閱盡萬千氣象

趙君鵬

陰晴雨雪，風云雷電……從古到今，天氣的變化一直是人們關注的對象。在歷史上，人們通過觀云看日的方式來預測天氣，而今借助現代科學技術，人們對天氣的變化可以未卜先知。

要想準確地預報天氣，需要先掌握大量的氣象數據，而90%的相關數據是由氣象衛星提供的。這些數據包括氣壓、氣溫、濕度、風向、風速、大氣層的運動狀態等。

氣象衛星之所以能“望得遠”，是因為它們“站得高”。大部分氣象衛星的軌道平面與太陽始終保持相對固定的取向，與地球赤道平面夾角約90°，它們每一圈運動都會經過地球兩極的上空，所以被稱為太陽同步極地軌道氣象衛星。它們的飛行高度從600千米到1 500千米不等，可以俯視整個地球的表面，觀測到地球表面的任意一點。太陽同步極地軌道氣象衛星每天在固定時間經過地球上同一地點上空兩次，每12小時就可以得到一份全球氣象資料。但是，在監測臺風等快速變化的極端天氣事件時，12小時一次的頻率顯然不夠。為此，人們又發射了地球同步軌道氣象衛星。這種衛星的軌道平面與赤道平面重合，與地球保持同步運行，從地球上看，它靜止在赤道某個經度的上空，所以又名靜止軌道氣象衛星，其飛行高度約35 800千米，5顆靜止軌道氣象衛星就可以構成覆蓋全球中低緯度的觀測網。太陽同步極地軌道氣象衛星和地球同步軌道氣象衛星相結合，就可以多層地、立體地、多角度地、全方位地觀測云層。

氣象衛星拍攝云圖的方式有兩種：一種是借助地球上的物體對太陽光的反射而拍攝可見光云圖，這種云圖只能白天拍攝；另一種是借助地球表面物體溫度和大氣層溫度的輻射而形成紅外云圖，這種云圖可以全天候拍攝。

如何讓氣象衛星在太空晝夜不停地“明察秋毫”呢？科研人員為衛星安裝了“火眼金睛”——遙感系統。遙感系統利用遙感器觀測物體輻射、反射電磁波狀況，可以免接觸地、遠距離地探測目標。所有物體都在不間斷地輻射、反射電磁波，遙感探測所使用的電磁波波段是從紫外線、可見光、紅外線到微波的光譜段。總的來說，冷的物體所輻射的電磁波波長較長，能量也較小，而熱的物體輻射的電磁波波長較短，能量也較大，并且由于組成物體的成分不同，這些電磁波所呈現的光譜也不同。無論是紅外線，還是可見光，衛星觀測到的都是復雜的疊加信號。

這些看似一團亂麻的疊加信號有什么作用呢？氣象衛星獲取的疊加信號雖然通過人眼無法識別，但經過計算機的提取、判定和加工，就可以轉化為具體的數字化氣象信息，比如云層厚度、高度、溫度、濕度、成分構成、運動方向及速度等。研究人員利用計算機，通過特定的算法對這些數據進行分析處理，就可以預測是山雨欲來還是晴空將至。

從1988年發射第一顆氣象衛星“風云一號”以來，我國共發射了19顆風云系列氣象衛星，其中9顆在軌穩定運行。風云系列氣象衛星還為81個國家提供準確的、高效的氣象數據，應用于氣象預報、防災減災、科學研究等領域。

“天上浮云如白衣，斯須改變如蒼狗。”杜甫的詩句形象地道出了大氣運動的復雜多變。由于現有氣象科學理論和技術手段的限制，人類還沒有完全掌握大氣運動的變化規律。但是，科學永無止境，探索永不停止，這是每一個氣象科研工作者的心聲。