導(dǎo)讀
以前人們說起氣象衛(wèi)星的作用,最愛打的比方是“在天上給地球拍照片”;說起衛(wèi)星氣象產(chǎn)品,通俗解釋就是“看圖說話”。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,今后衛(wèi)星不僅可以獲取地球表面和大氣中較大目標(biāo)的影像,而且可以對(duì)大氣中某些肉眼所觀測(cè)不到的物質(zhì)進(jìn)行定量探測(cè),例如霾的監(jiān)測(cè)。在衛(wèi)星產(chǎn)品圖上,霧和霾將區(qū)分得更加清楚,相關(guān)氣象預(yù)報(bào)預(yù)警也將更有數(shù)據(jù)依據(jù)。
精彩觀點(diǎn)
“未來三到五年,我國(guó)將成為世界上具備溫室氣體探測(cè)最多衛(wèi)星的國(guó)家?!?BR>“今后的衛(wèi)星可以做到定量探測(cè),不再單純是看到一個(gè)影像?!?/p>
本期專家
張興贏:國(guó)家衛(wèi)星氣象中心衛(wèi)星氣象研究所副所長(zhǎng)
張恒德:中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)室高級(jí)工程師
訪談實(shí)錄
衛(wèi)星監(jiān)測(cè)霾取得質(zhì)的飛躍
國(guó)家衛(wèi)星氣象中心衛(wèi)星氣象研究所副所長(zhǎng)張興贏眼中的霾跟普通人不太一樣?!拔已矍暗啮埠蜌馊苣z不單是所看見到的灰蒙蒙一片,在我腦海里浮現(xiàn)出來的是氣溶膠中的化學(xué)成分以及每個(gè)細(xì)顆粒物的形狀”,說話時(shí),他腦海里也一定閃現(xiàn)出那些細(xì)微顆粒在顯微鏡下呈現(xiàn)出的蜂窩狀或其他的什么樣子。從2001年攻讀博士開始,張興贏研究了十幾年的大氣化學(xué)成分,從早期用地面觀測(cè)和化學(xué)試驗(yàn)的手段研究大氣成分,到后來用環(huán)境電子顯微鏡來細(xì)致研究每個(gè)大氣顆粒物的組成和形狀,2006年就職于國(guó)家衛(wèi)星氣象中心以來,又與衛(wèi)星監(jiān)測(cè)結(jié)下了不解之緣,從微觀研究到宏觀監(jiān)測(cè),張興贏的科研經(jīng)歷使得他對(duì)大氣中的微量化學(xué)成分有著“立體”的認(rèn)識(shí)。
最近他和同事們所做的一項(xiàng)新業(yè)務(wù)也正在使衛(wèi)星"眼中"的霾變得不一樣。
今年1月份,京津冀區(qū)域出現(xiàn)5次強(qiáng)霾污染過程,面對(duì)如此嚴(yán)重的霾天氣過程,如何現(xiàn)對(duì)霾的監(jiān)測(cè),能夠及時(shí)提供霾的污染程度和影響范圍,最大程度減少對(duì)人們健康和安全的影響,任務(wù)迫在眉睫?!拔耶?dāng)時(shí)就很著急,看看常規(guī)的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)氣溶膠的產(chǎn)品能不能看出來霾的情況,但是研究發(fā)現(xiàn)行不通。”張興贏用很快的語(yǔ)速回憶著當(dāng)時(shí)的情況?!俺R?guī)的衛(wèi)星氣溶膠監(jiān)測(cè)是用可見光的原理,它只能得到無云晴空的氣溶膠光學(xué)厚度,不僅對(duì)于亮地表無法探測(cè),而且有云和大量霧的地方,就得不出可靠的觀測(cè)結(jié)果。而在霾發(fā)生的時(shí)候,通常伴隨著大量的云和水汽,因此可見光的氣溶膠探測(cè)基本上發(fā)揮不了監(jiān)測(cè)的作用?!币簿褪钦f在霾發(fā)生時(shí),云和水汽給它當(dāng)了“保護(hù)傘”,遮住了衛(wèi)星的“視線”。想讓衛(wèi)星“透視”霾,還要另辟蹊徑。
后來他和同事基于此前科研積累,緊急利用風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的臭氧探測(cè)儀的觀測(cè)數(shù)據(jù),利用紫外光波段的特性來開展對(duì)霾污染的監(jiān)測(cè)。因?yàn)樽贤夤獠ǘ螌?duì)吸收性氣溶膠有很好的指示作用,而對(duì)云和水汽不敏感,也不受亮地表的影響。所謂的吸收性氣溶膠,主要就是在紫外波段有強(qiáng)烈吸收信號(hào)的大氣化學(xué)物質(zhì),通常是指:沙塵氣溶膠和碳質(zhì)氣溶膠。而碳質(zhì)氣溶膠正好是霾中很重要的組成成分,因此利用紫外光遙感監(jiān)測(cè)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)霾天氣過程的監(jiān)測(cè)。
目前風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星每天都在進(jìn)行霾的監(jiān)測(cè),從1月開始衛(wèi)星氣象研究所每天都人機(jī)交互的方式利用風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星生成一張監(jiān)測(cè)圖,上面顯示著當(dāng)天上午9-10點(diǎn)衛(wèi)星過境觀測(cè)期間全中國(guó)區(qū)域霾的分布狀況?!敖?jīng)過這2個(gè)月的完善和與地面的檢驗(yàn)比對(duì),現(xiàn)在正在開展該產(chǎn)品的業(yè)務(wù)化工作,但是由于霾監(jiān)測(cè)工作的緊迫性和重要性,按照中國(guó)氣象局的工作要求,從一月份到現(xiàn)在一直堅(jiān)持每天人機(jī)交互形成監(jiān)測(cè)報(bào)告定時(shí)發(fā)送給相關(guān)業(yè)務(wù)單位?!睆埮d贏介紹說。
衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)大氣成分,是一個(gè)非常新的命題,也是目前國(guó)際遙感領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。對(duì)于霾產(chǎn)品目前的試用情況,張興贏還是比較滿意的:“霾發(fā)生的時(shí)候,這種觀測(cè)方法對(duì)霾的指向性非常好?!薄?A href="http://m.jssgrhb.net/climate/qhbhyw/03/1831811.shtml" target=_blank alt="“天空之眼”更加犀利 “霾伏”難逃衛(wèi)星監(jiān)測(cè)">詳情】
衛(wèi)星監(jiān)測(cè)霾不可或缺
以前,“霾”很少單獨(dú)出現(xiàn)在氣象服務(wù)文本中,總是跟在“霧”后面,像個(gè)小跟班的。隨著專業(yè)機(jī)構(gòu)和公眾對(duì)霾的認(rèn)識(shí)日益加深,對(duì)霾的危害越來越關(guān)注,小跟班必須走到臺(tái)前,讓人們重新審視。氣象服務(wù)也隨之增加了新的預(yù)報(bào)預(yù)警內(nèi)容。1月28日,中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)與網(wǎng)絡(luò)司向社會(huì)發(fā)布了重新修訂后的霾預(yù)警信號(hào)標(biāo)準(zhǔn),并首次發(fā)布霾預(yù)警。不過實(shí)際生活中,霧霾仍經(jīng)常如影隨形,區(qū)別它們很有必要,但也很不容易。
在傳統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)范里面,能見度<10km,排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙,相對(duì)濕度小于80%,判識(shí)為霾,相對(duì)濕度80%至90%時(shí),按照地面氣象觀測(cè)規(guī)范規(guī)定的描述或大氣成分指標(biāo)進(jìn)一步判識(shí)。實(shí)際發(fā)生過程中,霧霾二者有交叉,還可能相互轉(zhuǎn)換。在觀測(cè)和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中,對(duì)霧霾進(jìn)行區(qū)分很重要,可以更有針對(duì)性地提示危害范圍和保護(hù)措施,對(duì)霾防治也很有幫助。但操作層面往往比文字規(guī)定復(fù)雜得多。
“實(shí)際觀測(cè)的時(shí)候,濕度在80%到90%時(shí)候,是霧還是霾太難判斷了,混在一起。比如早上濕度大的時(shí)候,就比中午難判斷?!敝醒霘庀笈_(tái)預(yù)報(bào)室張恒德博士在介紹霾預(yù)報(bào)工作時(shí)說,“我們現(xiàn)在做霾預(yù)報(bào),要根據(jù)相對(duì)濕度、能見度、PM2.5濃度值及其他要素再判斷霾的落區(qū)。不像降水、氣溫這些很成熟的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)有足夠多的數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)模式支撐?,F(xiàn)在預(yù)報(bào)霾還很有難度?!?BR>
張恒德博士所感嘆的難,一方面來自觀測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)量不足。目前我國(guó)能直接觀測(cè)和分析大氣成分的氣象站還很少,多數(shù)觀測(cè)站判斷霧霾還是靠相對(duì)濕度的硬指標(biāo),而不是監(jiān)測(cè)到霾本身。“霧、霾預(yù)報(bào)的最大區(qū)別是霾預(yù)報(bào)要綜合考慮氣象要素和環(huán)境要素,而霧主要考慮氣象要素。用預(yù)報(bào)霧的傳統(tǒng)方法預(yù)報(bào)霾肯定不行,要有霾的預(yù)報(bào)客觀方法和數(shù)值模式才行?!睆埡愕陆榻B說,“觀測(cè)點(diǎn)少對(duì)于預(yù)報(bào)模型建立、客觀產(chǎn)品開發(fā)都很不利,因?yàn)闆]有足夠的實(shí)況資料去建模,去驗(yàn)證預(yù)報(bào)產(chǎn)品。我們必須基于統(tǒng)計(jì)的結(jié)果才能做一個(gè)霾預(yù)報(bào)的模型。但現(xiàn)在可統(tǒng)計(jì)的樣本太少?!睘榱藦浹a(bǔ)氣象部門大氣成分觀測(cè)站點(diǎn)的不足,預(yù)報(bào)人員要每天查看環(huán)保部門發(fā)布的觀測(cè)實(shí)況數(shù)據(jù)。但這些數(shù)據(jù)只能查看實(shí)時(shí)的,且不能分析,預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)對(duì)于過往數(shù)據(jù)的需求無法滿足。
“衛(wèi)星產(chǎn)品如果時(shí)效性夠的話,還是能很大程度上解決目前的一些困難。比如我們現(xiàn)在每天做常規(guī)預(yù)報(bào),像降水預(yù)報(bào),我們看云團(tuán)動(dòng)態(tài)就知道雨的發(fā)展趨勢(shì),未來會(huì)在哪里下。如果衛(wèi)星能把霾的實(shí)況做成動(dòng)態(tài)產(chǎn)品,我們就能知道它將要往哪里傳輸,正在集中還是正在消散等等?!睆埡愕陆榻B說。
中國(guó)氣象局目前也在考慮充分利用風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星遙感的監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì),加強(qiáng)對(duì)霾的強(qiáng)度、影響區(qū)域、持續(xù)時(shí)間等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。
這些新的衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)不僅能很大程度上幫助提升霾的預(yù)報(bào)、預(yù)警質(zhì)量,同時(shí)也拓寬了衛(wèi)星的應(yīng)用領(lǐng)域。 “未來三到五年,我國(guó)將成為世界上具備溫室氣體探測(cè)最多衛(wèi)星的國(guó)家。”張興贏談到相關(guān)規(guī)劃時(shí)說,“氣候變化最關(guān)心的就是溫室氣體,目前我們正在規(guī)劃中的風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星正在開展溫室氣體探測(cè)載荷和探測(cè)技術(shù)的攻關(guān),預(yù)期在風(fēng)云3D氣象衛(wèi)星上開展主要溫室氣體的全球探測(cè)。同時(shí)我們國(guó)家正在863重大項(xiàng)目框架下開展碳衛(wèi)星項(xiàng)目的研究,氣象局作為指定的唯一用戶,正在緊鑼密鼓地開展地面數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)的建設(shè)。另外在國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)專項(xiàng)中,氣象局作為主要的用戶還推動(dòng)了一顆衛(wèi)星,叫高分五號(hào)衛(wèi)星,上面也將搭載溫室氣體探測(cè)的試驗(yàn)儀器?!?BR>
“今后的衛(wèi)星可以做到定量探測(cè),不再單純是看到一個(gè)影像。像大氣中二氧化氮、二氧化硫這些對(duì)人體有害的物質(zhì),也可以通過衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到它們?cè)诖髿庵械暮俊N磥硇l(wèi)星儀器我們?cè)O(shè)計(jì)的精度會(huì)更高,對(duì)預(yù)報(bào)會(huì)很有幫助。衛(wèi)星在大氣成分探測(cè)方面的應(yīng)用在世界上也是非常新的研究領(lǐng)域,目前只有歐洲、美國(guó)具備了衛(wèi)星大氣成分的監(jiān)測(cè)能力,而對(duì)于溫室氣體的衛(wèi)星探測(cè),目前全球只有日本在2009年上天的一顆衛(wèi)星在開展實(shí)驗(yàn)性的探索,離真正有可靠的全球溫室氣體探測(cè)數(shù)據(jù)還有一段距離?!睆埮d贏說?!?A href="http://m.jssgrhb.net/climate/qhbhyw/03/1831811_2.shtml" target=_blank alt="“天空之眼”更加犀利 “霾伏”難逃衛(wèi)星監(jiān)測(cè)">詳情】
應(yīng)對(duì)氣候變化,衛(wèi)星作用何在?
3月21日,中國(guó)氣象局氣候變化中心召開第二屆科技進(jìn)展交流會(huì)。會(huì)上各相關(guān)單位圍繞“氣候變化監(jiān)測(cè)能力建設(shè)”、“氣候變化影響評(píng)估”、"“科技支撐”、“觀測(cè)能力建設(shè)”等幾個(gè)方面做了15個(gè)報(bào)告。其中張興贏代表衛(wèi)星中心所做的《衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)我國(guó)霾的時(shí)空分布特征、長(zhǎng)期變化趨勢(shì)及其來源解析分析》獲得了高度評(píng)價(jià)。與會(huì)的專家學(xué)者都認(rèn)為這是一項(xiàng)非常前沿的科研探索,將會(huì)為應(yīng)對(duì)氣候變化工作提供新的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。
“對(duì)于氣候變化來說,氣象衛(wèi)星可以發(fā)揮重要的作用。因?yàn)闅夂蜃兓侨蛐缘?,全球站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的均一性很大程度限制了對(duì)全球尺度氣候變化的深入認(rèn)知,而衛(wèi)星遙感則可以實(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一觀測(cè)。因此我們利用衛(wèi)星,可以對(duì)氣候變化敏感的因子開展全球范圍的時(shí)空分布特征和長(zhǎng)期變化趨勢(shì)研究,同時(shí)可以利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)氣候變化造成的影響進(jìn)行評(píng)估?!睆埮d贏認(rèn)為衛(wèi)星可以與地面觀測(cè)站形成很好的互補(bǔ)關(guān)系。地面站可以進(jìn)行定時(shí)、定點(diǎn)的觀測(cè),而衛(wèi)星則可以進(jìn)行大范圍的連續(xù)觀測(cè)。
2013-2-25日風(fēng)云衛(wèi)星霾監(jiān)測(cè)結(jié)果(左)與地面實(shí)況非常吻合(右)
“例如霾天氣過程是一個(gè)大范圍的天氣發(fā)生和傳輸過程,常規(guī)的地面觀測(cè)站點(diǎn)畢竟在空間覆蓋上還是很有限的,尤其是在高山、遠(yuǎn)洋的等無人區(qū)難以開展監(jiān)測(cè),因此對(duì)預(yù)報(bào)大范圍的霾天氣過程還是受限的,衛(wèi)星監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)大面積的無縫隙的數(shù)據(jù)覆蓋,應(yīng)該對(duì)預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)能夠起到很好的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí),紫外氣溶膠直接指示的是霾中碳質(zhì)成分濃度的高低,因此可以很好地監(jiān)測(cè)大氣中碳質(zhì)成分的變化,對(duì)于霾的防治有很重要的意義?!?BR>
在3月21日的會(huì)上,幾位專家發(fā)言都提到氣候變化研究面臨的一個(gè)難題:受城市建設(shè)影響,很多地面觀測(cè)站不得不進(jìn)行遷移,數(shù)據(jù)的連續(xù)性受到很大影響。而衛(wèi)星監(jiān)測(cè)恰恰不受地面環(huán)境變化的影響,數(shù)據(jù)有持續(xù)性、均一性的特點(diǎn),對(duì)于需要長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的氣候變化研究來說,這個(gè)特點(diǎn)非常寶貴。“衛(wèi)星監(jiān)測(cè)在長(zhǎng)時(shí)間序列的極區(qū)海冰的融化、全球氣溫的監(jiān)測(cè)、全球植被覆蓋變化、地球輻射收支監(jiān)測(cè)等諸多方面都可以對(duì)氣候變化的研究起到舉足輕重的作用。目前我國(guó)的風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星已經(jīng)積累了20多年的觀測(cè)數(shù)據(jù),形成了一批長(zhǎng)時(shí)間氣候數(shù)據(jù)集,可以提供氣候變化研究使用?!睆埮d贏介紹說?!?A href="http://m.jssgrhb.net/climate/qhbhyw/03/1831811_3.shtml" target=_blank alt="“天空之眼”更加犀利 “霾伏”難逃衛(wèi)星監(jiān)測(cè)">詳情】
結(jié)語(yǔ)
研究氣候變化,我們要關(guān)注大氣圈、生物圈等多方面已經(jīng)發(fā)生或可能發(fā)生的變化;應(yīng)對(duì)氣候變化,我們要制定嚴(yán)格的減排規(guī)劃,而這一切都離不開精準(zhǔn)的科技支撐。雖然氣候變化研究還有很多未解之謎,但新思路、新技術(shù)每天都在為我們打開一扇門。雖然衛(wèi)星對(duì)大氣成分的監(jiān)測(cè)還有很多工作需要深入開展,但是相信在這些優(yōu)秀的氣象科技人員努力下,在未來3-5年,我國(guó)一定可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球主要大氣成分的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為國(guó)家制定節(jié)能減排政策提供科學(xué)的依據(jù),為適應(yīng)和減緩氣候變化提供基礎(chǔ)的觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐,為大氣環(huán)境的預(yù)報(bào)預(yù)警提供一個(gè)新的視野,更好地服務(wù)于百姓民生。