我所親歷的風云衛星探索路

王碧瑤

1969 年，周恩來總理提出：“要搞中國自己的氣象衛星！”

截至2019年2月，我國已成功發射了17顆風云系列氣象衛星，現有8顆在軌穩定運行，形成了包含風云一號、風云二號、風云三號和風云四號衛星在內的風云衛星家族，是世界上三個同時擁有地球靜止軌道氣象衛星和太陽同步軌道氣象衛星的國家之一。

50年來，航天人與氣象人攜手共進、前赴后繼，實現了我國氣象衛星從無到有、從弱到強的跨越發展，讓“風云衛星”成為太空中靚麗的“中國名片”！

本期《科學家》邀請中國工程院院士、氣象衛星應用專家、國家衛星氣象中心原總工程師許健民，為你講述風云氣象衛星背后的科研故事。

中國要不要搞氣象衛星？

1969年，周總理提出“要發展中國自己的氣象衛星”，1988年，我國自己的氣象衛星才成功發射升空。當時，鄧小平同志曾經問過氣象衛星的進展怎么樣啊！實際上，我們遇到了許多問題。

1978年，我被派到澳大利亞考察。那時，我看到澳大利亞的全球衛星云圖，是美國衛星云圖拼成的全球圖，通過通信廣播衛星由澳大利亞接收，我覺得好得不得了。當時我問他們，我們中國能不能收到這個圖，澳大利亞人表示中國在衛星云圖接收范圍以外。當時感覺中國氣象臺狀況和澳大利亞氣象局差距實在太大了。當時，我國氣象衛星的局面和現在是沒法比的。

由于當時國家的工業基礎薄弱，許多事情做不出來；當時我們對衛星的了解有限，許多細節搞不明白，進展非常緩慢。

氣象衛星研制花費大，進展又緩慢，在當時就出現了不同的意見。有人說“氣象衛星花了那么多的錢，進展不大，是不是就下馬吧！”

當時，國家氣象局的鄒競蒙局長覺得中國的氣象事業還是要走科學的道路。氣象衛星做了那么多年，進展不大，有反對的聲音怎么辦？他就交給我一項任務，就是要把氣象衛星應用做好，要顯示氣象衛星是有用的！

氣象衛星對我們做氣象人來講，當然非常有用。但是問題是你怎么讓公眾知道？讓公眾相信氣象衛星有用？

其實，衛星氣象中心已經做了許多許多很好的工作。當時森林火災的云圖、農作物展示的云圖都可以做出來了，就是沒有在實際中應用。

我就跟大家講，咱們要邊研究，邊應用，正在研究的東西，要盡快的用到實際中去。

那么實際上這里面有許多許多許多的工作要做，不是說你一個口號喊出來，這件事情馬上自動的就成了。

一張氣象云圖解決一場扯皮官司

在這其中，有一個很偶然的事情，卻讓我們的同志很受鼓舞。

當時，我們有位同志拿著衛星拍到的一張帶火點的照片到內蒙古調研，調研火點是否真實存在。

到那邊發現，兩個鄰近的縣正在打官司，有個縣受災了，縣里人說火是西邊的縣吹過來的，因此要找西邊的縣索賠，西邊的縣不承認，正好他們在打官司。

我們的同事就拿氣象云圖給法院看，法院一看非常清楚的顯示，西邊的縣先著火，再吹過來，根據云圖法院就判了這個火是從西邊縣吹過來的。

當時，這件事情被中央人民廣播電臺報道了，我們衛星中心同志都受到很大的鼓舞，衛星總是有用的！

大興安嶺火災

氣象衛星云圖第一次在電視上播出讓所有人都知道氣象衛星真有用！

1 987年5月6日至6月2日，黑龍江省大興安嶺地區發生特大火災，是新中國成立以來最嚴重的一次森林火災。

這場火災太大了，火跑得比汽車還快，老百姓都不知道往哪兒躲。當時技術手段落后，怎么把圖傳到當地，成為一大難題。

當時，我們就找到相關部門的同志，問他們能不能用電視把圖傳下去，如果你不把圖傳下去，當地的人就不知道大火的情況，撲火的過程就會受到很大影響。

他們說要向領導匯報。我也被叫到中央氣象局，氣象局再向國務院上報，值班室撥通了時任國務院總理李鵬秘書的電話讓我匯報情況。我把情況說清楚了，李鵬總理批示可以在電視里播，于是火災的氣象云圖就在電視上播了，連續播了二十幾天。

后來，李鵬總理到大興安嶺火災地區視察，我們當時知道這個消息以后，馬上叫大家去買照相簿，為什么呢？當時的屏幕圖傳不過去，快下班了，我們趕快把照相簿買來，大家通宵工作。

我們把氣象衛星的云圖沖洗出來，一張一張把時間序列排出來了，發火以前什么樣？第一火點在哪里？后來怎么發展起來的？火災怎么移動的？現在有多大面積？我們全都分析清楚了。

當時我們衛星中心動員大家一塊干！有人作圖，有人分析，有人打字，把每個圖下面做了說明，把火災發生情況做了一本相冊，把火的過程給說清楚了。

李鵬總理看到這個本子后，在森林火災防火會議上講了下面的話，他說，“氣象衛星是有效的高科技手段，其他手段沒法代替”。6月份，李鵬總理就來到衛星氣象中心，他說“看到氣象衛星的重要性，我們雖然現在國家財政方面都還比較困難，但是我們要支持氣象衛星，讓極軌和靜止兩方面的氣象衛星能夠盡早發射”。他說的話，是對氣象衛星的極大支持。

在氣象衛星進展比較緩慢的時候，這件事情讓當時的國家領導知道氣象衛星在國家層面上有用。對社會公眾，我們的氣象衛星云圖在電視上連續播了二十幾天，我們的工作也被廣大群眾知道。有一次我在馬路上聽老百姓講，說是現在不一樣了，大火到哪里衛星都能看見，電視里天天在播，像電視連續劇一樣，讓許許多多的人都知道，氣象衛星有這樣的能力。

另外一方面，對衛星氣象中心的人員來講，起到了極大的鼓舞作用，大家工作上都特別有干勁。這件事對氣象衛星起到極大的推動作用。

從太空到地面打通地空傳輸最后一公里

1988年9月4日，太原衛星發射中心，衛星發射進入倒計時指揮員發出命令：“5小時準備！”就在這關鍵時刻，發射控制中心的控制臺上突然失去了A星的所有遙測信號，指揮部不得不決定停止發射，對衛星展開現場救修。經過一場艱難的“手術”搶救，3天后，衛星成功升空，從此，我國有了自己的氣象衛星。

衛星發射39分鐘后，遠在新疆烏魯木齊的衛星地面接收站，第一時間將接收到的氣象衛星資料，傳送到位于北京的國家衛星氣象中心，那是一張太陽剛從地平線升起的可見光云圖，這便是中國氣象衛星的第一圖。

衛星發射前夕，信息通道能否如期打通？

許健民：1988年，我們要發衛星了。衛星上去以后，數據接收、傳遞、成圖、顯示，這些環節都要通暢運行才可以。

所以，我們面臨的第二件非常重要的事情，就是把信息通道打通、做對、做準確。這件事情可不是一件容易的事！當時的局面，第一個，硬件設備不到位。我們買的計算機是IBM的，當時我們衛星馬上發射了，他的設備不到位。當時，我就找IBM的人，問他什么時間東西能到位。他跟我說，“我們這個全球公司，磁盤在巴西做，處理器在新加坡做，都要到那個地方才能做，這個急不得。”我說：“不行，我們買你東西，你就要如期到位。如果你不按照合同，按期保質保量做到，我不理你了。”這樣，給他們壓力讓他們趕快把這個事情做了。

主干線上的薄弱環節，件件是大事

其實，世界上的事情有兩種，一種事情很復雜，就解決不了；第二種事情，就是你根本就沒有認真去做，但這個事情很容易往前推動一步的。我們自己內部也有許多地方不通。

我當時提了一個口號叫做“主干線上的薄弱環節，件件是大事”。然后，我就去各部門看，到機房一看，蓄電池、電纜、空調樣樣都是雜亂堆著的。我今天看過了，下禮拜還來看，經常到底下抽查，這樣就使得底下的方方面面的環節，慢慢改掉了以前工作散漫的習慣，沒做好的就也趕快做好了！

解決軟件難題一個小姑娘鼓舞的攻堅斗志

一手抓衛星團隊的工作狀態，一手抓地面軟硬件設施的建設。風云一號A星發射前，衛星團隊經歷了將近10年的艱苦攻關。

改革開放后的第一年，氣象部門引進氣象衛星資料處理軟件。從20世紀70年代末到80年代初，在運算速度不及如今個人電腦百分之一的“大型機”上，國家衛星氣象中心團隊下苦功夫，熟練掌握了衛星資料定量處理技能。

1985年，在這套數據處理軟件基礎上，國家衛星氣象中心自主開發了一套完整的衛星資料處理系統，為風云一號地面系統的研發奠定了堅實基礎。在風云一號發射前半年包含14個軟件包， 40萬條程序的風云一號地面資料接收處理系統正式開發完成。回憶起這段漫長的攻關經歷許健民院士說這些人做的工作值得大家銘記。

許健民：最早，我們有個數據處理軟件的框架，但是框架不完整，需要制作一個頂層的設計使多個程序在計算機里協同工作。有的人跟我反映，這個工作做不好。當時，有幾位從科學院調過來的非常有資歷的計算機方面專家也跟我講這件事情不是那么容易。

我們有一位同志叫施進明，當時還是小姑娘，現在都已經是老太婆了。施進明就來跟我講，這件事情能做。我就鼓勵她把這件事情做出來。然后，經過一段時間，她把這個事情做出來了。做出來了以后，我在全中心的會上好好表揚了她，她解決了我們的軟件難題之一。

第二件事情，就是楊茂成把小機器到大型機器問題解決了。當時，他干活到什么程度呢，大家都在機房里忙，他忙得一頭撞在玻璃上。機房的玻璃非常干凈，他以為透明，就一頭撞出去了，撞的頭上都是血。這說明什么呢？當時大家的工作熱情都非常好。

第三件事情，進入大型機器以后，怎么把作業組織起來，王櫟樹就把這件事情解決了。

施進明解決了小機器，楊茂成解決了小機器升級大機器，王櫟樹解決了大機器里把作業調度起來。這樣就把美國人帶回來的程序激活了。所以，我們在風云一號衛星上去之前，就把這件事情完成了，并且完成的非常非常好。

所以，這些工作我們完成了，風云一號衛星第一次上天的時候圖就出來了。

1 988年10月15日，“風云一號”A星傳回的圖像發生扭曲，衛星姿態失控。最后，只留下地球的一條弧線。這時，距離衛星升空39天。

1997年6月10日，我國第一顆地球靜止氣象衛星風云二號A星發射成功，運行3個月后，衛星開始出現一些故障，只能間歇性工作，每天工作6到8小時之后就要休息，在氣象業務應用上卻沒有實現業務化。2000年6月25日，風云二號B星接過A星未完成的使命，搭載“長征三號”火箭從西昌衛星發射中心發射升空。

風云二號B星是第二顆進入軌道能夠工作的衛星，但工作一段時間以后，數據傳不下來，下來的都是質量很差的麻點。

怎么辦？我們衛星氣象中心做了兩件事。第一件事情，我們記錄下來了衛星的所有數據。每一個瞬間，衛星的數據是什么樣的，我們都記錄下來。如果衛星這個瞬間出了問題，我們把這個瞬間所有的衛星狀態給衛星研制部門，讓他們分析什么地方出了問題，幫助衛星部門找到衛星的根源在什么地方，這是第一件事情。

第二，我們自己也做了兩件事。

第一件事情，我們搞無線電的李希哲、張新山這些人非常執著，他們發現衛星數據確實傳不下來，但是把衛星的溫度控制在某一個很小的范圍以內，數據還能下來。因此，在衛星部門差點放棄這個衛星的時候，我們還繼續讓衛星控制在這個范圍里，讓它把數據傳下來。雖然，數據質量不是那么高，但是我們還有數據。這件事情我們做了。

第二件事情，我說：“我們要好好看圖，來根據圖分析衛星的行為。”這件事情做了兩年多。

我跟大家講，“別看衛星出了問題了，如果我們現在不好好做，那么下次衛星上去的時候，就看我們地面系統笑話，我們就被動了。所以大家要好好干活。”

那個時候，正好是非典，大家都不上班，我們上班，我們在機房里調程序。現在的許多經驗，都是在那時積累起來的。逐步一個坐標系、一個坐標系都做對了。然后，我們就做模擬，做出來的圖像非常好。

我們把這個風云衛星圖像拿到那個國際會議上去，國外的同行看見以后，說你們這個圖片怎么那么順？實際上當時從衛星上看地球這個問題，對我們是難題，對國際同行也是難題。

當時，美國NASA的局長來中國訪問，他點名要到衛星中心來看。我們給他看的過程，先把網格擺上去，然后衛星掃下來的地球的邊界和網格是一樣的，而且動畫一點都不晃。NASA的局長回到美國，寫了一段話稱贊我們氣象衛星動畫好，他說：“中國氣象衛星的開發者做了一個非常好的軟件，用這個軟件在靜止軌道上突現抖動值小。”這句話寫在NASA官網主頁上，我們風云衛星的圖像處理也得到了國際同行的認可。

在風云二號系列衛星的生命歷程中，衛星團隊一刻也沒有放棄過，他們通過大量分析研究和地面模擬試驗，積累了大量經驗，為后續衛星的成功發射及投入業務運行奠定了堅實基礎。

風云一號上去的時候，我們只是說云圖做的挺像。風云二號的時候，我們把這個圖做到精細，就讓它不要抖動，做到得到國際同行的認可，也讓我們認識到氣象衛星數據的處理要做的多么精細才行。

將風云衛星數據應用到數值天氣預報系統

第四件事情，我們要的是把風云衛星的數值預報模式滲透做對。我們風云衛星做的數據產品輸入到數值預報模式里頭，也能夠運轉起來，能夠運轉對才行，輸入預報模式里頭。這個要求就更加嚴格，就更加嚴格，差一點就不行。

歐洲中期天氣預報中心把全球每個衛星擺到他們制作的數值預報模式里面，他要求的圖像定標的質量是0.2°K。我們拿一個體溫表量體溫，也就是0.1°K -0.2°K的精度。衛星在36000公里外看地球，地球每一點的輻射量要相當于0.2°K的輻射量，這個精度要求非常高，我們必須做到這個精度，才能進入歐洲的數值預報模式。

數值天氣預報的每一個環節都是一門學問，需要專門的人才隊伍去理解、掌握和完成相應的任務。在研發之初，各關鍵環節計算方案都必須反復推敲、試驗和驗證。

在這個過程中，風是我參與做的，做完開始做數值預報。人家說：“你這個東西不靈，與數值預報模式相比，誤差太大。”

開始的時候，我們就想：他們的數值預報模式也不靈，你怎么知道我衛星數據不靈呢？經過一段時間的磨合，我們相信數值預報模式是靈的，數值預報模式的人也相信衛星數據是靈的。我們沒有磨合前，大家都互相埋怨，一個說你不行，一個說我不行。如果互相埋怨，那就麻煩了，后來我們通過互相討論，逐步認識到相互都有不足的地方。同時，我們相信人家給我們提的意見是對的。我說：“我們找自己的問題，找數據的錯誤。”

這時候，歐洲中心評估我們的風云衛星，關于風這一個要素，他們就用260多種圖來評價。從上往下看，從南往北看，從東往西看，時間序列，每個要素全部都算一遍，在官網中展示出來。

我們去歐洲中心官網查看誤差在哪里，表現在什么地方？看了以后，我們來看我們的資料。我就讓同事把這個資料拿出來，我們就反復的修改，改了以后再比對，翻來覆去分析，找問題在什么地方？最后，我們找到的問題是兩個方面。第一個方面，我們對物理過程的理解不夠精細，我們對大氣的輻射，傳遞過程當中物理過程的理解不精細；第二個，在表達的時候，我們想要表達是這個，可是實際上程序寫下來表達的有差錯，有差錯也會造成問題。

因此，我們就把對物理過程的理解和表達的差錯，全都查找出來。問題找出來以后，我們就改正。改完以后，歐洲中心出了一個技術報告。他們說，“根據觀察，中國風云衛星的資料已經有了極大的改善。現在，它的資料質量和METEOSAT-7衛星一樣的好。”

這就說明，我們改善了以后，確實把我們的誤差降低了。經過這樣反復的磨合修正，就把風云衛星的數據擺進了數值預報模式中去。

我們衛星中心那么多人，其實我做的事情只是很小的一部分，每個人都要做事，在我經歷的風云衛星應用探索中，我覺得能夠拿出來說說的就是這四件事情讓我印象最深，大概在四個階段里頭，分享給大家。

（本文根據許健民院士采訪內容整理，部分內容有刪減）