風云四號氣象衛星,由中國航天科技集團抓總研制,是中國第二代靜止軌道氣象衛星。
風云四號靜止氣象衛星主要目標是:提高多通道掃描成像輻射計的時間和空間分辨率及區域觀測的機動性,增強對中小尺度和災害性天氣系統的監測能力;開展大氣垂直探測,實現靜止軌道三維遙感,為天氣預報特別是數值天氣預報提供大氣探測參數;在靜止軌道上開展閃電觀測,增加對強對流天氣的監測手段;開展太陽活動和空間環境監測,加強空間天氣監測預警。
2016年12月11日,風云四號首發星(又稱FY-4A,簡稱“A星”)搭載長征三號乙運載火箭,在西昌衛星發射中心成功發射。2021年6月3日0時17分,風云四號B星(以下簡稱B星)搭乘長征三號乙運載火箭,在西昌衛星發射中心成功發射。2025年12月27日0時07分,風云四號03星搭載長征三號乙運載火箭在西昌衛星發射中心成功發射。
風云四號B星會與在軌運行的風云四號A星組網協同工作,中國新一代靜止軌道衛星觀測系統正式進入業務化發展階段。風云四號A星、B星雙星組網、東西相守,可提供更加及時、準確的觀測數據,成功保障2022年北京冬季奧運會、杭州亞運會等大型活動,為湯加火山爆發、甘肅地震等災區提供預報服務支撐和全方位跟蹤監測。
發展簡史
研制背景
中國衛星氣象事業的發展最早從1969年開始,完成了從引進接收設備接收利用國外氣象衛星資料,到研制發射自己的氣象衛星與研制具有自主知識產權的地面應用系統的全部歷程。
1988年9月7日,中國自行研制的第一顆極軌氣象衛星“風云一號氣象衛星”A星發射成功,衛星圖像紋理清晰,層次豐富。
立項研制
2008年10月,風云四號進入立項階段。作為中國第二代靜止氣象衛星,風云四號大幅提高多通道掃描成像輻射計的觀測能力,并裝載新研制的干涉式紅外大氣垂直探測儀和閃電成像儀。風云四號氣象衛星對云、云系、大氣溫濕度三度空間結構、下墊面物理狀態屬性的監測能力,比風云二號氣象衛星有很大的提高。
風云四號衛星計劃發展光學和微波兩種類型的衛星。光學星按照東、西雙星進行空間軌道布局,西部星觀測區域覆蓋中國西部、印度洋、紅海和中東地區并西接歐洲,東部星觀測區域覆蓋中國中東部、擴大到廣大太平洋地區。微波探測衛星單星運行,定點在能覆蓋中國國土為主的最佳空間軌道位置。
“風云四號”衛星是由中國航天科技集團第八研究院(上海航天技術研究院)研制的第二代地球靜止軌道(GEO)定量遙感氣象衛星。風云四號氣象衛星采用三軸穩定控制方案,接替自旋穩定的“風云二號”衛星,在功能和性能上實現了跨越式發展,“風云四號”衛星的輻射成像通道增加為14個,覆蓋了可見光、短波紅外、中波紅外和長波紅外等波段,接近歐美第三代靜止軌道氣象衛星的16個通道,可為天氣分析和預報、短期氣候預測、環境和災害監測、空間環境監測預警,以及其他應用提供服務。能夠提供針對陸面、水體、閃電、空間天氣的持續監測數據。
根據任務安排,2025年前,中國將發射風云四號C星——微波探測衛星,并與在軌的風云四號光學衛星協同使用,在國際上率先形成探測手段齊全的高軌氣象衛星體系。
運行過程
2016年12月11日零時11分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射“風云四號”衛星,正式命名為風云四號A星(又稱FY-4A,簡稱“A星”)
2017年5月,風云四號A星在完成在軌測試后,提前進行業務觀測的準備工作,其位置從東經99.5°赤道上空的在軌測試位置漂移到風云靜止衛星的業務觀測位置(東經105度)附近的東經104.7度赤道上空。2017年7月18日,中國氣象局召開風云四號A星在軌測試總結評審會,認為衛星各項功能、性能指標符合研制總要求,在軌測試取得圓滿成功,具備在軌交付條件。2017年9月25日,衛星正式交付中國氣象局,標志著中國靜止軌道氣象衛星觀測系統實現了更新換代。
2018年5月8日,全部國家級氣象業務平臺完成風云二號氣象衛星到風云四號A星的業務切換,中國以及亞太地區用戶已可正式接收風云四號A星數據,標志著風云四號A星已正式投入業務運行,開創了首顆試驗星直接投入業務運行的先河。
2021年12月11日,風云四號A星在軌穩定運行5年,達到考核壽命要求;2022年1月,風云四號A星正式成為空間與重大災害國際憲章的值班衛星,繼續在全球臺風、強對流、洪澇、火災、火山噴發、干旱、高溫、溢油、冰雪災害等災害監測評估中貢獻力量,發揮風云氣象衛星在國際氣象防災減災救災和服務“一帶一路”建設中的作用。
2024年3月5日,風云四號B星成功接替風云四號A星,在東經105度的靜止軌道上恢復業務服務。B星軌位調整后,監測范圍進一步西移,能為更多共建“一帶一路”國家服務,提供天氣預報、防災減災救災等所需數據支撐。
2025年12月27日0時07分,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射風云四號03星,衛星順利進入預定軌道,發射任務取得圓滿成功。
科研成就
2017年2月27日,風云四號A星首批圖像和數據發布,經過初步分析,圖像層次分明,云層和地表紋理豐富,風云四號A星的主要探測功能得到全面驗證,綜合探測能力達到國際領先水平。
截至2023年12月,使用風云氣象衛星數據的國家和地區已達到121個,其中包括85個共建“一帶一路”國家和地區;全球92個國家和地區的1400多名學員接受了相關技術培訓。其中,風云四號A星觀測范圍覆蓋亞太、太平洋中西部和印度洋地區及共建“一帶一路”國家和地區,可實現對臺風初生地區的觀測覆蓋。每天24小時不間斷獲取多類遙感數據,衛星數據在數值天氣預報、高影響天氣實時監測和短臨預報、氣象防災減災、重大活動氣象保障支撐、“一帶一路”氣象服務等方面發揮了重要作用。
系統設計
衛星設計
風云四號衛星采用SAST5000平臺,六面柱體結構,具有對地面積大、質心低等優點。采用單太陽電池翼方案,預留完整的對應一側用作載荷輻射制冷器的散熱面。采用三軸穩定姿態控制,與自旋穩定方式平臺相比可顯著提高對地觀測效率,并為大氣垂直探測和閃電觀測提供必備條件。工作在距離地面36000千米的地球同步軌道,設計壽命7年。采用雙總線體制,星務管理由低速1553B總線實現,載荷觀測數據采用Space-Wire總線傳輸,配置靈活、可靠性高。衛星平臺包括結構、熱控、姿軌控、推進、電源、測控、數管、總體電路、數傳、轉發、數據收集等分系統。
儀器設備
風云四號衛星主要探測儀器為先進的靜止軌道輻射成像儀、干涉型大氣垂直探測器、閃電成像儀、快速成像儀、CCD相機和地球輻射收支儀,地球圓盤圖成像時間為15分鐘。靜止軌道輻射成像儀的成像觀測通道為14個以上,全圓盤圖像觀測時間為15分鐘,最高空間分辨率500米。衛星還配置有912個光譜探測通道的干涉式大氣垂直探測儀,光譜分辨率0.8cm-1,可在垂直方向上對大氣結構實現高精度定量探測。
靜止軌道輻射成像儀
靜止軌道輻射成像儀(AGRI)是風云四號靜止氣象衛星的主要載荷之一,通過精密的雙掃描鏡機構實現精確和靈活的二維指向,可實現分鐘級的區域快速掃描;采用離軸三反主光學系統,高頻次獲取超過14個波段的地球云圖,并利用星上黑體進行高頻次紅外定標,以確保觀測數據的精度。主要承擔獲取云圖的任務,具備了捕捉氣溶膠、雪的能力,能清晰區分云的不同相態和高、中層水汽。
干涉式大氣垂直探測儀
干涉式大氣垂直探測儀(GIIRS),干涉式大氣垂直探測儀是國際上第一臺在靜止軌道上以紅外高光譜干涉分光方式探測三維大氣垂直結構的精密遙感儀器,在FY-4A上采用32×4面陣探測器、在FY-4B上采用16×8面陣探測器,通過阿爾伯特·邁克爾遜干涉分光方式觀測不同譜段的紅外輻射,獲取大氣溫度和濕度的垂直分布,為氣象預報提供大范圍、連續、快速、準確的遙感信息。
閃電成像儀
閃電成像儀(LMI)是全球第一批兩顆靜止氣象衛星閃電成像儀之一,采用CCD面陣和光學成像技術,對觀測區域內包括云閃、云間閃、云-地閃在內的總閃電進行凝視觀測,實現對雷暴系統的實時、連續監測和跟蹤,為強對流天氣監測、民航、鐵路、電力等行業安全保障等提供服務。
空間環境監測儀器(SEP)
空間環境監測儀器(SEP)包含有高能粒子探測器、磁強計和空間天氣效應探測器,具備監測太陽活動和空間環境的能力,探測通道數量、探測精度顯著提高。
衛星管理
風云四號衛星工程由國防科工局組織實施,衛星主用戶為中國氣象局。衛星、運載火箭分別由中國航天科技集團上海航天技術研究院、中國運載火箭技術研究院研制,測控通信系統由西安衛星測控中心負責,地面應用系統建設由中國氣象局國家衛星氣象中心負責。
風云四號衛星地面應用系統中的數據采集工具和測控系統、任務管理與控制系統、定位與配準系統、定標與真實性檢驗系統、產品生成系統、計算機網絡系統等系統建在北京氣象衛星地面站內。數據服務系統、應用示范系統、空間天氣系統建在國家衛星氣象中心大樓內,在大樓的二層機房內建有衛星運行指揮控制中心,對中國在軌運行的極軌和靜止氣象衛星進行狀態監視、任務管理、應急處理及指揮控制。在廣州站建設包括數據獲取和測控需要在科研試驗衛星階段進行驗證的部分系統,在業務衛星發射前進行擴充建設。
性能參數
綜述
風云四號衛星是中國新一代靜止軌道氣象衛星,風云四號A星在世界上首次實現靜止軌道成像觀測和紅外高光譜大氣垂直探測綜合觀測,首次實現了中國天基閃電觀測,風云四號B星搭載的快速成像儀首次實現全球靜止氣象衛星空間分辨率最高(250m)的觀測,區域掃描僅需1分鐘,大幅提升衛星對地觀測效率和時空分辨率,是中國氣象衛星技術從跟跑并跑轉向并跑領跑的實踐者。主要的功能亮點表現在實現了靜止軌道上的三維大氣廓線探測、高空間分辨率高頻次觀測和閃電時空分布探測。
觀測模式
風云四號衛星成像儀每日獲取40幅全圓盤云圖,165幅中國區域云圖,中國區域觀測,范圍為北緯3°-55°,東經60°-137°。
成像儀觀測模式如下:
每小時一次全圓盤觀測,時間為整點—整點過15分鐘。
每3小時進行一次連續3幅全圓盤觀測,時間為00:00(世界時,下同)/03:00/06:00/09:00/12:00/15:00/18:00/21:00時次全圓盤云圖和該時次前后各一幅全圓盤云圖,例如:00:00的連續3幅全圓盤觀測時間為23:45-23:59:59、00:00-00:14:59、00:15-00:29:59。
無全圓盤觀測時進行5分鐘中國區域觀測。
每15分鐘觀測空隙內進行定位定標觀測。
星下點午夜進行飛輪卸載停止觀測。時間為17:15-17:30。
風云四號A星
與國際同類衛星相比,風云四號A星裝載的先進的靜止軌道輻射成像儀,其14個成像通道與國際水平相當。裝載的干涉式大氣垂直探測儀在世界上首次實現了靜止軌道紅外高光譜探測,可以獲取大氣溫濕度三維結構,處于國際領先水平。風云四號裝載的閃電成像儀首次實現了對亞洲大洋洲區域的靜止軌道閃電持續觀測。國外只有美國新一代靜止軌道氣象衛星GOES-R搭載了閃電成像儀對西半球美洲區域進行觀測。
風云四號B星
風云四號B星裝載的先進的靜止軌道輻射成像儀與國際同批衛星水平相當;裝載的干涉式大氣垂直探測儀處于國際領先水平,國外只有歐洲MTG-S計劃搭載的高光譜紅外垂直探測儀具備靜止軌道垂直探測能力;裝載的快速成像儀首次實現全球靜止氣象衛星空間分辨率最高(250m)的觀測。
應用領域
風云四號搭載的干涉式大氣垂直探測儀與靜止軌道掃描成像輻射計“聯手”,在全球首次實現靜止軌道上三維大氣的立體監測。此外,“風云四號”能夠提供針對陸面、水體、閃電、空間天氣的持續監測數據??蔀樘鞖忸A報、災害預警等提供重要支撐。
國家級和31個省級現代化人機交互氣象信息處理和天氣預報制作系統(MICAPS)的業務平臺軟件已升級,預報員可以通過業務平面調取“風云四號”監測的紅外、水汽、中紅外、可見光等圖譜數據和資料。
大事記
2008年10月10日,風云四號氣象衛星工程進入立項階段,標志風云四號工程正式啟動。
2010年,風云四號氣象衛星科研試驗星工程研制項目立項獲得國務院批準。
2010年8月,風云四號衛星方案轉初樣評審通過,會議同意通過風云四號衛星方案轉初樣評審。
2012年3月,風云四號進入初樣研制。
2013年1月,風云四號科研試驗衛星已進入正樣研制階段。
2013年3月,風云四號初樣鑒定星進入結構總裝。
2013年7月,風云四號鑒定星轉入電測試。
2013年11月,風云四號推進分系統整星級地面熱試車成功。
2014年3月5日,風云四號閃電成像儀初樣鑒定產品通過驗收
2015年1月28日,風云四號轉入正樣研制開始生產首發星(01星)。
2015年6月,風云四號轉入熱控改裝階段。
2016年12月11日,中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射風云四號衛星(01星)。這不僅意味著中國未來的天氣監測與預報預警將更為準確,而且也代表著中國在氣象衛星這一高端領域已經達到世界先進水平。
2017年2月27日,隨著中國新一代靜止氣象衛星風云四號A星獲取首批圖像和數據,世界第一幅靜止軌道地球大氣高光譜圖正式亮相,與此同時,中國首次獲取彩色衛星云圖和閃電分布圖。
2017年9月25日,中國新一代靜止軌道氣象衛星風云四號正式交付用戶投入使用,標志著中國靜止軌道氣象衛星觀測系統實現了更新換代。
2018年5月8日零時起,中國以及亞太地區用戶可正式接收“風云四號”A星數據。?
2018年8月,風云四號A星交付使用后,西昌衛星發射中心迅速建設并投入使用風云四號地面接收系統,提高了對強對流等天氣的氣象預報保障能力。?
價值意義
環境監測
中國以及亞太地區用戶可正式接收“風云四號”A星數據。同時,全部國家級氣象業務平臺完成“風云二號氣象衛星”到“風云四號”衛星業務切換??蔀樘鞖忸A報、災害預警等提供重要支撐。
風云四號衛星可以更加精確的開展天氣監測與預報預警、數值預報、氣候監測。風云四號靜止氣象衛星高時空分辨率成像資料、閃電監測資料、大氣三維溫濕度探測資料和空間天氣監測資料將在天氣監測與預報、氣象防災減災、應對氣候變化、生態環境監測、航空和空間天氣等領域得到廣泛應用。如對臺風分析和預報方面,能夠3每分鐘對臺風區域進行觀測,高頻次觀測可提供臺風云結構及其演變的精細化動態信息,特別是對臺風眼區的監測,可彌補目前在軌衛星云圖分辨率和時間分辨率不夠高的缺點,為臺風定位、定強提供更可靠更精細的觀測資料。
風云四號衛星對災害及環境監測、人工影響天氣、支持大氣科學前沿性探索、空間天氣研究提供有力支持。風云四號靜止軌道氣象衛星的研制與發射,對滿足中國日益增長的天氣預報、氣侯預測和環境監測等方面的迫切需求,保證中國靜止軌道氣象衛星在軌業務運行和應用服務的連續性,迅速提升中國在實時、動態氣象觀測方面的能力。
國際合作
全球有四個國家和地區擁有靜止氣象衛星。其中歐洲和美國的衛星主要覆蓋西半球,中國、日本的衛星主要負責東半球天氣監測。此次中國主業務衛星切換為“風云四號”后,除了國內用戶能夠第一時間獲取新產品外,東南亞、東亞和大洋洲多個國家都可同步接收。相關用戶可以通過“風云四號”衛星直接數據廣播、中國氣象局衛星數據廣播系統、中國遙感數據網等渠道獲取衛星數據和產品。
風云四號衛星進一步拓展了國際合作,促進開放共享。風云四號衛星有助于提高中國氣象衛星全球觀測能力,為全球觀測系統的發展做出應用的貢獻,同時為“一帶一路”倡議的實施提供強有力的支持,提升中國參與全球競爭的能力,增加中國在相關國際活動中的話語權。
參考資料 >
風云四號氣象衛星工程概況.中國氣象局.2024-02-28
風云四號系列.國家衛星氣象中心.2024-02-28
風云四號03星成功發射,為我國第二代靜止軌道氣象衛星.北晚在線-百家號.2025-12-27
第二代靜止氣象衛星——風云四號.中國氣象局.2024-03-18
給微信換背景的風云四號A星,開啟超期服役.光明網.2024-03-18
喜報!風云四號B星成功發射!.安徽省氣象局.2024-03-18
高頻高精高靈敏——揭秘風云四號首顆業務星.新華網.2024-03-18
7年,風云四號A星開啟超期服役.中國航天科技集團有限公司.2024-02-28
風云四號進入立項階段 2013年前后發射首顆衛星.中國政府網.2024-03-05
今起亞太地區可接收“風云四號”數據.新華網.2024-02-28
氣象“中國星”貢獻中國智慧.央視網.2024-03-04
國家衛星氣象中心:風云四號B星正式接替A星 為更多共建“一帶一路”國家提供服務.中國青年網.2024-03-06
靜止軌道輻射成像儀(AGRI).國家衛星氣象中心.2024-03-04
干涉式大氣垂直探測儀(GIIRS).國家衛星氣象中心.2024-03-04
閃電成像儀(LMI).國家衛星氣象中心.2024-03-04
儀器介紹.國家衛星氣象中心.2024-03-04
“上海造”風云四號交付使用,我國靜止軌道氣象衛星實現從“并跑”向“領跑”的跨越.上觀.2024-02-28
風云四號觀測模式.國家衛星氣象中心.2024-02-28
風云四號氣象衛星.科普中國網.2024-02-28
氣象局:風云四號衛星方案轉初樣順利通過評審.中國政府網.2024-03-06