地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (2): 138 -154. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.009

大气海洋 上一篇    下一篇

我国风云气象卫星发展现状与未来展望
关敏1,2,3(), 张勇1,2,3(), 李云1,2,3, 姚依欣1,2,3, 常远4, 邵益凯4   
  1. 1.国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心），北京 100081
    2.许健民气象卫星创新中心，北京 100081
    3.中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，北京 100081
    4.上海卫星工程技术研究所，上海 201109
  • 收稿日期:2024-10-21 修回日期:2024-01-07 出版日期:2025-02-10
  • 通讯作者: 张勇 E-mail:guanmin@cma.gov.cn;zhangyong@cma.gov.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(42275149);国家自然科学基金重点项目(42230109)

Current Development and Future Trends of Fengyun Meteorological Satellites

Min GUAN1,2,3(), Yong ZHANG1,2,3(), Yun LI1,2,3, Yixin YAO1,2,3, Yuan CHANG4, Yikai SHAO4   

  1. 1.National Satellite Meteorological Center (National Centre for Space Weather), Beijing 100081, China
    2.Innovation Center for FengYun Meteorological Satellite (FYSIC), Beijing 100081, China
    3.Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China
    4.Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China
  • Received:2024-10-21 Revised:2024-01-07 Online:2025-02-10 Published:2025-04-17
  • Contact: Yong ZHANG E-mail:guanmin@cma.gov.cn;zhangyong@cma.gov.cn
  • About author:GUAN Min, research areas include development planning research of Fengyun meteorological satellites and socio-economic benefit evaluation of Fengyun meteorological satellites. E-mail: guanmin@cma.gov.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(42275149)
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经过50余年的持续研发与技术创新，我国风云气象卫星观测系统取得了显著成就，成功发射了21颗卫星，目前8颗在轨稳定运行，构成了包含地球静止轨道、太阳同步极地轨道和倾斜轨道的卫星组网观测体系。通过回顾风云气象卫星及遥感仪器的发展历程和现状，地面系统在数据接收、处理及运行方面的效能，以及应用系统的建设与服务情况，综合分析了风云气象卫星及其地面应用系统的技术能力。通过与全球主要国家在气象卫星组网观测、遥感仪器技术以及地面系统运行能力的对比分析发现，尽管风云气象卫星部分性能指标仍有提升空间，但其已具备完善的轨道布局和遥感仪器配置，且遥感仪器的探测能力已达到国际先进水平。地面系统则建立了高效的数据接收、处理与服务流程，数据预处理技术先进，地理定位精度达到亚像元级，辐射定标精度在可见近红外波段达到3%，红外波段达到0.2 K。此外，风云气象卫星系统已构建了全面完备的大气、陆地、海洋及空间天气定量产品体系，并建立了中国遥感卫星辐射校正场，常态化开展辐射定标与遥感产品真实性检验工作。风云卫星数据在天气分析、气候变化研究、生态环境监测及自然灾害预警等多个领域得到了广泛应用，且应用水平不断提升。未来，风云气象卫星观测系统将朝着构建混合架构空间观测体系、观测要素全域精准感知、星地系统智能高效运行、数据处理融合新兴技术、遥感应用场景深化以及国际合作共享等方向发展。

关键词: 风云气象卫星, 综合观测系统, 探测技术, 地面运行, 数据处理技术, 产品应用

Over more than 50 years of continuous research and technological innovation, Fengyun Meteorological Satellite System has achieved significant progress. 21 Fengyun satellites have been launched. Currently, eight of these satellites operate stably in orbit, forming a comprehensive observation system that includes geostationary orbit and sun-synchronous polar orbit satellites. By reviewing the development history and current status of Fengyun meteorological satellites and remote sensing instruments; the effectiveness of ground segments in data reception, processing, and operation; and the construction and service of application systems, the technical capabilities of Fengyun meteorological satellites, their ground segments, and application systems were comprehensively analyzed. Through comparative analysis with major countries around the world in terms of meteorological satellite network observations, remote sensing instrument technology, and ground segment operation capabilities, it was found that the Fengyun Meteorological Satellites not only have a complete orbit layout and remote sensing instrument configuration, but their remote sensing instrument detection capability has reached the advanced international level, although some performance indicators still have spcace for improvement. Ground segments have established efficient data reception, processing, and service processes with advanced data preprocessing technology and sub-pixel-level geolocation accuracy. The radiometric calibration accuracy is 3% in the visible and near infrared channels and 0.2 K in the infrared channels. In addition, the Fengyun Meteorological Satellite System has established a comprehensive and complete quantitative product system for atmospheric, land, marine, and space weather, and has established China Radiometric Calibration Sites for Chinese remote sensing satellites, and carried out validation of the remote sensing products. Fengyun satellite data have been widely used in various fields, such as weather forecasting, climate change research, ecological environment monitoring, and natural disaster warning, and their application level continues to advance. In the future, the Fengyun meteorological satellite observation system will aim to evolve towards establishing a hybrid-architecture space observation system, achieving comprehensive and precise perception of observation elements, enabling intelligent and efficient operation of satellite-ground systems, integrating emerging technologies in data processing, expanding remote sensing application scenarios, and fostering international cooperation and sharing.

Key words: Fengyun meteorological satellites, Integrated observation system, Observation technology, Ground segment, Data processing technology, Product application

中图分类号: 

图1 风云气象卫星在轨布局图
Fig. 1 Fengyun meteorological satellites in-orbit layout diagram
表1 风云三号气象卫星基本情况
Table 1 Basic information of Fengyun-3 meteorological satellites
卫星名称发射时间停用时间轨道高度/km运行状态过赤道时间仪器
FY-3A2008年5月2018年2月836停止运行09：05降交点MERSI-I， VIRR， IRAS， MWTS-I， MWHS-I， MWRI-I， TOU， SBUS， ERM-I， SIM-I和SEM
FY-3B2010年11月2020年6月836停止运行13：40升交点MERSI-I， VIRR， IRAS， MWTS-I， MWHS-I， MWRI-I， TOU， SBUS， ERM-I， SIM-I和SEM
FY-3C2013年9月2025年1月836停止运行10：15降交点MERSI-I， VIRR， IRAS， MWTS-II， MWHS-II， MWRI-I， GNOS-I， TOU， SBUS， ERM-I， SIM-II和SEM
FY-3D2017年11月≥2025年836业务运行14：00升交点MERSI-II， HIRAS-I， MWTS-II， MWHS-II， MWRI-I， GNOS-I， GAS， WAI， IPM和SEM
FY-3E2021年7月≥2027年831业务运行05：30降交点MERSI-LL， HIRAS-II， MWTS-III， MWHS-II， GNOS-II， WindRAD， X-EUVI， SSIM， SIM-II， Tri-IPM和SEM
FY-3G2023年4月≥2029年407业务运行倾斜轨道MERSI-RM， PMR， MWRI-RM和GNOS-II
FY-3F2023年8月≥2031年836业务运行10：15降交点MERSI-III， HIRAS-II， MWTS-III， MWHS-II， MWRI-II， GNOS-II， OMS-L， OMS-N， ERM-II和SIM-II
表2 静止轨道气象卫星基本情况
Table 2 Basic information of geostationary meteorological satellites
卫星系列卫星名称发射时间停用时间运行状态定点经度仪器
风云二号FY-2A1997年6月1998年4月停止运行105°EVISSR-I
FY-2B2000年6月2004年9月停止运行105°EVISSR-I
FY-2C2004年10月2009年11月停止运行123.5°EVISSR-II
FY-2D2006年12月2015年6月停止运行86.5°EVISSR-II
FY-2E2008年12月2019年1月停止运行86.5°EVISSR-II
FY-2F2012年1月2022年4月停止运行112.5°EVISSR-II
FY-2G2014年12月≥2025年业务运行99.2°EVISSR-II
FY-2H2018年6月≥2027年业务运行79°EVISSR-II
风云四号FY-4A2016年12月≥2025年降级运行86.5°EAGRI， GIIRS， LMI和SEP
FY-4B2021年6月≥2029年业务运行105°EAGRI， GHI， GIIRS和SEP
表3 世界主要国家业务气象卫星轨道布局
Table 3 The operational meteorological satellite orbit layout of major countries in the world
美国欧洲中国俄罗斯日本韩国印度
静止轨道卫星定点位置静止轨道卫星定点位置静止轨道卫星定点位置静止轨道卫星定点位置静止轨道卫星定点位置静止轨道卫星定点位置静止轨道卫星定点位置
GOES-14105°WMeteosat-9（IODC）45.5°EFY-2G99.5°EElectro-L N214.5°WHimawari-8140.7°EGK-2A128.2°EINSAT-3D82°E
GOES-1675.2°WMeteosat-100.0°FY-2H79°EElectro-L N376°EHimawari-9140.7°EGK-2B128.2°EINSAT-3DR74°E
GOES-17137.2°WMeteosat-119.5°EFY-4A86.5°EElectro-L N4165.8°EINSAT-3DS82°E
GOES-18137.0°WMTG-I10.0°FY-4B105°E
GOES-1989.5° W
低轨卫星交点地方时低轨卫星交点地方时低轨卫星交点地方时低轨卫星交点地方时低轨卫星交点地方时低轨卫星交点地方时低轨卫星交点地方时
NOAA-1519：23Metop-B9：31FY-3D13：45Meteor-M N2-215：00GCOM-W13：30OceanSat-312：00
NOAA-1822：39Metop-C9：31FY-3E5：41Meteor-M N2-39：30GOSAT13：00
NOAA-1921：08FY-3F10：00Meteor-M N2-415：00GOSAT-213：00
SNPP13：25
NOAA-2013：25
NOAA-2113：25
COSMIC-2

倾斜

轨道

Jason-3

倾斜

轨道

FY-3G

倾斜

轨道

GPM Core

倾斜

轨道

Sentinel-6

倾斜

轨道

其他轨道卫星轨道其他轨道卫星轨道
DSCOVRL1点Arctica-M N1高椭圆轨道
SWFOL1点Arctica-M N2高椭圆轨道
表4 风云卫星遥感仪器性能与欧美同类仪器性能指标比较
Table 4 Comparison of performance indicators of Fengyun satellite remote sensing instruments with those of similar instruments in Europe and the United States
目标/探测方式指标性能
风云卫星［12］欧美气象卫星［9，13-17］

可见红外图像

（实时）

空间分辨率/km

可见光：0.5

红外：2.0

可见光：0.5

红外：2.0

时效/min

全圆盘：15

区域：1

全圆盘：15

区域：5

辐射测量精度/K≥0.2≥0.1

可见红外图像

（全球）

空间分辨率/km0.25/1.0*0.375/0.75**
辐射测量精度/K≥0.2≥0.07
红外高光谱垂直探测（实时）空间分辨率/km

红外：12

可见光：1

—
光谱分辨率/cm-10.625—
时效/min45—
辐射定标精度/K0.7—
红外高光谱垂直探测（全球）空间分辨率/km1412
光谱分辨率/cm-10.6250.25
闪电成像空间分辨率/km星下点7.8星下点8
闪电探测率90%（夜晚）90%（夜晚）/70%（白天）
微波垂直探测空间分辨率/km1516
辐射测量精度/K11
风场分辨率/km25×0.5（C波段）/10×0.5（Ku波段）25
（最小）可测风速/（m/s）34~24
降水空间分辨率

水平：5 km

垂直：250 m

水平：5 km

垂直：250 m

最小可检测降水强度/（mm/h）

0.5（Ku）

0.2（Ka）

0.5（Ku）

0.2（Ka）

紫外可见探测（臭氧等痕量气体）空间分辨率/km

总量：7×7

廓线：21×28

总量：10

廓线：250

光谱分辨率/nm

总量：0.5~1.0

廓线：0.4

1.0
近红外高光谱探测（大气成分）空间分辨率/km≤33
光谱分辨率/nm0.04~0.10.04~0.1
探测目标O2、CO2、CH4、COO2、CO2
辐射收支光谱范围/μm

地球辐射：0.2~100

太阳辐射：0.2~20

地球辐射：0.3~100

太阳辐射：—

绝对精度

地球辐射：0.5%~1%

太阳辐射：0.03%~0.1%

地球辐射：0.5%~1%

太阳辐射：—

无线电掩星工作频率GPS， Galileo， GLONASS和BeiDouGPS， Galileo， GLONASS和BeiDou
掩星事件≥500/d（单星）约2 600/d
表5 气象卫星系统能力对比
Table 5 Comparison of meteorological satellite ground system capabilities
功能/性能数据获取与处理能力中国美国欧洲
数据接收全球数据接收站网6个地面站：1个北极站、1个南极站和4个国内站12个地面站（含2个极区站）：南半球3个和北半球9个7个地面站：2个北极站和5个欧洲站
全球数据获取时效2 h2 h2.25 h
产品体系大气—陆地—海洋—空间天气产品体系完整，但缺少长时间序列产品完整完整
数据服务数据获取方式CMACast、风云卫星遥感数据服务网和直收站等中继卫星实时传输、广播数据、NESDIS云框架NCCF和直收站等EUMETCast、EUMETSAT数据中心和直收站等
表6 风云四号卫星主要产品信息表
Table 6 Main product information of Fengyun-4 satellite
产品分辨率/km精度/误差
云检测产品412%
云类型和云相态产品—云类型精度>60%，云相态精度>75%
云顶高度/气压/温度产品4云顶比辐射率大于0.8 h：云顶高度误差0.5 km云顶气压误差50 hPa，云顶温度误差3 K
云光学和微物理特性产品原始分辨率白天不确定性为35%；夜间不确定性为40%
雾检测产品485%
大气运动矢量产品64风速偏差<3 m/s，标准差<6 m/s
射出长波辐射产品4RMSE<20 W/m2
海洋气溶胶产品40.05±20% AOD
陆地气溶胶产品4±0.05±0.18τ
沙尘检测产品480%
海表温度产品4±1.5 K
火点/热点检测产品290%以上
陆表温度产品原始分辨率2.5 K
地表比辐射率产品120.05
地表反照率产品4<0.08
积雪覆盖产品4积雪判识误差12%，晴空下雪与非雪分类误差15%
总量与分层水汽产品原始分辨率误差10%
降水估计产品46 mm/h
对流初生产品4精度80%
大气温湿度廓线原始分辨率温度的精度误差为1.0~1.5 K，湿度的精度误差为15%~25%
真彩色云图1—
闪电探测产品星下点7.8精度：优于1个像元
表7 风云三号卫星主要产品信息表
Table 7 Main product information of Fengyun-3 satellite
产品分辨率精度/误差
云检测0.5~1 km10%
云量0.5~1 km12%
云相态和云分类0.5~5 km20%
云顶高度/温度/压强1 km云顶高度：3 km；云顶温度：2 K；压强：100 hPa
射出长波辐射段产品1~14 km5 W/m2
陆地气溶胶段产品10 km±0.20τ±0.05（AOD）
海上气溶胶段产品1 km±0.20τ±0.05（AOD）
沙尘监测1 km10%
极地云导风产品—标准差<7 m/s
海表温度段产品1 km1.2 K
陆表温度段产品250 m2.5 K
陆表反射比0.25~1 km5%
冰雪覆盖段产品0.5~1 km10%~20%
植被指数0.25~5 km20%
HIRAS晴空大气廓线反演产品14 km大气温度：1.0 K，大气湿度：10%，臭氧：15%
MWTS-III大气温度廓线33 km1.5 K
MWHS-II大气温湿度廓线15 km大气温度：1.5 K，大气湿度：15%
GNOS大气温度廓线产品垂直：150~300 m2 K
GNOS大气湿度廓线产品依赖背景场垂直分辨率20%
GNOS电子密度垂直：1~3 km20%
GNOS海面风速水平：优于30 km2 m/s
WindRAD海面风轨道产品20 km3~20 m/s范围内，风速：2 m/s；风向：25°
WindRAD海冰轨道产品20 km海冰范围：20%
PMR降水类型、降水相态、降水率5 km30%
臭氧总量7（沿轨）km×7（跨轨）km5%
臭氧垂直廓线产品（天底）21（沿轨）km×28（跨轨）km20%（对流层），15%（平流层/中层大气）
NO2总量7（沿轨）km×7（跨轨）km30%
SO2总量7（沿轨）km×7（跨轨）km50%
大气顶向上辐射和云产品28 kmLW：7 W/m2；SW：10 W/m2
地面辐射收支轨道产品1°×1°—
大气顶下行太阳总辐照度日产品1°×1°13 W/m2
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