WMO空間計劃與風云氣象衛星的國際化發展趨勢

張鵬 楊軍 關敏 徐喆 王勁松

（1 中國氣象局中國遙感衛星輻射測量和定標重點開放實驗室/國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心），北京 100081；2 許健民氣象衛星創新中心，北京 100081）

0 引言

1957年10月，前蘇聯發射了人類歷史上首顆人造衛星Sputnik。兩年半之后，美國將人造衛星技術應用于氣象觀測。1960年4月，人類歷史上首顆氣象衛星泰羅斯一號（TIROS-1）成功發射，揭開了從空間進行氣象觀測的新紀元[1]。隨后，美國開展了密集的氣象衛星研制、發射、科學試驗和業務應用，1960—1965年發射了10顆試驗性泰羅斯衛星，1966—1969年發射了9顆泰羅斯業務氣象衛星TOS，1964—1978年發射了8顆雨云科學試驗衛星Nimbus，奠定了全球觀測系統的技術基礎。1966年，美國又成功發射了首顆地球靜止應用技術衛星ATS-1，形成了當前太陽準同步極地軌道衛星（簡稱極軌氣象衛星）和地球同步靜止軌道衛星（簡稱靜止氣象衛星）兩個業務系列的氣象業務衛星發展的大格局[2]。

美國極軌業務氣象衛星的發展經歷了5 代，1970—1978年共發射了第二代5顆衛星，1978—1998年共發射了第三代10顆衛星，衛星觀測能力從可見光云圖拓展到微波大氣探測，氣象衛星應用從定性走向定量。1998—2009年發了第四代5顆衛星，增加了夜間觀測并提升了大氣探測能力。2011年發射的SNPP衛星開啟了美國新一代聯合極軌衛星系統（JPSS），實現了地球大氣全天候多要素的三維綜合探測。2019年發射的JPSS-1（重新命名為NOAA-20）是目前美國極軌主業務衛星。美國靜止業務氣象衛星發展了4代。1975—1978年發射了第一代3顆靜止氣象衛星（GOSE-1—GOSE-3），實現了可見光及紅外成像；1980年，第二代靜止氣象衛星首發星（GOSE-4）升空，其大氣探測系統實現了靜止軌道大氣探測；1994—2001年，第三代靜止軌道業務氣象衛星投入使用（GOSE-8—GOSE-12），衛星觀測時間分辨率極大提升；2006年，第四代靜止氣象衛星首發星發射，目前GOES-16和GOES-17作為東西業務衛星在軌業務運行，2022年3月發射的GOES-18計劃于2023年初替代GOES-17。

歐洲氣象衛星的發展始于靜止氣象衛星。1977年歐洲氣象衛星組織（EUMETSAT）發射了第一顆靜止氣象衛星Meteosat-1，成功獲取到全球第一幅水汽圖像，Meteosat-1～Meteosat-7組成歐洲第一代靜止氣象衛星MFG；歐洲第二代業務靜止氣象衛星MSG（Meteosat-8～Meteosat-11）從2002年開始使用，自2018年2月起，Meteosat-11在0°赤道上空業務運行，Meteosat-10在9.5°E提供5分鐘快速掃描服務。歐洲極軌業務氣象衛星起步雖晚，但技術起點高，2006年歐洲氣象衛星組織發射了第一顆極軌氣象衛星METOP-A，METOP系列衛星獨具特色的紅外大氣干涉探測器（IASI），以及GPS掩星探測器（GPS-S）和散射計（ASCAT），在全球對地觀測系統中發揮了很好的作用[3]。

20世紀80年代到21世紀初，我國業務和科研中使用較多的還有日本氣象廳（JMA）發展的葵花系列（Himawari）通信和氣象靜止衛星。1977—1995年發射了5顆第一代葵花衛星，一直運行到2003年；2005—2006年，2顆第二代葵花衛星（也稱MTSAT-1R、MTSAT-2）連續發射，姿態控制改進為三軸穩定，云圖成像時間大幅縮短，圖像品質提高。2014年和2016年發射的葵花8號、9號（Himawari-8/-9），其先進成像儀（AHI）掃描全圓盤圖時間小于10 min，可見光分辨率最高可達0.5 km。

前蘇聯和俄羅斯水文氣象局（RosHydroMet）從1969年開始發射流星系列（Meteor）極軌氣象衛星，至今已發展了3代，共計59顆；目前在軌業務運行2顆靜止氣象衛星電子系列（Electro）；2021年發射了第一顆高橢圓軌道北極系列（Arctica-M N1）氣象衛星。此外，印度氣象局（IMD）發展的靜止通信和氣象衛星（INSAT），以及韓國氣象局（KMA）2010年開始發展的靜止通信、海洋和氣象衛星（COMS）也是世界氣象組織（WMO）全球觀測業務衛星的組成部分。除了歐美的氣象衛星，其他國家的氣象衛星在某些方面具有各自的特點和優勢，但是從星座的完備性、觀測的多樣性、業務的穩定性、數據的可獲取性等綜合評估而言，同風云衛星尚存在不同程度的差距。

自TIROS-1開始，氣象衛星云圖就開始在臺風、暴雨、強對流等高影響天氣監測和預報中發揮獨特和不可替代的作用。到20世紀80年代初，衛星遙感的科學家們已經初步發展了覆蓋大氣、陸地、海洋等多種產品的反演算法和定量遙感產品，在氣候、環境、自然災害的監測和評估中發揮了重要的作用。進入20世紀90年代，英國科學家Eyer率先在變分同化的框架內，對氣象衛星輻射觀測資料進行了直接同化，成為氣象衛星資料定量應用的重要里程碑[4-5]。截至目前，歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）所使用的衛星資料的數量已經超過資料總量的95%，能業務同化的衛星種類接近100種，把氣象衛星遙感的大氣信息作為初值輸入數值預報模式彌補常規觀測的不足，成為提高模式預報精度和延長預報時效的重要手段。除氣象領域外，氣象衛星圖像資料和產品在農業、國防等多個領域為國家經濟發展和社會進步做出了貢獻[6-9]。

1 風云衛星發展的國際化道路

1969年，為了改變我國在氣象防災減災領域的落后面貌，周恩來總理提出“一定要搞我們自己的氣象衛星”。從1970年開始獨立自主研制風云衛星，到1988年9月7日第一顆氣象衛星成功發射，歷經衛星研制、在軌試驗、業務化穩定運行、業務升級換代四個階段，目前我國已經成功研制和發射了兩代四型19顆風云系列氣象衛星、7顆在軌運行。我國成為世界上少數幾個同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛星的國家；風云衛星還開放共享數據，成為WMO空間觀測系統的重要組成部分[10]。

由于用極地軌道獲取全球資料和用靜止軌道獲取高頻次資料對于天氣觀測的互補優勢，我國在氣象衛星發展初期即提出同時發展極軌和靜止兩個系列的氣象衛星。1999年5月發射的風云一號C衛星FY-1C和2004年10月發射的風云二號C衛星FY-2C分別實現了我國極軌和靜止兩個系列氣象衛星的業務化穩定運行，2008年5月風云三號A衛星FY-3A和2016年12月風云四號A衛星FY-4A成功發射，我國全面完成了第二代極軌和靜止氣象衛星的升級換代[11]。

2009年，WMO發布了全球觀測系統（GOS）2025年遠景規劃，根據全球數值天氣預報發展的需求，提出了極軌氣象衛星上午、下午、黎明三星組網（圖1）和靜止氣象衛星等60經度均勻布局六星組網（圖2）的全球空基觀測系統基本框架[12]。在充分考慮我國氣象業務和大氣科學研究需求基礎上，根據國際氣象衛星發展大格局，中國氣象局提出我國第二個氣象衛星發展規劃，即《我國氣象衛星及其應用發展規劃（2011—2020年）》。在該規劃支持下，2018年6月風云二號H衛星FY-2H（即“一帶一路星”）和2021年7月風云三號E衛星FY-3E（即“黎明星”）先后成功發射，完成了靜止衛星印度洋上空觀測和極軌衛星黎明時刻觀測的業務布局，不僅改進完善了我國風云氣象衛星的業務布局，還豐富補充了全球對地觀測系統的業務框架。

圖1 WMO提出的極軌衛星上午、下午、黎明衛星三星組網布局示意圖（來源：WMO）Fig.1 Schematic layout of the network of polar-orbiting satellites AM,PM and EM proposed by WMO (quoted from WMO)

圖2 WMO提出的靜止衛星等60經度均勻布局六星組網布局示意圖（來源：WMO）Fig.2 Network layout of six geostationary satellites proposed by WMO (quoted from WMO)

2 風云衛星的現狀與水平

2.1 風云衛星的現狀

我國風云氣象衛星發展歷經五十余年，在我國民用遙感衛星領域成為重要的空間基礎設施，是氣象現代化的重要標志，取得了舉世矚目的成就。風云衛星發展歷經了衛星研制、在軌試驗、業務化穩定運行、業務升級換代四個階段。衛星研制階段，重點突破衛星和遙感儀器的研制技術，1977年，中國科學院上海技術物理研究所研制出了兩通道（可見光和紅外）掃描輻射計樣機，并進行了航空校飛試驗。在軌試驗階段，對衛星、運載、發射場、測控和地面五大系統進行全面測試驗證，重點解決有無問題，受到當時研制技術和經驗的制約，我國第一和二顆極軌衛星FY-1A和FY-1B由于三軸穩定姿態控制方面的問題分別僅運行了39 d和158 d。第一顆靜止衛星FY-2A由于消旋天線故障僅運行了6個月，第二顆靜止衛星FY-2B解決了天線消旋失鎖問題，但衛星在軌運行8個月時，由于上變頻本振源雙機故障，衛星失去了云圖傳輸功能。雖然這些衛星沒有達到設計壽命，但對這些故障的分析和解決為我國氣象衛星長壽命發展和長期運行管理積累了有益經驗。第三階段聚焦衛星的業務化穩定運行，自1999年發射的FY-1C和2004年發射的FY-2C，風云衛星突破了長壽命穩定運行的技術瓶頸，開始提供長期連續的業務觀測資料。第四階段聚焦衛星的升級換代，自2008年發射的FY-3A和2016年發射的FY-4A，我國逐步完成了極軌和靜止衛星的升級換代，星上裝載了光學成像、大氣探測、微波成像、高光譜痕量氣體探測和全波段地球能量收支測量等多種類型的遙感儀器，揭開了風云衛星地球觀測的新篇章。表1給出了截止到2022年6月已經發射的風云氣象衛星情況，表2給出了已經發射的遙感儀器列表，表3和表4分別給出了當前在軌風云極軌、靜止氣象衛星和遙感儀器工作狀態。

表1 截止到2022年6月已經發射的風云氣象衛星Table 1 FengYun satellites launched by June 2022

表2 截止到2022年6月已經發射的遙感儀器列表及其研制單位Table 2 List of remote sensing instruments in orbit and their manufacturers by June 2022

表3 截止到2022年6月在軌風云極軌氣象衛星和遙感儀器工作狀態Table 3 Operating status of FengYun polar orbiting meteorological satellites and their remote sensing instruments in orbit by June 2022

表4 截止到2022年6月在軌風云靜止氣象衛星和遙感儀器工作狀態Table 4 Operating status of FengYun geostationary meteorological satellites and their remote sensing instruments in orbit by June 2022

風云氣象衛星正在進入高質量發展的階段，新階段一是更加注重遙感儀器定量觀測品質，特別在圖像導航定位和輻射測量定標方面不斷取得新的進展，風云衛星要成為精密監測的標桿，全面支撐定量遙感和衛星資料同化應用；二是更加注重定量遙感應用，要在遙感應用體系框架下推進國省兩級遙感應用的廣度和在氣象預報預測核心業務應用的深度，同時也要充分利用高校、科研院所、國際社會力量，不斷提升風云衛星遙感應用的科學技術水平。

2.2 風云衛星的水平

進入21世紀以來，風云氣象衛星進入快速發展階段。隨著《“九五”后兩年至2010年我國氣象衛星及其應用發展計劃》和《我國氣象衛星及其應用發展規劃（2011－2020年）》的先后實施，我國在2000—2018年共計成功發射了15顆風云氣象衛星（表1）。表5給出了我國氣象衛星同美國首顆同類氣象衛星業務化程度的比較，整體來看，我國首顆極軌、靜止氣象衛星分別比美國晚了28 a和31 a，約有30 a的差距；我國首顆業務極軌、業務靜止氣象衛星分別比美國晚了21 a和29 a，約有20 a的差距；我國新一代極軌、靜止氣象衛星均與美國同期發射。

表5 風云衛星同美國衛星業務化時間比較Table 5 Comparison of operational time between FengYun satellites and American meteorological satellites

表6給出了在軌風云衛星同國際同類衛星在探測能力、探測精度和探測產品等功能和性能指標的綜合比較。隨著2008年成功發射的FY-3A衛星實現了極軌衛星的升級換代，星上裝載了10臺遙感儀器，光譜覆蓋紫外、可見近紅外、紅外和微波波段，同時完成光學成像、紅外－微波聯合大氣探測、微波成像、窄光譜大氣成分探測、全譜段地球能量監測等5大類功能，實現了全球、三維、定量和多光譜的全天候綜合觀測[13]。2016年成功發射的FY-4A衛星裝載了三臺先進的對地遙感儀器，其中光學成像儀AGRI和閃電成像儀LMI功能指標達到同期美國新一代靜止衛星GOES-R的水平，干涉式紅外大氣探測儀GIIRS是目前國際上唯一一臺在靜止軌道開展高光譜大氣垂直探測的儀器[14-15]。

表6 在軌風云衛星同國際同類衛星性能比較Table 6 Performance comparison between FengYun satellites and similar international satellites

在衛星觀測能力大幅提升的同時，風云衛星的資料接收和處理的核心關鍵技術也得到了極大的提升。2010年建成瑞典基律納北極接收站并投入使用，2018年租用挪威Troll南極接收站并投入使用，確保風云衛星在全球任意地方的觀測資料均可在2小時內完成接收、回傳、處理和服務。在實現了衛星連續穩定觀測的同時，衛星資料的定位定標處理技術也獲得了長足的進步[8,10]。經過風云一號系列、風云二號系列、風云三號A星和B星、風云四號A星等多顆衛星的實踐，通過分析衛星從空間觀測地球的幾何原理和輻射從觀測目標發出到被衛星傳感器接收的傳遞過程，用嚴格的物理概念和數學模型進行圖像定位、數據定標，衛星的遙感儀器級（即1級）產品處理技術已經有了大幅提高和改進。精確軌道計算和儀器觀測幾何求解使定位精度在全球任一區域均達到像元級，中國遙感輻射校正場CRCS、全球偽不變定標場PICS、深對流卷云DCC、月亮等不同亮度自然穩定目標的聯合使用可以有效訂正在軌遙感儀器的非線性效應，目前風云衛星遙感儀器的輻射定標精度可見近紅外可以達到5%、紅外達到0.4 K、微波達到0.8 K，全面同化進入我國和歐洲的數值天氣預報模式[16-17]。

在我國，風云衛星為2500多家用戶提供100多種衛星資料和產品[18]。在國際上，風云衛星已被WMO納入全球業務應用氣象衛星序列，同時也是空間與重大災害國際憲章機制下的值班衛星，為超過120個國家和地區提供服務。風云衛星提供用戶直收、CMACast廣播轉發、門戶網站注冊下載、人工定制等多種方式的數據服務，科學用戶可以在線訪問（http://satellite.nsmc.org.cn/portalsite/default.aspx）和下載數據。

3 WIGOS 2025年發展遠景下的風云衛星發展

2009年6月，WMO執行理事會第61屆會議（EC-61）正式批準了全球觀測系統（GOS）2025年遠景規劃。該遠景規劃提供了指導全球觀測系統至2025年發展的目標[12]。在全球綜合觀測系統WIGOS框架下，GOS作為WIGOS的核心組成部分，包括空基觀測系統和地基觀測系統，提供全面而綜合的觀測資料，滿足WMO所有成員國對觀測不斷提升的需求，并追求可靠、穩定、持續和符合成本效益的發展方式。其中空基觀測系統依賴于有衛星計劃的成員國及其航天團體的發展計劃，以及衛星運行國和航天伙伴機構之間的協調合作，如氣象衛星協調組織（CGMS）、衛星對地觀測委員會（CEOS）來實現。

GOS 2025年遠景規劃中明確提出極地太陽同步軌道衛星要運行在晨昏、上午、下午三個軌道面內，且給出了靜止軌道、極地軌道和高傾角大橢圓軌道衛星上儀器配置建議。其空基觀測系統需滿足的具體要求如下：

1）業務運行的靜止軌道衛星至少6顆，相隔經度不超過70°。遙感儀器包括高分辨率多光譜可見光/紅外成像儀、紅外高光譜探測儀和閃電成像儀。

2）極地太陽同步軌道衛星運行在三個軌道平面內，交點地方時分別為13：30、17：30、21：30 左右。遙感儀器包括紅外高光譜探測儀、微波探測儀、高分辨率多光譜可見光/紅外成像儀。

3）適當軌道上的其他業務任務（經典極地軌道、地球靜止軌道等）。遙感儀器包括微波成像儀、散射計、無線電掩星探測儀、測高計、紅外雙角度成像儀、窄波段高光譜可見近紅外成像儀、高分辨率多光譜可見光/紅外成像儀、降水測量雷達、地球輻射收支探測儀、太陽輻射監測儀、大氣成分儀器、合成孔徑雷達。

4）業務探索和技術示范的儀器，包括極地軌道衛星上的多普勒測風雷達、低頻微波輻射計，靜止軌道衛星上的微波成像儀/探測儀、高分辨率多光譜窄帶可見近紅外CCD成像儀，高傾角大橢圓軌道衛星上的可見光/紅外成像儀，重力測量任務。

5）極地軌道和靜止軌道衛星上的空間天氣儀器，包括太陽成像儀、粒子探測器、電子密度探測器。

2012年12月，《我國氣象衛星及其應用發展規劃（2011—2020年）》（以下簡稱2020年規劃）由中國氣象局正式發布[19]。該規劃明確了2011—2020年我國氣象衛星及應用的發展目標和任務。2020年規劃中風云三號極軌氣象衛星按照上午星、下午星和降水測量雷達星三星組網運行。風云三號上午星，降交點地方時為10：00，升交點地方時為22：00，以地球表面成像觀測和大氣物理參量定量遙感為主，探測數據主要用于天氣預報、生態、環境、災害監測業務及研究。遙感儀器主要包括中分辨率光譜成像儀、微波溫度計、微波濕度計、紅外高光譜大氣探測儀、風場散射計、全球導航衛星掩星探測儀、地球輻射收支儀和空間環境探測器等。衛星計劃發射3顆。風云三號下午星，升交點地方時為14：00，以大氣物理參量定量探測和氣候變化監測為主，探測數據主要用于天氣預報、大氣化學和氣候變化監測業務及研究等方面。遙感儀器主要包括中分辨率光譜成像儀、微波成像儀、微波溫度計、微波濕度計、紅外高光譜大氣探測儀、近紅外高光譜溫室氣體監測儀、紫外可見高光譜探測儀、全球導航衛星掩星探測儀和空間環境監測器等。衛星計劃發射2顆。降水測量雷達衛星，以全球降水分布及強度監測為主，探測數據主要用于強降水等災害性天氣監測，以及全球水汽分布監測。遙感儀器包括降水測量雷達、可見光紅外掃描輻射計和微波輻射計等[20]。降水測量衛星計劃發射1顆。風云四號靜止氣象衛星光學星配置多通道掃描輻射計、干涉式大氣垂直探測儀、閃電成像儀和太陽X射線成像儀，按照東、西軌道位置布局，采用雙星業務運行模式，計劃發射2顆。2020年規劃在保證我國氣象應用需求的基礎上，積極響應和支撐了GOS 2025年遠景規劃。

2011年氣象衛星協調組織CGMS在分析了各國衛星計劃后，指出極軌衛星晨昏軌道觀測、靜止衛星印度洋上空觀測依然是全球觀測布局的空白和薄弱環節。為了響應WMO優化當前極軌衛星觀測系統的要求，發展和完善GOS 2025年遠景規劃中極軌衛星三星組網的業務設計，2012年在CGMS第40屆大會上，中國氣象局報告了風云三號極軌衛星從上午軌道轉移到晨昏軌道的可行性，表示將繼續探索在風云三號后續計劃上發展晨昏軌道的可能性。2013年4月25—26日，WMO和中國氣象局在北京主持召開了晨昏軌道虎組（Tiger Team）工作會議，對晨昏軌道衛星應用效益進行了系統性的分析研究，形成了應用效益評估報告，結果表明：晨昏軌道衛星觀測對全球數值天氣預報有積極貢獻[21]。2013年6月在WMO理事會上，中國氣象局明確了發展晨昏軌道衛星的態度。

此后，中國氣象局經過多次論證，確定了將2020年規劃中的一顆風云三號上午星調整為晨昏軌道衛星的方案，并初步確定了風云三號晨昏軌道衛星的優先配置儀器。2014年1月7日，國家衛星氣象中心在北京組織召開了風云三號晨昏軌道衛星技術討論會，確定了晨昏軌道衛星的載荷最終配置，包括中分辨率光譜成像儀（微光型）、微波溫度計、微波濕度計、風場測量雷達、紅外高光譜大氣探測儀、全球導航衛星掩星探測儀、太陽輻射監測儀、太陽輻照度光譜儀、太陽XEUV成像儀、廣角極光成像儀和空間環境儀器包。在《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015—2025年）》論證中，中國氣象局積極將晨昏軌道衛星納入規劃。

在2015年10月發布的《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015—2025年）》中，大氣觀測衛星系列中明確提出了天氣觀測衛星星座通過光學、微波衛星組網，氣候觀測衛星星座由上午、下午和晨昏軌道衛星組成。

至此，我國2011—2025年氣象衛星發展規劃進一步滿足了GOS 2025年遠景規劃，通過在風云三號任務中部署晨昏軌道衛星來使全球極地軌道衛星配置更加平衡，為全球觀測系統做出了貢獻。風云三號晨昏軌道衛星能大大提高和改進全球數值天氣預報精度和時效，WMO理事會認為“中國的這一決定是全球天基觀測系統的一項重大成就”。

2011年至今，我國先后于2013年、2017年成功發射了風云三號C上午星和風云三號D下午星。2021年7月5日，全球首顆民用晨昏軌道氣象衛星風云三號E星成功發射，其降交點地方時為05：40，升交點地方時為17：40。它與風云三號C星和D星實現了晨昏、上午、下午軌道衛星組網觀測，4小時獲取全球氣象觀測數據，為全球數值天氣預報提供有力支撐[22]。2016年和2021年發射的靜止軌道氣象衛星風云四號A星和B星，分別定點于105°E和133°E，首次在靜止軌道衛星上裝載了干涉式大氣垂直探測儀。風云四號A星和計劃于2024年發射的風云四號C星上均配有閃電成像儀。風云四號微波星也已立項。這些任務的實施，既是對我國氣象衛星規劃的有利執行，也極大限度滿足了GOS 2025年遠景發展規劃，為全球觀測系統做出了重要貢獻（圖3）。

圖3 風云衛星2025年規劃布局Fig.3 Layout of FengYun Satellites 2025 Planning

4 WIGOS 2040 年發展遠景與風云衛星未來發展規劃

2019 年，WMO 發布了全球綜合觀測系統（WIGOS）2040年遠景規劃。該規劃是WMO的綱領性指導文件，預測了WMO在天氣、氣候、水和其他與環境相關的各項計劃和活動中的氣象服務領域發展需求、氣象衛星觀測需求、空間技術發展趨勢，以及WMO全球綜合觀測系統在未來幾十年的發展格局。WIGOS 2040年空間系統遠景發展規劃提出了4層體系結構，包括布局明確的業務骨干衛星系統、開放包容的業務骨干衛星觀測支撐系統、業務開拓和科學技術示范系統、其他補充觀測系統[23]。其中，布局明確的業務骨干衛星系統，是最基本的業務衛星系統，具有確定的全球軌道布局和儀器配置，給出了在地球靜止軌道圈、低軌道太陽同步極地軌道3個軌道平面（晨昏/上午/下午）基本儀器配置，以及對其他基本觀測要素和任務要求的儀器配置；開放包容的業務骨干衛星觀測支撐系統，是業務骨干衛星系統的重要支撐，以一種更開放的方式來定義，即并不預先確定采用什么觀測技術和軌道配置，以便及時囊括最新技術使其融入到骨干系統中；業務開拓和科學技術示范系統主要為2040年以后的業務骨干衛星系統的發展演進開拓道路，可以依托多元化平臺，如使用小衛星驗證和示范有關科學儀器或完成特定的科學任務，也可以作為衛星應急計劃補充某個衛星儀器失效產生的空白；其他補充觀測系統將鼓勵和充分吸納由WMO其他會員國和第三方貢獻的衛星，以促進此類衛星系統對WMO會員國提供有價值的數據，并對骨干系統進行補充和增強。WIGOS 2040年遠景規劃是我國未來風云氣象衛星規劃的重要參考文件之一。

風云衛星未來規劃從衛星和地面應用方面進行了統籌設計。在氣象衛星發展上，響應WIGOS 2040年空間系統遠景規劃，繼續發展以地球靜止軌道氣象衛星和極地軌道氣象衛星為主業務衛星的骨干業務衛星系統，并實現風云衛星升級換代；發展開放包容的業務骨干衛星觀測支撐系統，與業務骨干衛星協同觀測，形成組網觀測和面向某種要素的特定觀測能力，為業務骨干衛星提供必要補充。在應用能力上，強化應用基礎支撐，進一步提升風云衛星在天氣和數值預報、氣候與氣候變化、農業和生態氣象、空間天氣、行業氣象、全球監測、數據共享等方面的能力。

風云衛星未來發展規劃在考慮我國氣象業務和科研發展需求的基礎上，充分借鑒和吸收了WIGOS 2040年遠景規劃，在衛星規劃、遙感儀器配置等方面均對WIGOS 2040年愿景做出響應，而WMO WIGOS 2040年愿景也為我國風云衛星未來遠景發展規劃提供了戰略指導。

5 結語

對標WIGOS 2040年遠景規劃，風云衛星未來規劃積極響應并有效支撐了業務骨干系統、業務骨干支撐系統兩個層級的布局設計。風云衛星未來規劃主要目標是確保長期、連續、穩定的全球觀測能力，因此主要采用綜合大衛星業務平臺設計，這種設計優勢主要有兩點，一是平臺綜合性強，可以同時攜帶多臺遙感儀器開展地球系統的綜合觀測；二是平臺穩定可靠，可以確保業務衛星長期穩定開展高精度的定量觀測。衛星的劣勢是衛星的研發周期長，例如我國的風云三號A衛星、風云四號A衛星均經歷了超過十年的技術研發，不能快速響應新的業務和研究需求，缺乏靈敏、機動、快速部署的能力。發展空間輻射測量技術，提高衛星定量觀測的精度和穩定性是業務骨干系統、業務骨干支撐系統未來發展的技術趨勢[24-25]。

氣象衛星的出現改變了氣象學觀測的方式，20世紀60年代出現并發展成熟的數值天氣預報模式正在向地球系統模式發展，風云衛星未來規劃缺少WIGOS 2040年遠景規劃第三層級業務開拓和科學技術示范系統和第四層級其他補充觀測系統的支撐，不能全方位滿足地球系統科學發展研究的需要。21世紀我國的航天事業快速發展，在已有氣象衛星系列的基礎上，形成了資源、海洋、環境、高分等多個系列衛星的快速發展[26]，這些為風云衛星的業務開拓和科學技術示范系統提供了廣闊深厚的技術儲備。在其他補充觀測系統方面，未來空基對地觀測的一個重要方向是將先進探測儀搭載在微小衛星（Cubesat）上，微小衛星成本低、研制周期短，利用此類衛星組網是對未來風云衛星觀測系統的有力補充。

新一代衛星觀測系統設計和規劃需要貫通觀測需求、衛星和儀器指標任務要求、航天工業研制、天地一體化資料接收處理加工、資料應用的全部鏈條，是一項綜合性強、復雜性高、涉及人員廣的系統性工作。在全鏈條的設計規劃任務中，觀測系統模擬和評估[27]是優化系統設計，最大化發揮衛星應用效益的重要環節，是我國新一代衛星觀測系統設計和規劃需要加強的一項工作。

在新一輪的風云衛星規劃中，衛星資料應用設計必需與衛星研制同步開展，這是我國遙感衛星規劃的短板。在衛星資料應用層面，我國氣象衛星的遙感應用體系初步建立，國產衛星資料同化技術進步顯著，風云衛星在國產數值天氣預報模式中的資料同化量不斷提高，風云衛星在天氣分析、氣候與氣候變化，生態環境和自然災害監測等方面正在從廣度向深度發展[28-29]。其中，天氣分析是氣象衛星的傳統應用領域，氣象衛星的出現在20世紀極大提高了預報員對天氣尺度的監測和分析能力，但到目前為止對于百千米及其以下中小尺度天氣系統的監測和分析能力有限，中小尺度天氣系統生命周期短、發展演變快、局地致災危害強，是新一輪風云衛星應用規劃中需要重點關注的方向。高低軌衛星協同觀測能力，云和氣溶膠、大氣成分、大氣動力參數獲取等也是新一輪風云衛星規劃的重點。

自主可控的國產化道路和開放合作的國際化道路是風云衛星高質量發展的雙翼，風云衛星已被納入了全球業務應用氣象衛星序列。未來風云衛星仍需積極參與全球氣象觀測體系建設，展示我國對地球大氣、海洋、地表環境觀測能力，鞏固提升全球對地觀測能力。堅持數據共享的開放政策，秉承義利相兼、以義為先的原則，務實推進氣象衛星國際合作，并與“一帶一路”等廣大發展中國家開展多層面、多領域合作，為促進全球防災減災和氣象事業發展貢獻中國智慧。

致謝：國家衛星氣象中心許健民院士對本文給予細致審閱，提出重要修改意見和建議，在此表示衷心感謝！