氣象衛星能為霧和霾監測治理做什麼？

新華網北京1月16日電（李海韻）2016年年末以來，霧和霾天氣成為公眾關注熱點。霾在衛星雲圖上看起來是怎樣的？氣象衛星在霧和霾的監測和大氣污染治理評估等方面有哪些應用？針對這些問題，近日，中國氣象局國家衛星氣象中心遙感應用室副主任、京津冀及周邊地區大氣污染防治專家委員會專家張興贏接受了中國氣象報和新華網記者的聯合採訪。

專家：中國氣象局國家衛星氣象中心遙感應用室副主任張興贏

採訪人：中國氣象報記者葉海英、新華網記者李海韻

統籌策劃：葉海英、王亮、王若嘉

張興贏（左）接受記者採訪。王若嘉 攝影

記者：針對2016年年末華北黃淮地區出現的霧和霾影響面積，氣象部門提供的數據是通過衛星監測到的嗎？

張興贏：是的，對於2016年12月16日至21日的霧和霾天氣過程，2016年12月17日新聞媒體和電視上報道的霧霾覆蓋約九分之一國土面積，就是我們風雲氣象衛星監測得到的101萬平方公里，2016年12月18日監測到的面積是142.2平方公里，據2017年1月6日上午的衛星監測數據顯示，我國中東部大部分地區都是雲層覆蓋，衛星能看到的霾污染面積大約有40萬平方公里。

記者：監測霧和霾的是什麼樣的氣象衛星？霾在衛星雲圖上看起來是怎樣的？和雲有什麼區別？衛星是如何判定霾的輕重呢？

張興贏：目前我們監測霧和霾的氣象衛星，用到了兩類衛星，一類是極軌氣象衛星，也就是太陽同步衛星或者叫低軌衛星，每天觀測全球一次；另外一類是靜止氣象衛星，也就是地球同步衛星或者叫高軌衛星，可以每小時，或者每分鐘，甚至可以秒級觀測衛星正對的地球圓盤圖，也就是三分之一個地球。

氣象衛星被形象地稱為「天眼」，指的是衛星在天上看地球時就和人的眼睛看到一樣，衛星直接看到的霾的圖像就是灰濛濛的一片，而雲在衛星眼裡就是白色的。

衛星除了可以像眼睛一樣看到圖像，還可以像醫生給人體做CT一樣，根據太陽光穿透大氣層後被吸收或者散射削弱的信號，通過科技人員的解譯，可以得到霾的輕重信息。我們為了讓公眾可以直觀地看到，賦予不同輕重霾污染不同的顏色還有相應的數字信息，這樣就可以便捷地分清霾的輕重了。

2017年1月2日風雲三號氣象衛星監測及14:00時地面PM2.5濃度監測圖。（來源：國家衛星氣象中心）

記者：霧和霾的厚度能通過衛星監測到嗎？未來有沒有可能通過衛星探測到霾的成分？

張興贏：隨著衛星探測手段的不斷提升，目前我們可以利用衛星上搭載的主動激光雷達，可以獲得雲、霧和霾的高度信息以及含量信息。比如2016年12月16日至21日的霧和霾天氣過程期間，我們利用地面的激光雷達和衛星上的激光雷達都可以獲得霾的厚度信息，大約都在500米-1000米之間。

對於霾的成分，目前衛星只探測到覆蓋的範圍和輕重等級，還沒有霾的化學成分信息，但在2017年我國將發射一顆高光譜觀測衛星，預計5年後還會發射一顆專門的大氣環境監測衛星，上面將搭載特殊的偏振和多角度的儀器，可以獲取霾顆粒物中不同粒子的大小以及主要幾類化學成分的信息，比如是硫酸鹽型的顆粒物還是硝酸鹽型的顆粒物等。

記者：衛星監測霧和霾的結果有什麼用處？

張興贏：主要有三個層面的應用，對於公眾來說，衛星監測到的結果可以提供霾的覆蓋面積、影響範圍和輸送擴散的信息。

對於專業研究來說，簡單的衛星成像結果並不足以提供足夠的信息量，更重要的是利用衛星對大氣污染物的定量監測結果，除了大家一目了然可以看到的衛星霧霾監測圖像外，衛星還具備了對大氣層進行CT檢測的功能，可以獲取大氣中的氣溶膠光學厚度，還可以獲得看不見摸不著的污染氣體，比如二氧化氮、二氧化硫，而這些氣體是形成霾顆粒物污染重要的前體物。目前我們的大氣污染預報精度還不夠，很重要的原因是污染排放源的清單的精度不夠，而利用衛星資料的同化技術將可以改善源排放清單的估算，再結合氣象條件的預報，這樣大氣污染的預報結果就會提高很多。

對於國家決策來說，藉助衛星資料獲得更準確的污染源排放清單，治理將更加有的放矢。另外可以利用衛星長期的觀測結果來評估我國霾污染的程度和變化趨勢，國家和地方政府尤其需要通過長期穩定的衛星探測資料，來了解大區污染控制措施實施後，究竟有沒有效果，以及未來該如何開展治理，衛星資料可以提供非常有益的支撐。

衛星數據被應用於天氣預報。(來源：中國氣象網)

記者：最近我國發射了風雲四號衛星，那麼這顆星業務運行之後，將對我國的天氣氣候監測預報水平有著怎樣的提升？

張興贏：目前風雲四號衛星屬於在軌測試階段，測試時間半年到一年，風雲四號衛星不僅是我國氣象科技界，也是世界氣象科技界的一件大事。

2016年12月11日零時11分風雲四號01星成功發射。(來源：新華網)

風雲四號衛星上面搭載了先進的靜止軌道干涉式紅外探測儀，這是目前全世界第一個在靜止衛星上搭載的高光譜紅外探測器，正式運行後，將可以高頻次地獲取天氣監測和預報最重要的溫濕度產品；另外，還有靜止軌道輻射成像儀，由於觀測波段比原來看風雲二號大幅度地提升，可以生產出更多的產品，其中就包括可以用於霧霾監測的氣溶膠產品；此外，還搭載了國內第一台閃電成像儀，將可以第一時間捕捉到閃電在雲層階段的信息，這為地面的閃電預警提供了非常有力的支撐。從通道數來看，先進的靜止軌道輻射成像儀在風雲二號衛星5個通道的基礎上，增加到14個通道，包括可見光、近紅外和紅外通道等，可以挖掘到跟多的產品。由於增加了可以看到氣溶膠的通道，所以我們能夠每15分鐘看一次霧霾的變化。

風雲四號衛星上由於儀器數量和性能的大幅提升，將可以獲取更多的觀測產品，目前我們開發了34類監測產品，涉及天氣、氣候、資源、環境，其中環境包括大氣環境、地表環境和海洋環境。

風雲四號衛星將在原來風雲二號衛星的基礎上，在時間和空間解析度上得到很大的提升，風雲二號衛星空間解析度是公里級的，時間解析度是1小時觀測一次，而風雲四號衛星空間解析度可以達到500米，時間解析度提高到15分鐘觀測一次全圓盤圖，甚至還可以實現1分鐘1次區域觀測。對於快速多變的天氣現象來說，可以提供非常重要的支撐，對天氣預報和防災減災將會是量變到質變的過程。

記者：我們知道，風雲衛星是航天科技集團公司牽頭研製的，氣象部門參與了部分研發工作，那氣象部門在風雲衛星的研發上，主要是做了哪些方面的工作？

張興贏：我們國家衛星氣象中心是氣象衛星的用戶和運行單位，不是氣象衛星的製造單位，衛星平台和遙感儀器是航天部門，還有中國科學院的研究所來負責研製的，在衛星的研製上，國家衛星氣象中心主要做兩項工作：一是頂層需求設計，要給工業製造部分提出明確的需求，需要什麼的衛星和什麼樣的儀器；二是科學指標論證：根據我們要開發的衛星產品，要經過嚴密的計算模擬，提出每個觀測儀器設計的各項主要技術指標，提交給工業部門，並且在整顆衛星的研製過程中，我們全程參與到各個環節，與航天部門共同來推進和完成衛星的製造到出廠發射。這只是我們作為氣象衛星用戶單位參與到氣象衛星研製的工作，實際上國家衛星氣象中心日常更多的工作在於衛星數據的接收、數據的預處理、產品開發、數據存檔和分發服務以及產品的應用與服務。

干涉式大氣垂直探測儀掃描方式示意圖。（來源：國家衛星氣象中心）

記者：如果有用戶想要定製衛星數據，比如某一個城市的氣溶膠濃度的年際變化，能提供嗎？氣象衛星在大氣污染的治理評價上作用如何？

張興贏：極軌衛星的觀測是全球覆蓋的，全球任何地方的觀測數據都可以提供。衛星在全球覆蓋和長時間序列的觀測能力方面是非常突出的，當然衛星目前也有自己的「弱點」：那就是由於在遙遠的太空探測，且要實現一天內覆蓋全球，因此地面的空間解析度不可能非常高，所以如果是一個特別小的城市地區，衛星是不容易識別得到的。氣象衛星在大氣污染的治理評價上可以起到非常重要的作用。我們每年都要給國務院提供各類評估報告，尤其比較重大的活動期間，大量減排後究竟效果如何，我們會利用衛星以及地面的觀測數據來科學地評估減排效果。2017年起中國氣象局將每年編製《大氣環境公報》，向國家和社會公布我國當年的大氣環境基本狀況。

網友：城市和農村的霾來源有何不同？

張興贏：霾的來源有自然的，也有人為的。城市裡由於工業和能源消耗的排放，霾顆粒物中的成分包含硫酸鹽、硝酸鹽比較多。而農村則可能由於農業活動和植物燃燒，顆粒物中可能碳含量比較多。霧霾顆粒物的化學成分會因時因地不同，具有區域的特徵。目前我們的衛星從2000年起就開始可以觀測大氣氣溶膠顆粒物的光學厚度，能看到氣溶膠濃度高低和時空的變化，但還不能區分其中顆粒物的化學成分，等2017年我國新的衛星發射後，由於將攜帶氣溶膠多角度偏振儀器，將有可能實現對霾顆粒物的大小和主要的化學成分的區分，這樣對開展減排的科學支撐會更大。

網友：能見度、霧、霾的輕重究竟是什麼關係？能見度越低霾污染越重嗎？

張興贏：不能等同。舉個很簡單的例子：假設北京大霧，自然能見度非常低，但是由於只是大霧，其中不含有污染顆粒物，這時候雖然能見度低，但實際上是沒有霾的。反之，如果空氣中的濕度很低，能見度還是可以的，但實際上空氣中的顆粒物濃度可能已經很高了，這個時候雖然能見度還可以，但已是霾污染的狀態了。同時，有時候由於大氣於濕度不高，能見度尚可時，但是大氣中已經存在較高濃度的顆粒物污染的情況卻不少見，所以大家不要認為能見度還不錯，就一定沒污染了，要留意每天的氣象預報和觀測數據。

全國霾24小時預報。（來源：中央氣象台）

網友：大氣中的顆粒物也並非完全都是有害的嗎？如果戴上口罩後，會不會把對人體有益處的顆粒物也隔絕了？

張興贏：大氣的顆粒物本來也是大自然客觀存在的。所有的顆粒物都有兩個來源：自然的和人為的。實際上霾在沒有工業污染活動時已經存在於大自然，由於大氣擴散不好，自然排放的顆粒物也會短時呈現較高濃度而影響了大氣的能見度，比如浮塵等。而對於大自然本身來說，沙塵的客觀存在是大自然生物地球化學循環非常重要的一個環節，比如我們的黃土高原就是沙塵幾萬年緩慢堆積的傑作，我的博士生導師早年在NATURE雜誌發表過一篇文章，專門論證了正是沙塵的傳輸，貢獻了遠洋地區80%的氮鹽和磷鹽，如果沒有沙塵顆粒物向遠洋輸送氮鹽和磷鹽，海洋中的浮游植物就無法生存。大自然中各種存在的事物都有合理的一面，只是我們人類的活動打破了大自然中各種固有的平衡，那麼就會形成災害。

網友：空氣重污染預警和霾預警有什麼區別？

張興贏：這個問題，估計困擾大家已久，在這裡我給大家仔細說明一下。目前大家看到的「重污染天氣預警」是地方政府的重污染天氣應急指揮部發布的，預警的依據主要是AQI指數，也就是大氣中污染物的濃度，比如一旦發布紅色預警，就要執行車輛限制、企業限產以及學生停課等，是一種政府的管理行為。

而大家經常從電視以及媒體上天氣預報中了解到的氣象部門發布的是霾的預警，這個不同於環保部門發布的空氣重污染預警，氣象的霾預警分黃色、橙色和紅色三級，主要是根據能見度、空氣相對濕度以及顆粒物濃度這三個綜合指標的科學判識來制定的，主要是考慮到公眾的交通出行安全、生活安排以及個人健康的提示，不帶有強制性的行政效力，只是貼近百姓生活的服務預警，讓大家平時生活出行做參考。