唐世浩
,
邱红
,
马刚
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收稿日期: 2016-06-20; 修改日期: 2016-07-14;
优先数字出版日期: 2016-09-25
基金项目: 国家高技术研究发展计划项目（863计划）（编号：2012AA120903）；气象行业科研专项（编号：GYHY201406001）
第一作者简介:
唐世浩(1971-), 男, 研究员, 研究方向为定量遥感理论和应用。E-mail:tangsh@cma.gov.cn
中图分类号: TP701
文献标识码: A
文章编号: 1007-4619(2016)05-0842-8
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摘要
近20年来，中国风云气象卫星完成了从试验应用型向业务服务型、从第一代到第二代、从单一探测到综合探测、从定性到定量的转变，实现了业务化、系列化、定量化的发展目标，风云卫星数据预处理、产品生成、数据应用技术取得全面进步。在地理定位方面，通过发展自主的地理定位算法，持续优化算法精度，业务定位精度提高到1个像素。在辐射定标方面，发展了基于月球订正的星上内黑体定标算法、深对流云定标、月亮定标和交叉定标等算法，建立了综合定标系统，太阳反射波段平均定标偏差小于5%，红外通道平均定标偏差小于0.5 K。建立了风云气象卫星产品生产及质量控制体系，具备数十种大气、陆地、海洋、空间天气定量遥感产品生产能力，部分产品质量达到或接近国际同类产品先进水平。风云气象卫星资料在天气、气候、生态、环境等领域得到广泛应用，特别是通过ECMWF（欧洲中期天气预报中心）的严格测试评估，在国际顶级数值预报模式中得到同化应用，标志着风云气象卫星部分仪器数据质量达到或接近国际先进水平。虽然中国风云气象卫星观测体系基本形成、观测精度不断提高、业务服务能力日趋增强，但仍存在仪器稳定性差、探测能力有限、探测精度有待进一步提高等问题。风云气象卫星未来发展需着重考虑以下几个方面：（1）建立合理的多星综合观测体系，重点是优化高中、低气象卫星轨道配置方案，建立多星联合组网观测体系，增强全球监测能力，提高时空分辨率；（2）提高探测精度，包括发展高精度星上定标系统，提高观测仪器的精度和稳定性，发展先进的卫星数据处理和产品反演算法等；（3）增强探测能力，重点是加强新型探测方法、探测技术研究，逐步实现对气象全要素的遥感探测，（4）增强应急响应能力，提高短时强对流等灾害天气监测能力；（5）提高卫星观测的连续性和稳定性，满足气候变化研究的需求；（6）增强多源数据综合应用能力，提高气象卫星的应用效益。
关键词
卫星遥感 , 气象卫星 , 风云卫星 , 辐射定标 , 有效载荷
TANG Shihao
,
QIU Hong
,
MA Gang
Abstract
Over the past 20 years, the Chinese Fengyun meteorological satellite has progressed from the experimental phase to the operational phase, from the first generation to the second generation, from providing single observation to providing comprehensive observations, and from qualitative application to quantitative application. The Fengyun meteorological satellite has also realized the objects of operation, serialization, and quantification. Great progress has been made in data preprocessing, product generation, and data application. In the field of geolocation, the development and continuous optimization of independent geolocation algorithms have improved the geolocation accuracy of operational satellite data from 2-3 pixels to 1 pixel. In the field of radiometric calibration, the inner blackbody calibration algorithm corrected by lunar emission, the deep convective cloud calibration algorithm, the lunar calibration algorithm, and the cross calibration algorithm have been developed. On the basis of such algorithms, a comprehensive calibration system has been established to improve the calibration accuracy of solar reflective bands to 5% and thermal infrared bands to 0.5K. In the field of product generation, the Fengyun Product Generation System(PGS)and its corresponding quality control system have been established. The PGS system can output dozens of quantitative products of the atmosphere, land, ocean, and space weather. The quality of several products reaches or approaches those at the international level. Fengyun satellite data have been widely used in weather monitoring, climate analysis, ecology and environmental surveys, etc. After strict quality control and evaluation, Fengyun satellite data have been operationally assimilated into ECMWF's operational NWP model, thus indicating that the application of Fengyun satellites has reached a new level. The meteorological satellite observation system established in China shows continuous improvement in terms of observation accuracy and service capability. However, the system cannot fully satisfy the requirements of different applications. In the future, the following aspects should be considered for the development of Fengyun satellites. First, a reasonable observation system should be established. Second, data and product quality should be improved. Third, sounding ability should be strengthened. Forth, future meteorological satellites should enhance emergency response capability. Fifth, the continuity and stability of observation should be enhanced to satisfy the requirements of climate change research. Finally, the comprehensive application capability should be enhanced to make meteorological satellites more useful.
Key words
remote sensing , meteorological satellite , Fengyun satellite , radiometric calibration , payload
1 引言
气象灾害是发生最为频繁、影响最为广泛的自然灾害。卫星遥感具有观测范围广、时效快、不受自然条件和国界限制的优势，是监测和预防气象灾害及其他自然灾害的有效手段。气象卫星是发展最早、应用最为广泛的对地观测卫星。早在1960年，美国就发射了世界上第1颗人造试验气象卫星，其后几十年间，全世界已发射了数百颗气象卫星，在减灾防灾方面发挥了极其重要的作用。
中国对地卫星遥感观测也是从气象卫星开始起步，自1970年启动气象卫星发展计划以来，已经成功发射了自主研制的风云一号(FY-1)、风云二号(FY-2)、风云三号(FY-3)系列气象卫星，形成了稳定运行的极轨和静止气象卫星业务运行系统。近20年来，随着计算机技术的发展、传感器技术的进步以及卫星数据处理水平的提高，风云气象卫星取得了快速发展。在此期间，风云系列气象卫星完成了从试验应用型向业务服务型的转变，从第一代气象卫星到第二代气象卫星的转变，从单一探测到综合探测的转变，从定性应用到定量应用的转变，实现了业务化、系列化和定量化的发展目标。中国也作为世界上同时拥有静止气象卫星和极轨气象卫星的少数国家和地区之一，在全球对地观测领域中确立了应有的国际地位。风云气象卫星具有业务化程度高、综合探测能力强、全球覆盖频次高、定量精度好、使用成本低、资料序列长的优势，在天气、气候、农业、生态、环境等诸多领域被广泛应用。
2 风云气象卫星主要技术进展
2.1 卫星组网观测能力
中国自1970年启动气象卫星发展计划以来发射的气象卫星如表 1和表 2所示。从表 1和表 2可以看出，从1970年—1997年的20多年时间内，中国仅发射了两颗气象卫星，而且这两颗气象卫星在轨寿命都很短。从1997年开始的近20年，先后发射了十几颗气象卫星，中国气象卫星逐步走上业务化、系列化的发展轨道。
表 1 风云系列极轨气象卫星列表
Table 1 Fengyun polar orbit satellite table
| 发射 时间 |
极轨气象 卫星型号 |
过境 类型 |
业务 类型 |
业务状态 (截至2016年) |
| 1988-9-7 | 风云一号A星 | 上午星 | 试验 | 停用 |
| 1990-9-3 | 风云一号B星 | 上午星 | 试验 | 停用 |
| 1999-5-10 | 风云一号C星 | 上午星 | 业务 | 停用 |
| 2002-5-15 | 风云一号D星 | 上午星 | 业务 | 停用 |
| 2008-5-27 | 风云三号A星 | 上午星 | 试验业务 | 部分停用 |
| 2010-11-5 | 风云三号B星 | 下午星 | 试验业务 | 在轨应用 |
| 2013-9-23 | 风云三号C星 | 上午星 | 业务 | 在轨应用 |
表 2 风云静止系列气象卫星列表
Table 2 Fengyun geostationary satellite table
| 发射时间 | 静止气象 卫星型号 |
业务类型 | 业务状态 (截至2016年) |
| 1997-6-10 | 风云二号A星 | 试验 | 停用 |
| 2000-6-25 | 风云二号B星 | 试验 | 停用 |
| 2004-10-19 | 风云二号C星 | 业务 | 停用 |
| 2006-12-8 | 风云二号D星 | 业务 | 停用 |
| 2008-12-23 | 风云二号E星 | 业务 | 在轨应用 |
| 2012-1-13 | 风云二号F星 | 业务 | 在轨应用 |
| 2014-12-31 | 风云二号G星 | 业务 | 在轨应用 |
2004年10月19日，风云二号C星成功发射，实现了中国静止气象卫星由应用试验型向业务服务型的转变；2006年12月8日，风云二号D星发射成功后，中国首次实现了静止气象卫星“双星观测、在轨备份”的业务格局，极大地提升了综合气象观测系统的现代化水平和气象卫星的稳定运行能力。双星观测后，可获取高达15 min一次的全圆盘遥感图像，并且观测范围向西扩展了近20经度，从而进一步提高了中国对气象和环境灾害的监测能力，特别是对中小尺度灾害天气和台风的动态监测预警能力。2008年、2012年和2014年，中国又先后成功发射了风云二号E星、F星和G星，至此，静止气象卫星成功实现了“多星在轨，统筹运行，互为备份，适时加密”观测格局，具备分钟级区域扫描能力，确保了静止气象卫星观测业务的连续稳定和高效运行。
2008年5月和2010年11月，中国分别成功发射了两颗第二代极轨气象卫星实验业务星，风云三号A星和风云三号B星，卫星总体技术达到国际先进水平，标志着极轨气象卫星成功实现更新换代。风云三号A星和B星采用上下午轨道配置，形成双星组网观测格局，使风云三号卫星全球覆盖频次从一天2次提高为4次。通过在国外高纬地区建设的地面站，全球数据获取时效可提高至3 h内，从而显著增强了全球数据获取能力及对台风、雷暴等灾害性天气的的监测能力。2013年9月23日，风云三号C星发射成功，标志着第二代极轨气象卫星实现业务化。
截至2020年，中国还计划发射风云三号D星、风云三号E星(晨昏轨道卫星)、风云三号F星、风云三号G星(降水卫星)、风云四号A星(第二代静止气象卫星试验星)、风云四号B星等多颗气象卫星。届时，低轨气象卫星将实现晨昏轨道卫星、上下午轨道卫星、降水卫星多星组网观测的格局，全球观测覆盖频次将从目前的每天4次提高至每天6次(中低纬度覆盖频次更高)；高轨气象卫星将实现第二代静止气象卫星“双星观测，互为备份”的观测格局，时间分辨率达分钟级。(许健民等，2014；方宗义等，2004；杨军，2008；卢乃锰等，2012)
2.2 星上有效载荷技术
早期的风云气象卫星星上有效载荷少，定量化程度低。第一代极轨气象卫星风云一号和静止气象卫星风云二号上面搭载的主要有效载荷仅为一台扫描辐射计，且通道数较少，探测能力及定量化应用能力十分有限。
第二代极轨气象卫星风云三号在有效载荷技术方面取得较大突破，风云三号A/B星上分别搭载11台有效载荷(表 3)，波长从紫外、可见、红外一直覆盖至微波波段，具备光学和微波成像、大气温湿廓线垂直探测、太阳及地球辐射收支监测、臭氧总量及垂直廓线监测、空间环境监测等能力，可提供全球陆地、海洋、大气、空间环境多参数综合观测，实现了从单一遥感成像到地球环境综合探测、从光学遥感到微波遥感、从公里级分辨率到百米级分辨率的跨越(Dong等，2009)。2013年发射的风云三号C星在A/B星的基础上，有效载荷性能全面提升，微波温度计(MWTS)通道从4个增加至13个，微波湿度计(MWHS)通道从5个增加至15个，同时新增一台掩星大气廓线探测载荷(GNOS)，大气垂直廓线探测能力及探测精度显著提高。计划于2016年发射的风云三号D星将新增温室气体探测载荷(GAS)和高光谱大气探测载荷(HIRAS)，温室气体监测及大气垂直探测能力将进一步增强。风云三号D星搭载的中分辨率光谱成像仪与前几颗星相比有较大的改进，通道数从原来的20个增加到25个，新增250 m分辨率红外分裂窗通道及其他多个红外和近红外通道，地表红外监测能力、云与气溶胶定量遥感能力均显著增强。其他已经列入发射计划的低轨气象卫星还将搭载风场测量雷达、降水测量雷达、微光成像、广角极光成像、太阳极紫外成像等新型有效载荷，从而进一步增强低轨气象卫星在主动风场及降水测量、微光成像、空间环境等方面的监测能力。
表 3 风云三号A/B与风云三号C星上有效载荷
Table 3 Payloads onboard FY-3A/3B and FY-3C
| 仪器组(类) | 风云三号A/B | 风云三号C星 | |||||||
| 仪器名 | 通道数 | 光谱 范围 |
空间分 辨率/km |
仪器名 | 通道数 | 光谱 范围 |
空间分 辨率/km |
||
| 可见—红外 成像类 |
扫描辐射计 (VIRR) |
10 | 0.43—12.5 mm | 1.1 | 扫描辐射计 (VIRR) |
10 | 0.43—12.5 mm | 1.1 | |
| 中分辨率光谱成 像仪(MERSI) |
20 | 0.41—12.50 mm | 0.25—1 | 中分辨率光谱成 像仪(MERSI) |
20 | 0.41—12.50 mm | 0.25—1 | ||
| 微波成像类 | 微波成像仪(MWRI) | 10 | 10—89 GHz | 15—85 | 微波成像仪(MWRI) | 10 | 10—89 GHz | 15—85 | |
| 大气探测组 | 红外分光计(IRAS) | 26 | 0.69—15.5 mm | 17 | 红外分光计(IRAS) | 26 | 0.69—15.5 mm | 17 | |
| 微波温度计 (MWTS) |
4 | 50—57 GHz | 50—75 | 微波温度计 (MWTS) |
13 | 50—57 GHz | 50—75 | ||
| 微波湿度计 (MWHS) |
5 | 150—183 GHz | 15 | 微波湿度计 (MWHS) |
15 | 89—183 GHz | 15 | ||
| 臭氧探测组 | 紫外臭氧垂直探 测仪(SBUS) |
12 | 0.16—0.4 mm | 200 | 紫外臭氧垂直探 测仪(SBUS) |
12 | 0.16—0.4 mm | 200 | |
| 紫外臭氧总量探 测仪(TOU) |
6 | 0.3—0.36 mm | 50 | 紫外臭氧总量探 测仪(TOU) |
6 | 0.3—0.36 mm | 50 | ||
| 辐射收支组 | 地球辐射探测 仪(ERM) |
4 | 0.2—50 mm | 28 | 地球辐射探测 仪(ERM) |
4 | 0.2—50 mm | 28 | |
| 太阳辐射监测 仪(SIM) |
1 | 0.2—50 mm | -- | 太阳辐射监测 仪(SIM) |
1 | 0.2—50 mm | -- | ||
| 空间环境组 | 空间环境监测 器(SEM) |
-- | -- | -- | 空间环境监测 器(SEM) |
-- | -- | -- | |
| 全球导航卫星掩星 探测仪(GNOS) |
-- | -- | -- | ||||||
计划于2016年发射的第二代静止气象卫星首颗星风云四号A星将搭载干涉式红外大气探测仪(GIIRS)、高级地球同步辐射成像仪(AGRI)、闪电成像仪(LMI)、空间环境监测仪(SEP)等有效载荷。卫星发射成功后，将使中国首次具备静止轨道高光谱大气探测能力和闪电成像能力。与第一代静止气象卫星风云二号上搭载的可见红外多通道扫描辐射计(VISSR)相比，风云四号A星上搭载的AGRI在各项性能指标及时空分辨率上均有显著提升，通道数也从5个增加到14个，定量遥感应用能力大幅提高(表 4)。
表 4 风云二号G星与风云四号A星有效载荷对比
Table 4 Comparison of payloads onboard FY-2G and FY-4A
| 风云二号G星 | 风云四号A星 | |||||||
| 仪器名 | 通道 | 光谱范围/mm | 空间分 辨率/km |
仪器名 | 通道 | 光谱范围/mm | 空间分 辨率/km |
|
| 扫描辐射 计(VISSR) |
1 | 0.55—0.75 | 1.25 | 高级地球同步 辐射成像仪(AGRI) |
1 | 0.45—0.49 | 1 | |
| 2 | 3.5—4.0 | 5 | 2 | 0.55—0.75 | 0.5—1 | |||
| 3 | 6.3—7.6 | 5 | 3 | 0.75—0.90 | 1 | |||
| 4 | 10.3—11.3 | 5 | 4 | 1.36—1.39 | 2 | |||
| 5 | 11.5—12.5 | 5 | 5 | 1.58—1.64 | 2 | |||
| 6 | 2.1—2.35 | 2—4 | ||||||
| 7 | 3.5—4.0(High) | 2 | ||||||
| 8 | 3.5—4.0(Low) | 4 | ||||||
| 9 | 5.8—6.7 | 4 | ||||||
| 10 | 6.9—7.3 | 4 | ||||||
| 11 | 8.0—9.0 | 4 | ||||||
| 12 | 10.3—11.3 | 4 | ||||||
| 13 | 11.5—12.5 | 4 | ||||||
| 14 | 13.2—13.8 | 4 | ||||||
| 干涉式红外大气 探测仪(GIIRS) |
914 | 短波红外: 700–1 130 Cm-1 (538个) 短波/中波红外: 1650—2250 Cm-1(375个)可见光: 0.55–0.75 μm(1个) |
红外16 km 可见2 km |
|||||
| 闪电成像仪(LMI) | - | - | - | |||||
| 空间环境监测 仪器包(SEP) |
- | - | - | |||||
2.3 卫星数据预处理技术
风云气象卫星数据预处理技术主要包括地理定位与辐射定标技术等。
2.3.1 地理定位技术
卫星轨道位置偏差、卫星姿态偏差、仪器对地观测时间误差、仪器扫描角误差以及仪器安装误差等是造成卫星定位结果偏差的主要来源。风云二号气象卫星是自旋稳定卫星，定位的关键是需要精确计算卫星的姿态。风云二号卫星定位使用地球圆盘中心所在图像行列号码的时间序列，以及卫星所见太阳与地球的夹角，精确地推算出卫星的姿态和扫描辐射仪的失配，在此基础上实现了像元级精度的图像定位(许健民等，2014)。近年来，国家卫星气象中心又发展了区域扫描模式下气象卫星姿态求解技术(魏彩英等，2014)、基于太阳—月亮空间位置预报提取有效的地球几何信息技术，解决或显著改进了区域扫描模式、地影、轨控等特殊情况下的风云二号气象卫星图像定位问题。
风云一号和风云三号为三轴稳定卫星，风云一号卫星使用的地平穿越式红外地平仪，姿态测量精度较低，无法直接用于遥感数据地理定位计算过程中的姿态校正，主要通过地标点匹配计算方法来估计卫星的姿态误差，然后采用参数化方法进行遥感图像地理定位计算(杨忠东和关敏，2007)。第二代极轨气象卫星风云三号上搭载了高动态GPS接收机，可以实时提供卫星的3维位置信息。同时，采用先进的星敏感器和陀螺等器件自动测量卫星姿态(关敏和杨忠东，2007)。风云三号地理定位算法进一步提高了坐标系统转换精度，同时采用卫星的精密定轨和高精度轨道预报相结合的方法，提高了GPS测量数据的可靠性和轨道计算的可靠性及连续性(关敏等，2008)。近年来，针对高原地区定位偏差较大的问题，开展了试验和资料分析，改进了风云三号卫星高原定位算法，产品的业务定位偏差由原来的2—3个像素提高到1个像素(杨磊等，2008)。
2.3.2 辐射定标技术
(1)可见—近红外波段辐射定标。风云气象卫星的可见—近红外波段定标以前一直以发射前实验室定标和场地定标为主，但这种定标方法存在定标精度低、频次少、定标系数更新不及时等问题，无法及时反映星上仪器的衰减情况。近年来，国家气象卫星中心先后研发了交叉定标、地球稳定目标定标、月亮定标、深对流云定标等多种定标技术，建立了一套将发射前实验室定标、多场地定标、深对流云定标、月亮定标和交叉定标融为一体的综合定标系统。该系统利用不同定标方法的优势，经综合分析得到反射太阳波段在轨响应变化特征，有效解决了固定场地定标方法存在的问题。目前风云气象卫星太阳反射波段平均定标偏差在5%左右(胡秀清等，2013)。
(2)红外与微波通道辐射定标。风云气象卫星红外和微波通道定标采用星上定标为主，场地和交叉定标为辅的方式。由于测量和计算精度难以保证，红外场地定标目前偏差一般在1—1.5 K左右，星上黑体定标如果各个环节控制得好会远远要高于这一精度，因此，红外场地辐射定标一般作为真实性检验手段。与太阳反射通道相比，由于AIRS和IASI等红外高光谱、高精度遥感器的出现，红外通道的交叉定标更为成熟。
风云二号静止气象卫星虽然有星上黑体，但由于扫描方式和光路设计的原因，前光路组件的辐射贡献在观测内黑体和冷空时不一致；再加上后光路的热环境无法精确控制，仪器工作特性有很强的时变特性等原因，给星上黑体定标带来很大困难，导致早期的风云二号静止气象卫星红外通道定标精度不高。近两年来，国家卫星气象中心先后发展了风云二号静止气象卫星交叉定标技术和基于月球订正的星上内黑体定标技术，显著改善了风云二号静止气象卫星红外通道数据质量，使其达到与国外同类卫星相当水平(郭强等，2013)。风云三号气象卫星红外和微波通道星上定标技术相对成熟，目前红外通道定标偏差平均在0.5 K左右(徐娜等，2014)，微波通道平均定标偏差在1 K以内。
2.4 卫星定量产品及算法
风云气象卫星数据及产品主要分为4级。卫星实时向地面发送遥感和遥测资料，由地面数据接收设备进行接收，并将获得的遥感探测资料及时转发给资料处理和服务中心进行质量检验、解码、重复资料剔除等处理，生成0级数据；0级数据经预处理系统进行定位、定标等预处理，生成1级数据；1级数据经产品生成系统加工处理生成轨道产品和侯、旬、月等气候合成产品，即为2、3级产品。
风云气象卫星可以提供数十种定量遥感产品，这些产品被归为大气、陆地、海洋、空间天气等几大类(表 5)，以轨道、5分钟段或多种投影方式提供用户使用。所有风云气象卫星数据及产品可通过互联网、卫星广播等免费获取。
表 5 风云系列气象卫星产品列表
Table 5 List of Fengyun meteorological satellite products
| 产品分类 | 名称 | 空间分辨率/km | 产品周期 | |
| 大气 | 云产品 | 云检测，云量，云分类，云相态，云高/云顶温度， 云光学厚度，云水含量 |
1—5 | 轨道、日、旬、月 |
| 大气产品 | 大气可降水，地面降水，大气气溶胶光学厚度，臭氧总量， 臭氧垂直廓线，大气温度、湿度廓线，大气温湿廓线推导产品， 降水检测，冰水厚度，云导风 |
1—50 | 轨道、日、旬、月 | |
| 掩星探测产品 | 大气折射率廓线，大气干空气的密度、气压廓线， 大气温度廓线，低层大气湿度廓线 |
掩星事件 | 掩星事件 | |
| 监测服务产品 | 沙尘，雾等 | 1 | 日 | |
| 辐射收支产品 | 射出长波辐射，大气顶辐射收支 | 1—28 | 轨道、日、旬、月 | |
| 陆地 | 植被指数，陆表温度，陆表反射比，叶面积指数，陆表反照率， 净初级生产力，光合作用有效辐射系数，土地覆盖，积雪覆盖， 雪水当量、雪深，洪涝与干旱监测，土壤湿度，地表比辐射率， 火点，地面入射太阳辐射，地面辐射收支 |
0.25—5 | 轨道、日、旬、月 | |
| 海洋 | 海面温度，海洋水色，海冰，洋面风速 | 1—5 | 轨道、日、旬、月 | |
| 空间天气 | 高能粒子，辐射剂量，表面电位，电离层总电子含量 | 17 | 轨道 | |
风云三号C星是中国第二代极轨气象卫星的首颗业务星，其星上仪器性能指标显著提升。从风云三号C星开始，风云极轨气象卫星产品生成系统有较大改进。主要表现在：改进了定量产品反演算法；完善了数据格式；修正了风云三号A/B星产品系统中存在的一些错误；建立了产品算法及质量检验文档；新增大气掩星探测、极地云导风等产品，产品序列更加完整。风云三号C星定量产品精度整体优于风云三号A/B星，同时，首次提供5 km分辨率全球整幅定量遥感产品，用于开展气候及全球变化研究。风云气象卫星部分产品质量(如云导风、臭氧、辐射、海温、洋面风速、大气可降水、掩星探测产品等)达到或接近国际同类产品先进水平(张鹏等，2012)。
2.5 风云气象卫星应用
风云气象卫星在天气、气候、生态、环境等领域得到广泛应用。早期的应用主要以定性应用为主，其中使用最广泛的是卫星遥感云图。以台风监测为例，在没有气象卫星之前，台风是最为常见，也是破坏力最大的气象灾害之一，但自从有了气象卫星和卫星遥感云图，几乎没有一个台风被漏过。近年来，随着气象卫星数据和产品质量的提升，风云气象卫星在定量应用方面也取得显著进展，特别是在数值预报应用方面。发达国家的经验表明，天气预报准确率的提高必须依靠数值预报模式。近年来国际上数值天气预报的改善，主要是由于同化卫星资料而获得(许健民等，2014)。数值预报模式对卫星观测数据定量化水平要求非常高。2014年，国际顶级数值预报中心ECMWF经过严格的质量控制和测试评估，正式宣布实现风云三号微波湿度计资料在其业务模式中的同化应用。这是中国气象卫星资料首次在国际顶级数值预报模式中得到业务同化应用，标志着风云气象卫星部分仪器数据质量已经达到或接近国际先进水平。
现在，风云卫星已经成为气象业务服务中的主要数据源，在全球天气气候监测、生态环境监测、灾害监测、作物涨势监测与粮食估产等方面发挥重要作用(杨军等，2011)。
3 结论与展望
经过多年发展，中国风云气象卫星观测体系基本形成、观测精度不断提高、业务服务能力日趋增强。但随着经济、社会的发展和技术的进步，气象服务、环境保护、资源开发等对卫星观测提出的需求也越来越高，风云气象卫星还不能完全满足应用需求。主要体现在以下几方面：
(1)探测要素有限。目前气象卫星还不具备气象全要素探测能力，特别是在大气风场探测、云雨区探测、大气成分和气溶胶探测等方面距离应用需求差距较大。
(2)垂直分辨率不高。大部分气象要素缺少垂直探测能力或垂直探测分辨率、精度不高。
(3)全球观测时空分辨率低。气象要素时空变化较大，静止气象卫星虽然已经具备高时间分辨率观测能力，但空间分辨率低，星上有效载荷少，探测能力有限，而且不具备全球观测能力。极轨气象卫星虽具备全球观测能力，且星上有效载荷多，空间分辨率相对较高，但时间分辨率低。均不能满足全球高时空分辨率、多要素综合探测需要。
(4)探测精度有待进一步提高。目前中国气象卫星虽然定位精度可以达到1个像素，辐射定标偏差可以控制在5%(太阳反射波段)和0.5 K(红外波段)以内，但卫星数据总体质量及仪器综合性能指标与国际先进水平还有较大差距。目前国际先进气象卫星定位精度可以达到0.5个像素，定标精度可以达到2%(太阳反射波段)和0.2 K(红外波段)。
(5)应急响应能力不足。部分气象灾害尺度小、持续时间短，造成的危害大，气象卫星对类似气象灾害监测能力不足。
此外，目前卫星载荷主要针对短期天气应用需求设计，在长期气候变化研究需求方面考虑不足。
风云气象卫星未来发展需重点考虑以下几个方面：
(1)建立合理的多星综合观测体系。重点是优化高、中、低气象卫星轨道配置，建立包含小卫星在内的多星联合组网观测体系，增强全球监测能力，提高时空分辨率。
(2)提高探测精度。主要包括发展先进的卫星平台，发展高精度星上定标、定位系统，提高观测仪器的精度和稳定性，发展先进的卫星数据处理技术和产品反演算法等。
(3)增强探测能力。重点是加强新型探测方法、探测技术研究，逐步实现对气象全要素，特别是3维大气风场及平流层气象要素的遥感探测。
(4)增强应急响应能力。部分中小尺度气象灾害持续时间短、危害大，对这些灾害的监测需要卫星具备快速响应能力。增强卫星应急响应能力，需要解决机动观测、多星联合观测、星上快速数据处理、星—地快速数据传输、地面快速数据处理等诸多关键技术问题。
(5)提高卫星观测的连续性和稳定性。气候和气候变化研究对卫星数据精度，特别是对数据的连续性和稳定性要求较高。为了满足气候变化研究的需求，需要进一步提高气象卫星观测的连续性和稳定性。
(6)增强多源数据综合应用能力。由于受到卫星过境时间、轨道覆盖、遥感仪器探测能力的影响，卫星遥感产品在时空上并不连续，探测能力也相对有限。要使气象卫星的应用效益得到充分发挥，必须在增强多源数据综合应用能力上下功夫。
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