世界三大氣象衛星對湯加火山成像，為啥我們歪得很？與星下點有關

上週六，南太平洋島國“湯加”洪阿哈阿帕伊島水下火山劇烈噴發，此次噴發是21世紀以來地球火山的最大噴發，據估測噴發等級達到了VEI強度5～6級。

火山噴發在帶來嚴重自然災害的同時也考驗著人造航天器的實時動態監測能力，世界多顆氣象衛星記錄下了這一事件。

這是來自大洋彼岸的GOES-17氣象衛星成像畫面

這是東瀛島國的向日葵-8氣象衛星成像畫面

我國風雲四號B氣象衛星成像畫面

話說為什麼記錄下洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發畫面的都是氣象衛星？

人們常說航天器可以直播地球，然而對於近地軌道航天器而言，受限於成像高度、成像幅寬、軌道週期等因素，只能對區域性區域進行實時成像。比如國際空間站也對此次火山噴發進行了成像作業，但卻只能記錄火山噴發後火山灰雲影象，其對時間敏感性目標的成像能力是很弱的。

國際空間站對洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發的火山灰雲成像

而部署於約3。6萬公里高度的地球靜止軌道氣象衛星則不同，它們站得高看得遠，可以實時記錄幾乎半個地球的動態。

對比三家氣象衛星成像影象還有一個問題，

為什麼風雲四號B氣象衛星成像畫面是“最歪”的？

風雲四號B對洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發的連續監測影像

這是因為各家地球靜止軌道氣象衛星基本上都是“各掃門前雪”，其“星下點”位置的選擇主要基於服務本國氣象業務需求而定。

比如東瀛島國，其國土東西跨度小，所以只需要一顆地球靜止軌道氣象衛星即可滿足需求，另外可以部署一顆備份星用以確保在主業務星故障情況下及時補位。大洋彼岸的GOES系列衛星有4顆，也主要是服務西半球。

風雲四號B星

地球靜止軌道氣象衛星星下點區域成像精度最高，隨著成像區域遠離星下點成像精度也會隨之降低。

對洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發成像的風雲四號B星的星下點位置是東經123。5度赤道上空，距離洪阿哈阿帕伊島有61。118度經度差，此影象是其整幅圓盤影象的邊緣擷取。

風雲四號B星可見光圓盤影象（洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發在影象右下角）

與之對比，大洋彼岸的GOES-17氣象衛星的星下點是西經137。2度赤道上空，與洪阿哈阿帕伊島的經度差是38。182度；東瀛島國的向日葵-8氣象衛星星下點是東經140。7度，與洪阿哈阿帕伊島的經度差是43。918度。由此可見，這兩家衛星的經度差遠小於風雲四號B星，這就是他們的成像畫面顯得更正的原因。

雖然遠離星下點區域的影象會有傾斜，但經過後期幾何校正也可以化解這一問題。

經幾何校正的洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發影象

既然氣象衛星都是服務本國需求，那麼各國又是如何掌握全球氣象動態的呢？氣象衛星

一般由

兩種軌道衛星互補組網作業，除了地球靜止軌道氣象衛星，還有近地軌道的極軌氣象衛星，後者可以實現全球覆蓋觀測。

前面講到地球靜止軌道氣象衛星基本都是各掃門前雪，風雲系列衛星已經打破了這一定式。

三年前，風雲二號系列最後一顆業務星“風雲二號H星”成功發射，而就在發射前航天科技八院509所接到通知，要將該衛星的定點位置由計劃的東經99。5度赤道上空向西移動至東經79度赤道上空，此定點位置的經線穿過西部邊陲喀什地區，衛星在這裡可以盡最大限度服務亞非地區。

三年前風雲二號系列最後一顆業務星H星發射

針對此需求，測控人員很快制定了一套“衛星漂移方案”，燃料的多寡直接決定了衛星在軌壽命的長短，因此漂移方案必須儘可能節省燃料，風雲二號H星入軌一週後成功定點於東經94。1度，然後進行在軌功能測試，待測試完畢各項條件滿足後開始漂移。

風雲二號H星利用地球靜止軌道週期長短變化原理實現漂移，當軌道週期大於地球自轉速度時，衛星星下點經度逐漸減小，衛星向西移動；當軌道週期小於地球週期時，衛星星下點經度逐漸變大，衛星向東移動。

風雲二號H星就選擇了前一種辦法，即先升軌，軌道週期大於地球自轉週期，衛星向西移動，然後再降軌至地球靜止軌道完成漂移定點。此種辦法最節省燃料，最終在入軌一個多月後成功定點於東經79度赤道上空。

風雲二號H星完成漂移定點後的首幅圓盤圖，可見畫面中心經線方向北側穿過喀什地區。

風雲系列衛星自1998年發射第一顆風雲一號A星以來，迄今總共發射了19顆衛星，目前在軌執行衛星有7顆。

不論是組網規模，還是綜合技術能力風雲系列衛星都已經位居世界前列。尤其是去年年中發射的風雲三號E星，彌補了世界晨昏軌道氣象衛星的空白，有效提高了全球數值天氣預報精度和時效，進一步提升了風雲衛星的國際影響力。

風雲三號E星

風雲三號E星拍攝的洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發“微光影象”

風雲系列衛星當前正在進行換代升級，旨在用風雲三號與風雲四號兩個系列衛星取代風雲一號與風雲二號兩個系列衛星（一號與三號兩個奇數系列衛星為極軌衛星，二號與四號兩個偶數系列衛星為地球靜止軌道衛星）。

到2025年以前，我們還將發射5顆氣象衛星，其中3顆是風雲三號系列衛星，另外2顆是風雲四號系列，新發射的風雲四號系列衛星中還將有一顆微波衛星，它可以穿越雲雨，獲取整個垂直維度的綜合資訊，

這將是全球第一顆部署於地球靜止軌道實現微波雷達探測的氣象衛星

。再之後還將開發下一代風雲系列衛星，持續迭代升級。

風雲四號B星太陽翼測試

在地球靜止軌道氣象衛星就火山噴發實時成像任務各顯神通之後，接下來就該近地軌道遙感衛星上場了，氣象衛星對成像解析度沒有過高的要求，而高解析度成像則是近地軌道遙感衛星的專長。

我國海絲一號遙感衛星在火山噴發不久即利用合成孔徑雷達裝置對火山噴發地區進行成像，此種成像可穿透雲雨阻隔，具有全天候全天時成像優勢，即便是火山噴發的火山灰雲也不能阻擋它的成像。

海絲一號衛星對火山噴發後的洪阿哈阿帕伊島進行雷達成像

火山噴發前後對比

根據合成孔徑雷達成像影象判斷，洪阿哈阿帕伊島原本露出海面的火山口已經消失（被海水淹沒），原本連成一片的島嶼被分割成了兩個（該島在2015年之前也是兩島狀態）。另外湯加首都的成像影象明暗區別不大，表明整座城市已被火山灰覆蓋。

火山噴發後海絲一號對湯加首都雷達成像

另外大洋彼岸Maxar公司的遙感衛星也對湯加首都進行了高解析度可見光成像，根據遙感影象結合此前影像判斷，這座城市的確覆蓋了一層火山灰。

火山噴發前湯加首都

火山噴發後湯加首都

大規模火山噴發將對全球氣候產生不可避免的直接或間接影響，因此各路遙感觀測衛星，尤其是氣象衛星將持續對火山灰雲漂移動態進行持續監測。

現如今人們經常強調人類活動對地球的影響，然而一個事實是，在地球面前人類仍然是渺小的，地球有其自身的運作機制，它也會進行自我調節。

在整個地球尺度來看洪阿哈阿帕伊島水下火山噴發只是漫長曆史刻度下的一個小動作，然而即便是這個小動作人類也不能有絲毫的怠慢。

火山灰雲團經沉降後分離出淺綠色氣團，目前該氣團已經抵達澳洲。

人類之於地球也是偉大的，縱然我們與地球之間的力量不能劃等號，然而正如幾十年前那位老人說得那樣“

與天奮鬥其樂無窮

”，我們人類正是在與自然不斷奮鬥的過程中繁衍至今，只有懷著人定勝天的信念，我們才能夠不躺平，才能持續奮鬥並邁向更加遙遠的未來。