地球图片高清 探秘风云四号A星：地球高清写真“出炉”记

风云四号A卫星“拍摄”的第一张地球彩色合成图像。图片由国防科技局提供

最近微信朋友圈放映了一张地球的照片，看起来像蓝色的大理石。这张照片的拍摄者是目前国内最先进的气象卫星风云四号，也是它拍摄的第一张彩色合成影像。然后，对国内首次获得的闪电分布图进行了筛选。有些人惊叹卫星真的能“捕捉”闪电。

鲜为人知的是，这些美图不是一蹴而就的，从风云四号“流水线”前端的黑白照片，到眉眼清亮、色彩斑斓的美图，最后为公众提供台风、洪水、暴雨预报等服务，中间需要很多处理流程。中国青年报·中青在线记者采访风云四号地面应用系统副总经理郭强，揭秘这些地球高清图片是如何诞生的。

控制:5000句问候“知冷知热”

风云四号是我国首颗在地球静止轨道上三轴稳定的定量遥感卫星，于2016年12月11日成功发射。国防科工局总工程师、国家航天局秘书长田玉龙在风云四号第一批影像发布会上表示，经过初步分析，影像组织有序，云层和表面纹理丰富。

这就是结果。要了解整个故事，我们应该从形象回归开始。第一批数据的精确传输需要地面站实现对卫星的精确控制。郭强说，由于卫星指令存储能力有限，地面系统需要与卫星实时交互，即风云四号的每一次观测动作都是在地面系统的精确控制下完成的。

他告诉中国青年报和中青在线记者，地面系统每天可以向卫星发送5000多条作战指令，而向风云二号发送的指令数量只有100多条。目前已自动发送业务指令5000多条。

然而，自动化业务不能完全取代人工操作。郭强说，每年春秋前后，在45天左右的时间里，太阳每天都会被地球遮挡一段时间，而卫星获得的能量也会受到影响。在最长的一天里，太阳72分钟都不会发光。如果不及时调整，卫星会严重失温，甚至影响卫星的安全。

他们称这个时期为“阴影期”。此时地面站工作人员要提前考虑，给卫星发指令，用自己的电池对卫星进行预热和“保暖”。

领取:来到能融雪的“碗”前

接下来，第一批观测数据将踏上返回地球的征程。

在中国气象局北京地面站，可以看到风云四号的接收天线像一个大碗一样，均匀地面向西南。

郭强说，对于静止气象卫星，天线需要始终面向赤道空35800公里处的卫星。因此，从北京和赤道的相对位置来看，这些天线应该始终面向西南方向接收数据。其实虽然一般都是西南方向，但是每个天线的方向都需要精准的判断。

在北京卫星地面站，有一个专门设置的风云四号卫星测距天线。这些测距天线是普通数据接收天线的“迷你”版本，可以从地面发射无线电信号来测量卫星的距离。

郭强说，通过对北京站、广州站、佳木斯站、乌鲁木齐火车站等地面站测得的距离进行整合分析，得出空之间位置的预测结论，已达到距卫星3.58万公里的精度，误差范围仅为40米左右。

值得一提的是，数据接收天线本身重量超过100吨。在它们下面，有33根直径1米的柱子，直接击中地下25米深的岩层，比建筑物的地基要深得多。这种天线可以在6-7级大风天气下正常工作。下雪天，这些天线还可以启动加热装置，为自己除雪。

然后，通过这些专用的接收天线，在天空中行进的海量数据可以返回地面，进入经过反复测试的管道，开始转型之旅。

转化:用显微镜看一片叶子

然而，刚刚从天而降的第一批卫星观测数据超过了1700 GB——“太大了，太多了！”

郭强说，只有通过解压缩、分割、提取、缩放和定位，才能将这些数据整合成从卫星角度拍摄的地球灰白色图像。

其实刚才提取的原始数据，叫做“零级数据”，实际上是对地球拍了三次照片而成的一个整体图像。这些“零级数据”看似杂乱无章，普通人无法分辨出有用的信息。

郭强说，为了“转化”为有用的数据，需要通过数据预处理，将“零级数据”提前为“一级数据”。

他告诉中国青年报和中青在线记者，通过处理，“零级数据”将被整合成一个灰白色的地球图像。这张照片就像一个人站在卫星上用相机拍摄的地球照片。这张图像包含丰富的温度数据。所以，如何让一幅图像“立”起来，显示不同位置的不同温度，需要研究人员将不同的灰度“翻译”成不同的温度，这是卫星数据定量应用中最重要的一步。

他说，目前风云四号在海面温度和云顶温度方面的定标误差很小，可以控制在正负0.5℃之间。

产品:哪里有闪电，怎么去台风

最后一步就是让这些“一流数据”走下流水线，走进大众生活，成为每天都能看到的天气预报等服务产品。

其实，代表风云四号的第一批影像发布会中的盘面图、大气光谱图、闪电分布图、磁暴监测图，只是众多产品中的冰山一角。

郭强告诉中国青年报和中青在线记者，风云四号提供了28种定量产品，包括云和大气产品、地面产品、天气产品和辐射产品。他说，基于这些产品，预报员可以准确地知道哪里有闪电，台风的精细路径是什么，强对流天气的主要对流发生在哪里。

风云四号第一批图像的出现只是一个开始，海量数据不断从这条处理线上走出来。中国气象局副局长、风云四号卫星项目总工程师于新文介绍，截至目前，风云四号已研制出的定量产品是风云二号的3倍，数据是风云二号的160倍。