率優(yōu)于0.3%（可見(jiàn)通道）、0.1K（紅外通道）、0.01%（太陽(yáng)輻射測(cè)量）。因此，需要進(jìn)一步提高觀測(cè)精準(zhǔn)度（高精準(zhǔn)度、高信噪比）以滿足氣候和痕量及污染氣體的觀測(cè)需求。目前我國(guó)氣象衛(wèi)星在觀測(cè)要素的全面性和精度方面，還無(wú)法滿足未來(lái)氣象業(yè)務(wù)的需求，而準(zhǔn)確及時(shí)的精細(xì)天氣預(yù)報(bào)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防安全，以及保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全和提高生活質(zhì)量密切相關(guān)。未來(lái)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平分辨率全球尺度要達(dá)到“公里級(jí)、小時(shí)級(jí)”，區(qū)域尺度達(dá)到“百米級(jí)、分鐘級(jí)”，其關(guān)鍵突破口在于提供更高時(shí)間和空間分辨率、更高精度和穩(wěn)定性的大氣溫濕度廓線等氣象衛(wèi)星資料，需要進(jìn)一步拓展觀測(cè)要素，填補(bǔ)天基觀測(cè)空白，從空間三維、時(shí)間和要素等三個(gè)維度來(lái)刻畫地球大氣圈層的快速發(fā)展變化，滿足應(yīng)用需求2.3觀測(cè)系統(tǒng)：提供新型觀測(cè)手段氣象衛(wèi)星產(chǎn)品是對(duì)地球多圈層、多要素和多尺度的長(zhǎng)序列、高分辨率、高精度和高質(zhì)量的多源觀測(cè)資料融合產(chǎn)品集。根據(jù)WMO全球觀測(cè)系統(tǒng)和我國(guó)氣象衛(wèi)星后續(xù)觀測(cè)需求，氣象衛(wèi)星需填補(bǔ)觀測(cè)要素空白，補(bǔ)齊現(xiàn)有氣象觀測(cè)短板，提高衛(wèi)星和有效載荷性能，實(shí)現(xiàn)多圈層、全要素、高效能和高質(zhì)量觀測(cè)。1）填補(bǔ)氣象觀測(cè)要素空白及短板。針對(duì)溫室氣體、痕量氣體和三維云微物理特性參數(shù)、全球風(fēng)場(chǎng)以及高頻次的大氣降水測(cè)量等信息的探測(cè)空白，氣象衛(wèi)星需配備“光學(xué)+微波、主動(dòng)+被動(dòng)、天底+臨邊”等多門類的新型的遙感儀器，采用新型的航天載荷探測(cè)技術(shù)，包括主動(dòng)激光氣象雷達(dá)、主被動(dòng)相結(jié)合的氣壓探測(cè)雷達(dá)、多頻段云雨測(cè)量雷達(dá)、氣象合成孔徑雷達(dá)（SyntheticApertureRadar,SAR）、紫外-可見(jiàn)-紅外-微波全波段臨邊大氣痕量氣體廓線探測(cè)儀等新型探測(cè)手段，有效獲取地球多圈層、全要素的氣象宏觀參量和微觀特征信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣關(guān)鍵參量的高精度、準(zhǔn)實(shí)時(shí)的有效觀測(cè)。后續(xù)靜止軌道衛(wèi)星將考慮擴(kuò)大觀測(cè)覆蓋范圍，提升全球觀測(cè)能力，進(jìn)一步加強(qiáng)中小微尺度天氣現(xiàn)象的高動(dòng)態(tài)觀測(cè)，如臺(tái)風(fēng)、暴雨的秒級(jí)視頻成像觀測(cè)。通過(guò)要素的補(bǔ)齊和時(shí)空分辨率的提升，為天氣預(yù)報(bào)及全球氣候預(yù)測(cè)、生態(tài)和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域提供精細(xì)化的探測(cè)資料。2）提升氣象衛(wèi)星綜合觀測(cè)性能。隨著氣象衛(wèi)星探測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在提升定量化測(cè)量精度的同時(shí)，氣象衛(wèi)星用戶對(duì)航天器的智能化、網(wǎng)絡(luò)化提出了迫切的需求，要求新一代氣象衛(wèi)星“好用、易用、管用”，要求衛(wèi)星提升操控性和自主健康管理能力，減少地面運(yùn)行維護(hù)的負(fù)擔(dān)。現(xiàn)有氣象衛(wèi)星常規(guī)固化的觀測(cè)模式和數(shù)據(jù)時(shí)效性，制約著載荷探測(cè)資料在氣象災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)中有效快速應(yīng)用，對(duì)區(qū)域強(qiáng)對(duì)流天氣高時(shí)間、空間分辨率探測(cè)及數(shù)據(jù)融合處理等能力也不足。新一代氣象衛(wèi)星通過(guò)星間互聯(lián)互通、協(xié)同觀測(cè)和多源數(shù)據(jù)融合，提升氣象衛(wèi)星體系綜合觀測(cè)效能3定量應(yīng)用應(yīng)用新一代風(fēng)云衛(wèi)星體系將進(jìn)一步滿足數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、天氣氣候分析、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域高精度、高穩(wěn)定度的定量應(yīng)用需求，全面瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)和領(lǐng)先水平。3.1生態(tài)通信體系新一代氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸呈現(xiàn)大吞吐量、多星組網(wǎng)通信、應(yīng)急信息分發(fā)等特點(diǎn)，氣象衛(wèi)星組網(wǎng)通信已成為信息快速獲取、多星協(xié)同智慧觀測(cè)的必備鏈路，新一代風(fēng)云衛(wèi)星體系朝著體系化及智能化方向發(fā)展。3.1.1高軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圍繞數(shù)據(jù)高效傳輸、暴雨、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)、陸地災(zāi)害等應(yīng)用需求，一體化氣象衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸組網(wǎng)體系架構(gòu)從功能架構(gòu)、控制架構(gòu)、部署架構(gòu)三方面構(gòu)建多場(chǎng)景適用、多任務(wù)滿足、資源高效利用和靈活可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。高軌衛(wèi)星作為體系骨干網(wǎng)和核心網(wǎng)絡(luò)，利用其覆蓋和星上處理能力的優(yōu)勢(shì)，并控制接入層低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高效的切換。風(fēng)云衛(wèi)星將具有高低軌異構(gòu)星座自主接入模式多、可靠運(yùn)行要求高、需要快速精準(zhǔn)建鏈等特點(diǎn)，將實(shí)現(xiàn)星間網(wǎng)絡(luò)和星地傳輸網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通及高效融合3.1.2實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)面向未來(lái)天氣和氣候應(yīng)用、環(huán)境和自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境探測(cè)需求，在保障業(yè)務(wù)應(yīng)用和應(yīng)急觀測(cè)場(chǎng)景下，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)化生成及分發(fā)，發(fā)展可見(jiàn)光/微光、紅外、微波等載荷的星上預(yù)處理、融合處理及動(dòng)態(tài)生成算法；通過(guò)實(shí)現(xiàn)星上可見(jiàn)與紅外、紅外與微波數(shù)據(jù)融合處理，加強(qiáng)氣象災(zāi)害應(yīng)急處理能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)云衛(wèi)星體系協(xié)同智慧觀測(cè)，提升氣象衛(wèi)星體系觀測(cè)及應(yīng)用效能，進(jìn)一步提升我國(guó)天基系統(tǒng)應(yīng)急綜合服務(wù)能力3.1.3智能高光裕星觀測(cè)和獨(dú)立任務(wù)規(guī)劃技術(shù)的優(yōu)勢(shì)面向氣象要素遙感的星上知識(shí)系統(tǒng)構(gòu)建、氣象遙感任務(wù)星上自主決策、在軌啟發(fā)式智能任務(wù)推理和基于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的星上自主任務(wù)規(guī)劃等內(nèi)容3.2高精度基準(zhǔn)傳遞受傳統(tǒng)遙感載荷定標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及地面輻射校正技術(shù)理論極限的制約為提升全球氣象等遙感衛(wèi)星輻射測(cè)量精度水平和滿足全球氣候變化研究需求，美歐和中國(guó)科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)提出了空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)傳遞的概念?？臻g輻射測(cè)量基準(zhǔn)衛(wèi)星是具有極高輻射測(cè)量精度的定標(biāo)衛(wèi)星，與其他遙感衛(wèi)星對(duì)地球同一目標(biāo)的同時(shí)空觀測(cè)，去“標(biāo)定”其他衛(wèi)星，從而將輻射測(cè)量基準(zhǔn)“傳遞”到別的衛(wèi)星之上。既可以訂正其他遙感儀器不確定度，解決不同遙感儀器相互一致性問(wèn)題，為空間地球觀測(cè)系統(tǒng)提供高精度可溯源的統(tǒng)一基準(zhǔn)，又可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的超高精度輻射測(cè)量，滿足全球氣候變化監(jiān)測(cè)需求。我國(guó)高度重視空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)問(wèn)題，連續(xù)通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等渠道支持空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展，部署了“空間輻射基準(zhǔn)源研制”和“空間輻射基準(zhǔn)載荷研制”等前瞻性預(yù)研項(xiàng)目，為空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)系統(tǒng)研制奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)瞄準(zhǔn)支撐實(shí)現(xiàn)國(guó)際首次空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)溯源的目標(biāo)，面向新體制的空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)載荷和復(fù)雜的輻射基準(zhǔn)傳遞模式，必須采用全新的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，開展精細(xì)化、定量化、智能化遙感平臺(tái)技術(shù)研究，突破全球高低軌衛(wèi)星遙感儀器高精度基準(zhǔn)傳遞系統(tǒng)指標(biāo)體系，構(gòu)建面向長(zhǎng)時(shí)間序列氣候觀測(cè)的大尺度平臺(tái)與載荷一體化高精高穩(wěn)控制、面向多星交叉定標(biāo)場(chǎng)景實(shí)時(shí)智能自尋優(yōu)和調(diào)度管理等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提高衛(wèi)星平臺(tái)長(zhǎng)壽命、高可靠、敏捷性、穩(wěn)定性等方面能力，提升全球氣象、遙感衛(wèi)星整體定標(biāo)精度。根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)劃，中國(guó)將成為第一個(gè)建立空間輻射測(cè)量基準(zhǔn)的國(guó)家，率先實(shí)現(xiàn)直接向國(guó)際單位（SI）溯源。3.3高性能新體制載荷技術(shù)根據(jù)WMO地球觀測(cè)系統(tǒng)2040遠(yuǎn)景目標(biāo)和我國(guó)氣象觀測(cè)需求，新一代氣象衛(wèi)星在現(xiàn)有載荷基礎(chǔ)上，發(fā)展氣象觀測(cè)必需的核心高精尖氣象觀測(cè)載荷，開展換代載荷功能、性能提升方面的技術(shù)攻關(guān)，帶動(dòng)我國(guó)載荷核心技術(shù)發(fā)展，同時(shí)，對(duì)新型載荷開展技術(shù)攻關(guān)，填補(bǔ)應(yīng)用空白。3.3.1突破關(guān)鍵技術(shù)瞄準(zhǔn)用戶定量化精度、時(shí)空分辨率和光譜分辨率等需求，開展氣象衛(wèi)星的多通道成像、高光譜探測(cè)、微波成像和極軌主動(dòng)降雨測(cè)量等有效載荷功能、性能換代關(guān)鍵技術(shù)研究，包括多功能可見(jiàn)紅外多光譜成像技術(shù)、紅外甚高光譜大氣探測(cè)技術(shù)、一體化高光譜大氣溫濕度探測(cè)技術(shù)、高精度一體化高性能微波成像技術(shù)、紫外-可見(jiàn)-紅外高光譜探測(cè)技術(shù)和寬幅高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)等研究；突破核心關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵器件技術(shù)，如大面陣/長(zhǎng)線列探測(cè)器、光柵、高精度定標(biāo)黑體、高精度測(cè)角機(jī)構(gòu)等核心元器件和傳感器技術(shù)、大功率散熱和芯片級(jí)散熱技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，引領(lǐng)天基氣象觀測(cè)核心技術(shù)發(fā)展。多通道成像載荷實(shí)現(xiàn)亞百米級(jí)空間分辨率，可見(jiàn)光1%、紅外0.1K、微波0.4K定標(biāo)精度，高光譜探測(cè)實(shí)現(xiàn)1～5km分辨率、0.25cm3.3.2太赫冰云探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)針對(duì)地球系統(tǒng)觀測(cè)中了解較少的大氣信息空白，如大氣成分、數(shù)值模式中的云、氣溶膠、輻射收支、風(fēng)、太陽(yáng)風(fēng)、溫室氣體、臨近空間溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)等，需開展新型載荷關(guān)鍵技術(shù)研究，包括太赫茲冰云成像技術(shù)、三頻降水多普勒雷達(dá)技術(shù)、激光雷達(dá)測(cè)云、測(cè)風(fēng)技術(shù)、氣象SAR技術(shù)、主動(dòng)微波海表氣壓雷達(dá)技術(shù)、空間輻射基準(zhǔn)測(cè)量載荷技術(shù)、高軌太赫茲冰云探測(cè)和低軌大視場(chǎng)閃電觀測(cè)技術(shù)等，突破長(zhǎng)壽命高穩(wěn)定干涉式激光器光源及收發(fā)系統(tǒng)、太赫茲雷達(dá)天線及發(fā)射源技術(shù)、高精度高穩(wěn)定輻射源技術(shù)和核心器件低功耗小型化技術(shù)等。解決新型載荷面臨的工程化難題，填補(bǔ)高功耗三維降水結(jié)構(gòu)探測(cè)、高精度三維云結(jié)構(gòu)探測(cè)、高靈敏度冰云微物理參數(shù)探測(cè)和主被動(dòng)聯(lián)合高精度海面氣壓探測(cè)等觀測(cè)手段和觀測(cè)要素的空白。3.4高質(zhì)量的遙感技術(shù)為滿足高性能載荷提供高品質(zhì)運(yùn)行環(huán)境，對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)性能提出了更高需求，主要體現(xiàn)在平臺(tái)靜穩(wěn)能力3.4.1星配置撓性學(xué)特性平臺(tái)姿態(tài)穩(wěn)定度是影響載荷成像質(zhì)量的核心指標(biāo)。與常規(guī)遙感衛(wèi)星相比，氣象衛(wèi)星配置大型撓性帆板和多臺(tái)大慣量旋轉(zhuǎn)載荷，具有低頻撓性密集、干擾力矩復(fù)雜多變等動(dòng)力學(xué)特性，高精高穩(wěn)控制難度大。需要解決帆板撓性振動(dòng)的被動(dòng)抑制、復(fù)雜干擾力矩高精度實(shí)時(shí)辨識(shí)與補(bǔ)償控制等難題，為遙感載荷提供靜穩(wěn)的工作環(huán)境3.4.2熱電交變對(duì)載荷的指向偏差由于氣象遙感要素多、精度高，需要衛(wèi)星采用多種有效載荷對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行多手段觀測(cè)。而在軌冷熱交變環(huán)境下，安裝面熱變形引起的指向偏差將導(dǎo)致載荷指向偏離預(yù)定目標(biāo)。為解決多載荷精準(zhǔn)指向問(wèn)題，需要通過(guò)高導(dǎo)熱和低膨脹材料的低變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高精度激光光電探測(cè)器件（PositionSensitiveDevice,PSD）測(cè)量實(shí)現(xiàn)超低變形結(jié)構(gòu)及在軌測(cè)量3.4.3影響定量應(yīng)用效果的因素在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中，需要使用衛(wèi)星圖像對(duì)云、地物進(jìn)行精確的定位和追蹤，傳統(tǒng)的地面配準(zhǔn)手段因重采樣造成的輻射精度或分辨率損失，影響定量應(yīng)用效果。針對(duì)新一代氣象衛(wèi)星亞角秒級(jí)圖像定位精度的需求，需要通過(guò)相對(duì)統(tǒng)一基準(zhǔn)的高精度姿態(tài)確定、姿態(tài)軌道偏差在軌實(shí)時(shí)補(bǔ)償（如圖1所示）、成像系統(tǒng)在軌熱變形等效建模等手段，提升遙感圖像定位配準(zhǔn)精度達(dá)到亞角秒級(jí)圖像定位，為遙感數(shù)據(jù)的定量化處理和應(yīng)用提供保障4關(guān)于發(fā)展的措施和建議4.1建設(shè)基于云的全球氣象應(yīng)用快速響應(yīng)平臺(tái)衛(wèi)星研制、運(yùn)行維護(hù)、數(shù)據(jù)分發(fā)與遙感應(yīng)用是氣象衛(wèi)星應(yīng)用的完整鏈路。為挖掘應(yīng)用效能，應(yīng)促進(jìn)應(yīng)用鏈路中的各項(xiàng)工作，特別是衛(wèi)星研制與遙感應(yīng)用的雙向融合，努力實(shí)現(xiàn)星上人工智能數(shù)據(jù)處理、多星多站觀測(cè)自主任務(wù)規(guī)劃、星地人機(jī)智能交互及地面系統(tǒng)自主運(yùn)維；以氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為基礎(chǔ)，建設(shè)“云+端