風(fēng)云四號(hào)A星“拍攝”的第一幅地球彩色合成圖像。國防科工局供圖

一張像極了藍(lán)色彈珠的地球眺望圖，前不久在微信朋友圈里刷屏。這張照片的拍攝者正是我國目前最為先進(jìn)的氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)，這也是它“拍”下的第一幅彩色合成圖像。隨之被刷屏的還有我國首次獲取的閃電分布圖，有人驚嘆，原來衛(wèi)星真的能“抓到”閃電。

鮮為人知的是，這些美圖并非一蹴而就，從風(fēng)云四號(hào)“流水線”前端的黑白照片，到變身眉眼清晰的彩色美圖，最后為公眾提供臺(tái)風(fēng)、洪澇、暴雨預(yù)報(bào)等服務(wù)，中間還需要很多加工處理的過程。中國青年報(bào)·中青在線記者采訪了風(fēng)云四號(hào)地面應(yīng)用系統(tǒng)副總師郭強(qiáng)，揭秘這些地球的高清寫真是如何誕生的。

控制：5000次問候“知冷知熱”

風(fēng)云四號(hào)是我國第一顆靜止軌道上三軸穩(wěn)定的定量遙感衛(wèi)星，2016年12月11日成功發(fā)射。國防科工局總工程師、國家航天局秘書長田玉龍?jiān)陲L(fēng)云四號(hào)首批圖像發(fā)布會(huì)上表示，經(jīng)初步分析，圖像層次分明，云層和地表紋理豐富。

這是結(jié)果。要搞清楚整個(gè)來龍去脈，還要從圖像回傳說起。首批數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確回傳，需要地面站實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的精準(zhǔn)控制。郭強(qiáng)說，由于衛(wèi)星對(duì)指令的存儲(chǔ)能力有限，地面系統(tǒng)需要與衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)的任務(wù)和指令交互，即風(fēng)云四號(hào)的每一個(gè)觀測動(dòng)作都是在地面系統(tǒng)的精確控制下完成的。

他告訴中國青年報(bào)·中青在線記者，地面系統(tǒng)每天對(duì)衛(wèi)星發(fā)送的業(yè)務(wù)化指令可達(dá)5000條以上，而對(duì)風(fēng)云二號(hào)每天發(fā)送的指令數(shù)量僅有100多條。目前這5000多條業(yè)務(wù)化指令都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)發(fā)送。

不過，自動(dòng)化業(yè)務(wù)并不能完全代替人工操作。郭強(qiáng)說，每年春秋季前后，在45天左右的時(shí)間里，太陽每天都會(huì)被地球擋住一段時(shí)間，衛(wèi)星獲得能量受到影響，最長一天內(nèi)將有72分鐘照不到太陽，如果不進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，衛(wèi)星就會(huì)嚴(yán)重失溫，甚至將會(huì)影響到衛(wèi)星安全。

他們把這段時(shí)間稱為“地影期”，這時(shí)，地面站的工作人員就要提前考慮，給衛(wèi)星發(fā)送指令，利用星上自帶的蓄電池為衛(wèi)星預(yù)熱“保溫”。

接收：快到能融雪的“碗”里來

接下來，首批觀測數(shù)據(jù)就要踏上回到地球的征途了。

在中國氣象局北京地面站，可以看到，風(fēng)云四號(hào)的接收天線，如同一口口“大碗”，整齊劃一地面朝西南矗立。

郭強(qiáng)說，對(duì)于靜止氣象衛(wèi)星來說，天線是需要時(shí)刻面向處于赤道上空35800公里處的衛(wèi)星的。所以，通過北京與赤道相對(duì)位置的判斷，這些天線要時(shí)刻面朝西南方向接收數(shù)據(jù)。實(shí)際上，雖然籠統(tǒng)說是西南方向，但每個(gè)天線的方向都需要精密判斷。

在北京衛(wèi)星地面站，有特別設(shè)置的風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星測距天線。這些測距天線是正常的數(shù)據(jù)接收天線的“迷你”版，能從地面發(fā)射無線電信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星的距離進(jìn)行測定。

郭強(qiáng)說，通過將北京站、廣州站、佳木斯站、烏魯木齊站等地面站測量的距離進(jìn)行整合分析得到的空間位置預(yù)報(bào)結(jié)論，其精度已經(jīng)達(dá)到了在距離衛(wèi)星35800公里外，誤差范圍只有40米左右。

值得一提的是，數(shù)據(jù)接收天線自身有100多噸重，在它們的下面，有33根1米直徑的柱子，直接打到地下25米深的巖層，這可比樓房地基深多了。這樣的天線能夠在6至7級(jí)大風(fēng)天氣里正常工作。而在下雪天里，這些天線也能夠啟動(dòng)加熱裝置，為自己除雪。

接著，通過這些專屬接收天線，遨游天際的海量數(shù)據(jù)就可以回到地面，進(jìn)入早已經(jīng)過反復(fù)測試的流水線，開啟變身之旅。

變身：用顯微鏡觀看一片葉子

不過，剛從天際回歸的首批衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)量超過1700GB——“太大，太多了！”

郭強(qiáng)說，通過解壓、拆分、提取，再經(jīng)過定標(biāo)、定位，這些數(shù)據(jù)才能被整合形成一張以衛(wèi)星為視角拍攝的地球灰白圖像。

事實(shí)上，剛剛提取出來的這些原始數(shù)據(jù)，被稱為“零級(jí)數(shù)據(jù)”，其實(shí)是對(duì)地球進(jìn)行三次“拍照”拼成的一整張圖像。這些“零級(jí)數(shù)據(jù)”看起來雜亂無章，常人是無法分辨出有用信息的。

郭強(qiáng)說，想要“變身”為有用的數(shù)據(jù)，就必須要通過數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，讓“零級(jí)數(shù)據(jù)”進(jìn)階成為“一級(jí)數(shù)據(jù)”。

他告訴中國青年報(bào)·中青在線記者，通過處理，“零級(jí)數(shù)據(jù)”將被整合成為一張灰白色的地球圖像。這張圖，就像是人站在衛(wèi)星上用相機(jī)對(duì)地球拍出的一張照片。這張圖像蘊(yùn)藏著豐富的溫度數(shù)據(jù)，那么，如何讓一張圖像“站起來”，表示出不同位置的不同溫度，還需要科研人員把不同灰度“翻譯”為不同溫度，這是對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化應(yīng)用中最重要的一步。

他說，目前，風(fēng)云四號(hào)在海面溫度、云頂溫度方面的定標(biāo)誤差已經(jīng)非常小，可以控制在正負(fù)0.5℃之間。

產(chǎn)品：哪里有閃電，臺(tái)風(fēng)怎么走

最后一步，則是讓這些“一級(jí)數(shù)據(jù)”走下流水線，走進(jìn)公眾生活，變成每天要看的天氣預(yù)報(bào)以及其他服務(wù)產(chǎn)品。

事實(shí)上，這次代表風(fēng)云四號(hào)參加首批圖像發(fā)布會(huì)的圓盤圖、大氣光譜圖、閃電分布圖以及磁暴監(jiān)測圖僅僅是眾多產(chǎn)品中的冰山一角。

郭強(qiáng)告訴中國青年報(bào)·中青在線記者，風(fēng)云四號(hào)提供了28類定量產(chǎn)品，包括云和大氣產(chǎn)品、地表類產(chǎn)品、天氣產(chǎn)品、輻射產(chǎn)品等多種種類。他說，基于這些產(chǎn)品，預(yù)報(bào)員才可以準(zhǔn)確的了解到哪里有閃電、臺(tái)風(fēng)的精細(xì)化路徑是什么、強(qiáng)對(duì)流天氣的初生對(duì)流發(fā)生在哪里。

風(fēng)云四號(hào)首批圖像的亮相只是一個(gè)開始，海量數(shù)據(jù)正在不斷從這條加工流水線上走出。中國氣象局副局長、風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星工程總指揮于新文說，截至目前，風(fēng)云四號(hào)已開發(fā)的定量產(chǎn)品種類和數(shù)量是風(fēng)云二號(hào)的3倍，數(shù)據(jù)量是風(fēng)云二號(hào)的160倍。（記者 邱晨輝 通訊員 牛彥元）

[責(zé)任編輯：楊凡、方蕾]

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