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万里之外的冬奥守护

发布时间:2022年04月08日 来源:中国气象报社

  浩瀚星空,有一颗拱卫地球的“新星”,云团、积雪、涡旋在它眼中无处遁形。虽然其观测范围西达印度洋,东逾太平洋国际日界线,但这一次,它将目光聚焦到北京冬奥赛场。
  远隔万里 温暖守望
  冬奥赛场上,当运动健儿在冰雪中挥洒汗水之时,远在万米高空中有一个“守护神”,正默默注视着赛场风云的一举一动。
  这个“守护神”,就是风云四号B星。
  事实上,在冬奥场馆周围已经有成群林立的“气象卫士”——地面自动气象站对这片区域严加“看护”,避免雨雪等高影响天气对赛事造成不利影响。
  然而,奥运赛场面对的是大面积山区监测,下垫面复杂、时效要求高,地面观测很难做到大范围、无死角、高密度的保障。这时,卫星的优势便体现了出来——卫星从天上往下看,视角广、无死角,山地监测的每一个点都能兼顾到。简而言之,不管赛场多大、多崎岖,这个最牛“守护神”扫一眼即可搞定。
  “风云四号气象卫星主要提供天气监测预警观测服务,在冬奥气象服务保障中,重点是对赛区上游天气系统的发展和赛区上空的三维大气进行实时监测,提供分钟级大范围的观测。监测获取的地面积雪、三维大气温度、大气风场以及云快速变化信息,可有效突破测站点观测的局限性。” 风云四号静止气象卫星光学星地面系统总设计师陆风说。
风云四号B星地面系统在轨测试产品 图/国家卫星气象中心
  长剑在手 直指风云
  2月4日,立春,北京冬奥会开幕。
  律回岁晚冰霜少,春到人间草木知。当观众沉浸在二十四节气倒计时飘散出的浓浓中国风时,在距离地球3.6万公里外太空的地球静止轨道上,风云四号B星也在用它独特的方式书写着“气象人的浪漫”——今夜,它为冬奥守护。
  根据加密观测方案,风云四号B星进入24小时1分钟高频次观测模式,以冬奥赛区为中心,开展百米级真彩色快速成像观测、500米分辨率卷云和冰雪观测处理,以及2公里分辨率红外观测。观测获取的资料生成高频次监测产品,对冷空气影响下温度、风速风向和云的影响进行评估,应用卫星实时监测对数值模式的温度预报结果进行分析,为开幕式服务保障提供观测支撑。
  一分钟观测一次意味着什么?
  百万平方公里区域分钟级连续观测成像,为强降水、强对流等短时极端天气提供小于1分钟间隔的区域高分辨率昼夜连续监测数据,从而有效监测极端天气的生成、发展和消亡过程,为数值天气预报、短临天气预报提供更高频次的观测数据。
  而这个太空“守护神”之所以能做到分钟级观测,是因为其携带了一把“倚天长剑”——快速成像仪。
  “该卫星所搭载的快速成像仪是世界首台在静止轨道上提供1分钟间隔持续昼夜高频次成像的仪器,可提供2000公里×1800公里区域的1分钟间隔多谱段连续观测,对台风、暴雨和中尺度灾害性天气的监测更加灵活、精密。”陆风说,这让人们不仅能清晰地看到分钟级的“风起云涌”变化过程,实现“哪里有灾害迅速看哪里”的愿望,还为科学研究提供全新的观测手段。
  此外,辐射成像仪、干涉式红外探测仪等载荷的高精度高灵敏度观测,使风云四号B星可在3.6万公里距离精确感知到地球大气0.05℃的温度变化,其探测结果与真实值偏差小于0.5℃——这些都是风云四号B星的神器。
  雪中“亮剑” 心系一方
  “从这张云图中可以明显看出,冷空气正自西向东移动,积雪在地面不断积累的动态变化过程也清晰可见。”陆风指着风云四号B星获取的1分钟快扫云图说。
  从2月12日夜间开始,冬奥赛区出现明显降雪。2月13日,原定10点在张家口赛区云顶滑雪公园举行的女子自由式滑雪坡面障碍技巧资格赛,因为持续的降雪被迫取消。
  为了对整个降雪过程进行精准预报,外太空“守护神”再次“亮剑”。
  事实上,冬奥期间遇到重要天气时,气象部门都会提前一天确定观测区域,对卫星轨道姿态进行精确计算,评估卫星电源、仪器状态和地面设备状态,然后编制卫星观测任务时间表和卫星观测指令,由地面系统向卫星发送控制指令。随后,快速成像仪根据指令指向预定区域开展观测,地面接收处理及分发系统切换至紧急观测状态,集中所有资源在运行控制中心的统一控制下开展快速成像仪数据处理和服务。
  为了支持预报员更快捷地分析层云和雾的变化动态,风云四号地面系统团队应用人工智能技术新开发了夜间可见光图像产品,突出冰雪动态发展信息,支持降雪态势分析。团队重点针对快速成像仪250米云图动画、大气温度、大雾等冬奥气象产品开展研发,全新研发的多通道融合夜间雾监测和可见-红外融合对流监测等图像产品投入了冬奥气象服务保障,风云四号B星真彩色合成图成为冬奥气象服务重点保障产品。
  冬奥期间,风云四号B星多次亮出“倚天长剑”——共执行55007个任务,发送257616个指令,获取2014幅云图,快扫仪获取19770幅冬奥区域云图。根据卫星云图制作的冰雪实时卫星监测天气过程演变和冬奥赛区降雪监测分析报告,为预报员精准预测天气提供了重要支撑。
  (作者:吴鹏 责任编辑:闫泓)

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