简述卫星气象的发展

摘要：本文简要介绍了卫星气象的发展历程和我国风云系列气象卫星的现状，主要内容包括：卫星气象的早期发展、风云卫星的基本情况、中国气象卫星遥感理论和方法研究回顾与展望。并且提出了我国为提高气象卫星应用水平应该做的工作。

关键词：气象卫星；红外遥感；卫星资料应用；数据共享；反演

一 卫星气象学的早期发展

自1957年第一颗人造地球卫星上天后，全球第一颗气象卫星美国TIROS——1于1960年发射成功并发回了首幅卫星云图。1966年以后，美国气象卫星开始从全球星上实时观测的卫星云图。在我国，大气物理所首先于1969年研制成低分辨率卫星云图接收设备（APT），随后又研制成高分辨率卫星云图接收设备（HRPT）。1978年在日本发射地球同步气象卫星（GMS）的同时，大气物理所提前准备了卫星云图接收设备，在GMS试验资料时，即收到了信息。由于卫星云图的重要价值，其接收设备一开始便获得了推广，随后在20世纪70年代初开始，在陶诗言等气象学家的主持下，以台风与热带风暴等以往难以获得资料的灾害性天气系统的云图分析为重点，同时发展了云图用于暴雨分析与预报、监视陆上的强对流天气等，迅速发展了卫星天气学研究与应用。以下只是早期工作的一点介绍。

从卫星云图上能直观地看到台风的螺旋云系结构以及台风眼，从GMS云图还首先看到了西太平洋上多个台风同时存在的现象。朱宗申等利用卫星云图研究台风在海上的移动，总结了云系特征与移动路径的关系。陈联寿研究了登陆后台风的云图特征。陶诗言总结了在陆地上典型四类台风路径，即继续西行，登陆后向北行，登陆后向东北行出海后变成气旋波以及登陆后向东北行出海仍维持台风，他发现各类台风在云图上都有比较清楚的特征，其结果可作为判别台风在陆地上移动的判据。李玉兰等利用卫星云图做24一48小时的台风路径预报，取得了较好成果。范蕙君和丁一汇利用卫星云图分析南海台风发生、发展的云系演变，发现南海台风的发生和发展，与西太平洋台风有不同的地方，南海台风有一种是在热带辐合区生成的，另一种与冷空气活动有关。方宗义等用气象卫星扫描辐射仪图片分析了西太平洋高空流场，用于研究热带扰动强度的变化。赵思雄从卫星云图估计在台风中的高低空流场及其与台风强度变化的关系，他从云图获得了台风中850hPa和150hPa的风场。朱宗申等还根据台风云系和四周系统的配置，以及台风本身云型的特点，确定台风在登陆时的降水分布，解决台风警报中的难题。通过不断分析和总结，现为中国气象局和中国科学院大气物理研究所卫星资料联合分析组编制了一个可供遵循的利用GMS云图资料预报台风的流7程，用于判断扰动是否发展，确定台风中心位置，估计台风强度及大风范围，预报台风移动路径，以及预报台风登陆后的暴雨情况，在业务应用中取得了较好的效果。

研究热带辐合区是卫星云图的另一个应用。研究结果揭示了热带辐合区中的云系的加强和减弱与南半球的锋面云系活动有关。它还被用来对副热带高压进行分析，帮助确定副热带高压脊线。一些在天气图上分析不出来的热带"云团"尺度的天气系统从卫星云图中可以发现。有许多云团和天气图上的系统（如台风、东风波、高空冷涡）是相联系的，但是也有一些云团在天气图上反映不出来，这些云团有时候也能引起强烈的暴雨和大风天气现象。

卫星云图还被广泛应用于其他天气系统的分析，包括温带气旋和高空切断冷涡、锋面云系、高空急流云系、西南低涡等天气系统的分析。自从20世纪80年代初以来，气象卫星云图已广泛应用于各种尺度天气学的分析与预报应用中，出现了大批应用研究成果。可以说卫星云图分析已经成为天气学研究中的基础部分和基本手段之一。

二 我国风云系列气象卫星的发展历程

1. 风云气象卫星情况。

我国气象卫星的发展开始于20世纪60年代末70年代初。发展我国自己的气象卫星的最初设想，是总理于1969年11月提出来的。当时他还指出要充分利用从外国气象卫星所获得的信息。我国的气象卫星工程由星体、运载、发射、测控、地面应用五大系统组成，在前国防科工委统一领导下工作。航天工业总公司负责星体和运载火箭的研制，其中星载主要观测仪器由中国科学院上海技术物理研究所研制，国防科工委下属有关基地负责发射和测控，中国气象局负责草拟卫星系统计划规划，提出卫星应用需求和设计指标，建设并运行地面应用系统。

风云气象卫星工程是一个复杂的系统工程。从卫星到地面应用系统全部由我国自己设计研制，均拥有自主知识产权。从1988年第一颗风云一号气象卫星发射成功到现在，我国已成功地发射了四颗风云一号、一颗风云三号极轨气象卫星，以及四颗风云二号静止气象卫星。风云一号气象卫星的多通道扫描辐射计有10个光谱通道。风云二号气象卫星搭载的多通道扫描辐射计有5个光谱通道。目前卫星和地面应用系统的工作状况都好。

由两颗静止气象卫星风云二号组成双星业务系统，对我国和周边地区的天气系统进行了有效的监视。主业务星位于1050 E，备份业务星位于86.50E。每年的9月至第二年5月的非汛期，执行"非汛期观测模式"，"主业务星"正点开始全圆盘图观测，"备份业务星"半点开始全圆盘图观测，每颗卫星每天获取28幅全圆盘图，两颗卫星的共同观测区域每天可以进行48次观测。每年的6月至第二年的8月汛期，执行"主汛期观测模式"，"主业务星"正点开始全圆盘图观测，半点开始北半球图观测，每颗卫星每天共获取28幅全圆盘图、20幅北半球图，两颗卫星在北半球的共同观测区域每天可以进行96次观测，即每15分钟获取一幅云图。每15分钟一幅原始分辨率云图组成的动画，大大提高了对中小尺度天气系统的监视能力，也有利于预报人员和公众认识天气系统。现在，广大天气预报人员在业务工作中离不开卫星云图。卫星云图己经成为中国气象局业务系统中不可或缺的重要组成部分。

风云三号是我国自主研制的新一代极轨气象卫星，实现了全球、全天候定量遥感，对大气可进行立体观测，具有全球250m分辨率地表、环境监测能力，对台风等灾害性天气进行微波探测。

2. 风云气象卫星地面应用系统情况。

地面应用系统是气象卫星系统工程中十分重要的组成部分，负责卫星发射后对卫星有效荷载的运行管理，以及从卫星下传数据的接收、处理、分发、应用、服务。尤其对于静止气象卫星，它的观测功能是通过卫星和地面应用系统协同工作完成的，地面应用系统是星地系统中不可分割的组成部分，由中国气象局负责建设和运行。

气象卫星地面应用系统大致由以下4个部分组成：卫星数据和指令收发站、卫星运行控制中心、卫星数据处理中心，以及分布在各地的数据利用站。卫星数据和指令收发站要确保从卫星下传的各种数据，以及从地面应用系统向卫星发送的指令和数据正确无误地收发存取。卫星运行控制中心是全系统的指挥中枢。它要监视从卫星传下的各种工作状况信息，判断卫星的工作是否正常，在卫星工作状况发生异常时及时做出响应；它还要监视地面应用系统各个组成部分的工作状况，调度地面应用系统的资源及时、正确地完成任务。卫星数据处理中心负责从卫星下传各种观测数据的处理，形成各种图像和数字产品，分发给用户，它还要形成指挥卫星未来工作的参数，指导卫星的工作。数据利用站分布在各地，它接收从数据处理中心下发的各种图像和产品，供当地气象业务和研究单位使用。对于极轨气象卫星，用户还可直接接收利用卫星下发的低分辨率观测数据。

风云气象卫星的数据处理工作由国家卫星气象中心人员自己承担。气象卫星的数据处理，是要从卫星遥感观测数据中，提取遥感目标物所在地点的关于地表、云和大气状态的定量参数产品。其中有三个基本的科学问题要解决。

第一个问题是卫星所遥感的观测目标物在什么地方。这个问题称为图像配准和定位。风云二号气象卫星是通过星地协同工作完成对地观测的。星载多光谱扫描辐射仪对地球进行扫描，获取地球图像数据。扫描阶段所获取的数据尚不能组成可用的图像。地面应用系统利用遥测数据，将扫描过程中所获取的对地观测数据，处理成一幅相当于在卫星所在位置直视地球所看到的可用图像，并指出图像上每一个观测像元所在的地理经纬度位置。这就是图像配准和定位。

第二个问题是卫星上的遥感器所感应到的辐射量是多少；以及离开遥感目标物的辐射，在传递到卫星的路径上，由于与大气介质的相互作用，改变了多少。这方面的问题称为定标和辐射的大气订正。气象卫星产品定量处理的目的，是要从卫星观测数据中提取地表、云和大气状态的定量参数产品。而卫星所观测到的，是遥感器测量计数值。根据遥感器测量计数值，求解地物状态参数，要做一系列的数据变换。先将遥感仪器的辐射观测数据标定为辐射当量，即定标。定标后，获得了进人卫星遥感仪器的人瞳辐射。然后要对入瞳辐射做一系列的数据处理。这些数据处理，实际上是对辐射从离开观测目标物开始，直到被扫描辐射仪测得为止，每一种物理过程所带来辐射附加值的订正。经过定标和大气订正处理，获得了离开遥感观测目标物的离物辐射。

第三个问题是，从来自位置己知遥感观测目标物的离物辐射数据中，提取出能代表地表、云、大气物理状态和运动的参数，或根据云图的时间序列，推导出代表地物和大气的状态和运动的产品。

上述前面两个问题统称卫星观测数据的预处理，第三个问题称为定量产品处理。数据处理工作要求研发人员对辐射在大气中的传递过程和气象卫星的工作方式两方面都有清晰的理解。国家卫星气象中心进行了与数据处理有关的基础和机理研究，立足于依靠自己的力量解决数据处理中的科学和技术问题；按照软件工程化的要求进行研发工作，自主开发了气象卫星数据处理的全套软件。由于软件是自行研制的，在工作实践中不断修改完善，其工作质量和可靠性日益提高。

3. 风云气象卫星的产品和信息服务。

风云系列气象卫星除了观测资料以外，还提供大量的产品和信息服务。风云一号极轨气象卫星除了全球图像以外，还提供射出长波辐射、海表温度、积雪覆盖和环境监测数据产品。风云二号静止气象卫星提供10种图像产品，云风矢量、海面温度、对流层上中层水汽含量、ISCCP数据集、降水指数、降水估计、云检测、云分类、用云分析出的湿度廓线、晴空大气可降水、射出长波辐射、地面人射太阳辐射、雪覆盖、海冰、水情监测、干旱监测、火情监测、热带气旋卫星定位、卫星监测沙尘暴、雾监测、亮度温度等20多种产品。风云三号气象卫星在大气和云的监测方面提供19种产品，在陆地和海洋监测方面提供10种产品。这些产品除了实时广播以外，都可以从互联网上调到。

除了图像和数字产品以外，风云气象卫星还提供信息服务。这里的信息是指从气象卫星的观测数据和产品中分析得出的信息。卫星信息服务内容上可分为：天气系统演变监测与分析、自然灾害监测与分析、环境变化监测与评估三类。天气类信息服务包括电视气象信息节目，向中共中央和国务院领导提供的卫星气象分析服务，向各级气象台站提供的热带气旋监测与分析、暴雨强对流系统监测与分析、沙尘暴监测、大雾监测、洋面风场产品等。灾害监测和环境变化类信息服务包括向社会公众提供的火情监测、水情监测、雪情监测、海冰监测、植被监测、干旱监测、地表温度监测、黄河冰凌监测等。这些信息服务有利于领导、气象台站和社会公众及时了解从气象卫星获得的信息。

4.风云气象卫星的数据共享。

国家卫星气象中心的气象卫星数据存档和服务系统（SDAC）是目前国内遥感卫星数据规模最大的海量存储系统之一，保存了1984年至今国内时序最长的环境卫星遥感数据。气象卫星长时间序列产品是国家和社会非常急需的气象科学数据，尤其对生态环境演变和全球变化等科研更为重要。

在中国气象局的统一安排下，国家卫星气象中心积极开展历史卫星数据的整编工作，包括开展高精度（时间和空间）、长时间序列基础数据处理技术研究；研究面向用户的规范化、系列化的卫星气象、卫星气候和环境监测信息的加工处理方法；开展气象卫星资料定位信息重加工处理等工作，以建立长时间序列、精加工的气象卫星遥感数据和产品。目前，已经实现了对中国FYZA/2B/2C/2D/2E静止气象卫星、中国FYIC/FY一ID极轨气象卫星、美国NOAA一7至NOAA一18极轨气象卫星、美国GOES-9静止气象卫星、E（）STERRA/AQUA环境卫星、欧洲Meteosat一5静止气象卫星、日本GMS3/4/5.MTSAT一IR静止气象卫星等卫星的历史和实时数据的存档和对外共享服务，存档和共享的数据总量超过l00TB。

SDACWEB服务器域名：http：//Satelliteema.gov.en，FTP服务器域名：ftp：//nsme一。中国气象局局大院用户可使用内部IP地址访问。WEB服务器地址：httP：//10.24.16.5，FTP服务器地址：ftp：//10.24.16.7。

国家卫星气象中心卫星数据共享服务通过基于Internet的WEB方式对全国乃至全球的用户提供。用户仅需使用WEB浏览器就可以完成数据的检索、浏览、订购、定制和下载。检索系统提供完善的用户管理功能，实现用户的信息注册、信息修改、权限管理等控制流程；同时检索系统提供较为完整的帮助信息，用户可以方便地获取有关数据格式说明、应用范例和相关帮助资料。

5.风云气象卫星的业务运行。

在气象卫星发展的初期，风云气象卫星的业务运行成功率不是很高，由于种种原因，丢失云图或数据质量不高的现象时有发生，对此，中国气象局对风云卫星提出了必须成为业务卫星的要求。所谓业务卫星有两个基本的含义。第一个含义是风云卫星所提供服务的内容和指标，都必须达到设计要求。第二个含义是风云卫星在设计寿命期间，必须提供连续不间断的服务。具体的考核指标是，极轨卫星运行成功率为97.5%，静止卫星运行成功率为98%。

国家卫星气象中心对业务运行中存在的问题进行了认真细致的分析研究。对于业务运行中出现的每一个故障，都进行诊断分析，找出故障发生点和发生原因。对由于硬件、软件、管理制度、人员责任不到位所造成的故障，分别通过设备修复和改善、软件更新、制度修订、教育培训措施加以解决。现在，风云气象U星按月统计的业务运行成功率，都在99%以上，不仅我国地方台站广泛接收和利用风云气象卫星的资料，包括美国、澳大利亚、日本在内的许多外国气象部门，也接收和使用风云气象卫星的资料。

6.风云气象卫星的应用。

从气象卫星获取的大气和地表信息，已被广泛应用于天气预报、气候预测、环境和自然灾害监测、农业等多个国民经济领域，为国家经济发展、社会进步做出了贡献。风云系列气象卫星应用系统投入业务运行后，为台风、暴雨、冰雹、暴雪、沙尘暴、龙卷风等灾害性天气的监测提供了更有力的手段，为短期气候预测提供了更多有用的参数，如海表水温、雪盖、植被指数等，为改善天气预报和短期气候预测做出了贡献。

目前，中国气象局正大力开展卫星资料在数值预报中的应用研究，这是提高天气预报准确率的重要手段，将卫星探测资料加人到数值预报的三维同化系统中，能显著提高数值天气预报的精度和时效。

我国是环境和自然灾害种类较多、发生频繁的国家之一，风云系列气象卫星在洪涝、森林草原火情、沙尘暴、雪灾和海冰等监测中发挥了重要作用。

三 中国气象卫星遥感理论和方法研究回顾与展望

1960年4月1日，美国成功发射了世界第1颗气象试验卫星TIROS-1，开创了大气探测的新纪元。此后，人们广泛开展了利用卫星观测资料反演温度、湿度和云等大气参数的理论和方法研究。中国自20世纪70年代起对卫星遥感的理论和方法研究非常重视，在大气温度廓线、云特性、气溶胶和降水的反演理论和方法以及云迹风等研究领域取得了很大的进展。

1. 大气温度廓线反演。

准确获取大气温度和湿度的初始场是提高数值天气预报准确性的前提和必要条件。由于地面观测受到空间和时间分辨率的限制，近几十年来人们一直十分注重发展卫星遥感大气温、湿廓线技术。自Kaplan[1]首次提出利用卫星遥感大气温度廓线以后，大气遥感理论和反演方法研究受到人们的广泛关注。

早在20世纪70年代，曾庆存[2，3]就系统地阐述了大气红外遥感的原理和方法，论证了两类典型问题——大气温度和大气成分的垂直分布遥感，以及两类最基本的扫描方式——频谱法和扫描法所对应的遥感方程的适定性问题，指出测温问题所满足的第一类弗雷德和蒙积分方程的解不是唯一的，若要有实际意义的解，需要应用其他已知的知识，对方程的解加以限制。在卫星遥感问题中，通道选择和反演方法是遥感理论及其应用的核心问题。为此，曾庆存提出了"最佳信息层"概念，这一概念对于选择遥感通道具有指导性意义。在深入探讨遥感理论的基础上，曾庆存将反演方法归纳为2类：一类是统计法；一类是物理反演方法（包括迭代法和最优平滑解方法）。统计法需要有足够的统计资料。在缺乏足够的统计资料，且有足够多通道可供选择的情况下可以采用物理反演方法。

80年代以后，国家卫星气象中心结合业务需求，开展了大量的大气温度廓线反演的研究工作。黎光清等[4，5]根据大气温度遥测方程的非适定性质，讨论了温度廓线估计方法的选择问题，提出了一个有偏估计调整算法。黎光清和董超华[6]使用NOAA-7观测资料，估计了核函数误差对大气温度廓线反演精度的影响，指出核函数误差主要以系统偏差的形式传入估计解中，从而导致强烈的不稳定解。吴保锁等[7]采用Smith和Woolf[8]提出的同步物理反演方法进行了反演试验，并探讨了温度廓线的初估值对反演精度的影响。黎光清等[9]对同步物理反演方法进行了深入的研究，指出同步物理反演方法对初估值的依赖性比统计回归法弱。尽管就大范围纬向平均而论，同步物理反演方法尚不及改进的统计回归法，但在探空资料稀少的地区，同步物理反演方法的反演结果略优于统计回归法。黎光清等[10]在深入研究同步物理反演方法的基础上，对反演模式的自恰性、通道选择和初估场等方面做了改进，建立了一个改进的同步物理反演方法。黎光清等[11]对比了同步物理反演方法和改进的同步物理反演方法，指出除高层外，几乎在所有高度上改进后的同步物理反演方法的反演精度都高于同步物理反演方法。为了进一步减小初估值对反演精度的影响，张凤英等[12]利用国家气象中心的数值天气预报的6 h预报场作为同步物理反演的初估场。

应该指出，传统的用于探测大气温、湿廓线的星载红外探测仪器（如TOVS或ATOVS中的HIRS仪器）采用的是滤光片分光技术。虽然此类仪器在提高天气预报水平中已经发挥了重要作用，但由于其光谱分辨率低，采用基于滤光片分光技术的探测仪器很难进一步提高探测精度和垂直分辨率以满足数值天气预报进一步改进和发展的需求。为此，美国和欧洲近年来启动了一系列高光谱分辨率大气探测仪器的研制计划。例如，美国计划近期在NASA的静止试验卫星EO-3上搭载高光谱红外大气探测仪GIFTS（Geosynchronous Imaging Fourier Trans-form Spectrometer）。GIFTS的观测和运行结果，还将用于确定和研制高分辨率大气探测仪器ABS（Advanced Baseline Sounder）/HES （HyperspectralEnvironmental Sensor），并搭载于计划在2010年以后发射的NOAA静止业务卫星GOES-R上。另外，美国和欧洲还分别计划在2010年以前，在极轨卫星上搭载跨轨红外探测仪（Cross-track Infrared Sounder，CrIS）以及干涉式红外大气探测仪（Infrared Atmospheric Sounding Interferometer，IASI）。中国对发展此类探测技术也十分重视。在20世纪90年代初，国家卫星气象中心就开始调研高光谱分辨率大气探测原理和技术实施途径。在充分调研的基础上，提出了发展中国干涉式大气垂直探测仪的应用需求。中国未来的风云三号和风云四号都将搭载干涉式红外大气探测仪。如何利用这些高光谱分辨率探测资料得到可靠的大气温度和湿度廓线是未来中国大气反演理论和方法研究领域中的一个非常重要的研究课题。

2. 云特性反演。

近20 a来，数值天气预报方法得到了迅速发展。由于数值天气预报通过数值求解控制大气运动的基本方程组来预报未来的天气形势、天气现象和气象要素值，因此具有其他预报方法难以比拟的优点。影响数值天气预报准确性的因素很多，其中一个最重要的因素就是人们对云特性尚缺乏足够的了解。这一问题事实上已经成为数值天气预报发展所迫切需要解决的问题。因此，近年来云特性的研究受到人们的广泛关注。

云特性参数包括云量、云的类型、热力学相态、云顶温度、含水量、云滴有效半径和云场中相对湿度垂直分布等。由于云参数具有较强的时空变化特性，卫星遥感将成为云特性观测研究的主要技术手段。近几十年来，国内学者广泛开展了云检测、分类、云光学厚度、含水量、云滴有效半径等云特性参数的卫星遥感研究。

当天空中有云层存在时，云在可见光波段具有较大的反射率。另一方面，云顶温度通常低于地表温度，有云存在时向外层空间的热辐射小于无云时的向外热辐射。基于上述事实，人们发展了多种利用卫星资料检测云量的方法。白慧卿等[13]建立了云系识别的人工神经网络法；师春香等[14]采用多阈值和人工神经网络法对GMS红外云图进行自动分割试验；方宗义[15]设计了一种适用于东亚和热带海洋地区的云参数处理方法；刘希等[16]建立了一种云检测的动态阈值法，该方法采用直方图曲线斜率变化最大位置对应的卫星测值作为云判识的阈值，取得了较好的云检测结果，目前该方法已经用于生成"风云二号"卫星的云检测产品。在云特性的卫星遥研究中，通常将云分为高、中和低云。许健民[17]等提出了一种结合红外和水汽通道确定高、中和低云的方法。该方法已经成功地应用于生成"风云二号"卫星的云迹风产品。卫星遥感云的光学厚度和云滴有效半径的基本原理是在可见光波段，云的反射函数主要依赖于云的光学厚度；在近红外波段和中红外波段，云的反射函数主要依赖于云滴有效半径。刘健等[18]定性地分析了云图与云的微物理特性的关系。赵凤生等[19]提出了一个利用AVHRR观测资料反演云光学厚度和云滴有效半径的迭代方法。对反演误差的数值分析结果表明，反演精度与云光学厚度和云滴有效半径的大小有关。对于5%的测量误差而言，大部分情况下层积云光学厚度的反演误差小于10%，云滴有效半径的反演误差大约为1～2μm。

云特性的卫星遥感是一个长期的研究课题。夜间或逆温情况下的低云检测、云分类和相态的识别以及如何准确描述云的形态和非球型冰晶粒子的辐射效应等问题至今还没有得到很好的解决。

3.气溶胶特性的反演。

由于气溶胶具有较强的时空变化特性，卫星遥感已经成为了解气溶胶时空分布的必要手段。80年代中期，赵柏林等[20]利用AVHRR资料，进行了海上气溶胶遥感的试验。周明煜等[21]利用AVHRR资料分析了沙尘暴特性。赵凤生等[22]提出了一种利用水色卫星资料同时反演气溶胶光学厚度、Junge谱值数和离水反射率的方法。李正强和赵凤生[23]利用GMS资料反演了中国东海上气溶胶光学厚度。为了减小由于实际大气中谱分布不确定性所造成的气溶胶光学厚度的反演误差，赵凤生等[24]通过数值试验说明了对于卫星遥感而言，如果同时反演气溶胶光学厚度和Junge谱指数，利用Junge谱分布近似实际大气中通常观测到的双模谱

所造成的误差仅为百分之几。该研究基本上解决了卫星遥感气溶胶研究中的气溶胶谱分布不确定性的影响问题。在此基础上，他们提出了一种同时反演气溶胶光学厚度和Junge谱指数的迭代方法。通过和地面观测结果对比，说明了迭代方法具有较高的精度。

陆地上气溶胶光学厚度的卫星遥感仍然是一个困难的课题。目前中国学者大都采用MODIS暗目标方法。该方法的精度会受到地表反射率和气溶胶光学特性（如单次散射反照率）的不确定性的影响。

4.降水的卫星遥感研究。

被动遥感降水的方法分为可见光与红外降水估计方法和微波降水反演方法。由于卫星观测的可见光和红外光谱信号主要包含的是云顶层信息，微波遥感降水日益受到人们的重视。吴蓉璋和Wein-man[25]模拟了SSM/I高频和低频通道对降水的敏感性，指出高频通道对云顶部冰晶粒子浓度敏感，低频通道对云底部水滴浓度比较敏感。这一研究成果为发展微波降水反演方法奠定了基础。卞建春等[26]将神经网络法用于反演降水。吕达仁等[27]开发了用于降水估计的综合统计算法。傅云飞等[28]利用TR-MM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果，研究了降水系统的水平和垂直结构，以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。吴庆梅等[29]探讨了中国江淮、华南降水的微波特性，研究了散射指数与降水的相关特征，并开展了初步的雨强反演研究。

5. 云迹风。

用静止气象卫星的图像估算风场，其主要任务是准确地追踪示踪云的位移，以及准确地指定示踪云中图像特征的高度。中国的卫星云导风研究工作起步于80年代。国家卫星气象中心、中国气象科学研究院、北京大学、南京信息工程大学都曾有人研究过卫星云导风，其中国家卫星气象中心许健民研究组[17～30]的研究成果投入了业务使用，并且在国际同行中有影响和地位。许健民研究组的算法与目前国际上流行的算法相比，在3个地方有进步：①在示踪云识别方面，目前各个计算中心都在搜索区内计算相关系数全矩阵，取其最大值追踪示踪云，为了节减计算工作量，搜索区取得较小，用数值预报场作初始值。提出了简算算法，搜索区取得较大，不用数值预报做初值。试验计算表明，在与搜索区全部计算结果完全等价的前提下，这种的算法工作量节减到原来的1/8左右。而且这种算法只需一台微机，还大大地提高了风的计算密度，所得风场可描绘出辐合、辐散等细节。这种算法在1996年第24届国际气象卫星协调组织会议上被记录为重要特征；②在几何方面，目前各个计算中心都用矢量方法计算风向风速，许健民研究组则用球面三角几何公式计算，算法简单，精度高；③在高度估计方面，国家卫星气象中心的算法同国外通用的算法一样也用红外和水汽两个通道的测值估计示踪云中图像特征的高度。与其他中心不同的是，许健民研究组的算法在利用水汽通道的测值对红外通道所表征的高度进行订正之前，首先通过考察示踪云内红外、水汽两个通道测值的分布和分裂窗测值差的极值，以区分薄卷云和低云，然后再对薄卷云进行高度订正，而对低云则不进行订正。这就充分利用了原来认为高度指定不易做准确的薄卷云。利用了薄卷云后，卫星云导风的分布大大改进。这种高度订正方法在1998年第4届国际云导风会议上被记录为重要进展。

四 提高风云气象卫星的应用水平函待解决的问题

从1969年总理提出要发展我国自己的气象卫星以来，经过近40年的努力，我国极轨和静止两个系列的风云气象卫星都已经实现了持续稳定的业务运行。风云气象卫星不仅提供数据直接分发广播，而且通过Internet网络与用户广泛共享；不仅提供云图和观测数据，还提供大量的定量产品。我国自已的气象卫星在气象业务和研究工作中发挥了重要的作用，突出地表现在全国各级气象台站和国际同行对风云卫星云图的广泛使用。但是风云气象

卫星的应用还有以下三方面的问题没有解决好。

1.风云气象卫星在数据定标和定量产品算法方面还有一些关键问题没有解决好。这些关键问题不仅存在于卫星和观测仪器，而且也存在于地面系统。结果，使得风云气象卫星的定量产品精度不够高，影响了使用效果。卫星观测仪器在低能量端的信噪比不够，观测数据中存在杂散光和噪声。地面系统中定标的算法也没有解决好，使得卫星数据的历史可比性不好。这些问题不解决，卫星数据的定量应用水平是提不上去的。

2.天气预报是中国气象局最重要的业务工作。提高天气预报准确率是中国气象局义不容辞的责任。发达国家的经验表明，天气预报准确率的提高必须走数值天气预报的路。近年来国际上数值天气预报的改善，主要是由于卫星资料进入了数值预报初始场而获得的。但是我国气象卫星资料和产品进人数值预报模式的工作进展缓慢。其中的原因，在气象卫星和数值天气预报两方面都存在。气象卫星的数据处理与数值天气预报产品是相辅相成，密切相关的。气象卫星定量产品推导中要使用数值天气预报模式输出产品，数值天气分析同化中要使用气象卫星观测数据和定量产品。由于目前气象卫星的数据处理与数值天气预报模式两个方面各自都有一些问题没有解决好，两方面协同工作的力度又不够，使得风云气象卫星定量产品和数值模式的精度都不够高。目前这方面的工作力度远远不够，亟待提高。

3.虽然风云气象卫星在广大气象台站已经得到广泛的应用，但是广大预报人员对风云气象卫星云图的判读和应用水平不够高。云图中原本存在的关于天气系统发生、发展的信息还没有被天气预报人员广泛认识，影响了天气预报水平的提高。

针对气象卫星应用中目前存在的以上三方面的突出问题，在气象卫星应用发展规划中应包含以下五方面的内容：

1.继续做好气象卫星空间段的工作，使之不仅提供更多的观测内容，而且提高定量观测质量。

2.继续做好气象卫星地面系统的工作，提高定量产品的质量。其中尤其要做好数据预处理、数据处理方面所涉及的基础理论研究工作，从根本上提高空间数据应用的水平。

3.国家气象中心、国家卫星气象中心、中国气象科学研究院的有关工作人员要联合工作，共同做好气象卫星产品在数值天气预报同化中的工作。

4.气象院校的天气动力学专业要设卫星气象课程。

5.大力开展气象卫星云图在天气分析和预报中应用的研究工作。

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