2016年年末以來(lái)，霧和霾天氣成為公眾關(guān)注熱點(diǎn)。霾在衛(wèi)星云圖上看起來(lái)是怎樣的？氣象衛(wèi)星在霧和霾的監(jiān)測(cè)和大氣污染治理評(píng)估等方面有哪些應(yīng)用？針對(duì)這些問(wèn)題，2017年1月6日下午，記者采訪了中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心遙感應(yīng)用室副主任、京津冀及周邊地區(qū)大氣污染防治專家委員會(huì)專家張興贏。

專家：中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心遙感應(yīng)用室副主任張興贏

采訪人：新華網(wǎng) 李海韻 中國(guó)氣象報(bào)記者 葉海英

張興贏（左）接受記者采訪。李根 攝影

記者：針對(duì)2016年年末華北黃淮地區(qū)出現(xiàn)的霧和霾影響面積，氣象部門提供的數(shù)據(jù)是通過(guò)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的嗎？

張興贏：是的，對(duì)于2016年12月16日至21日的霧和霾天氣過(guò)程，2016年12月17日新聞媒體和電視上報(bào)道的霧霾覆蓋約九分之一國(guó)土面積，就是我們風(fēng)云氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)得到的101萬(wàn)平方公里，2016年12月18日監(jiān)測(cè)到的面積是142.2平方公里，據(jù)2017年1月6日上午的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)中東部大部分地區(qū)都是云層覆蓋，衛(wèi)星能看到的霾污染面積大約有40萬(wàn)平方公里。

記者：監(jiān)測(cè)霧和霾的是什么樣的氣象衛(wèi)星？霾在衛(wèi)星云圖上看起來(lái)是怎樣的？和云有什么區(qū)別？衛(wèi)星是如何判定霾的輕重呢？

張興贏：目前我們監(jiān)測(cè)霧和霾的氣象衛(wèi)星，用到了兩類衛(wèi)星，一類是極軌氣象衛(wèi)星，也就是太陽(yáng)同步衛(wèi)星或者叫低軌衛(wèi)星，每天觀測(cè)全球一次；另外一類是靜止氣象衛(wèi)星，也就是地球同步衛(wèi)星或者叫高軌衛(wèi)星，可以每小時(shí)，或者每分鐘，甚至可以秒級(jí)觀測(cè)衛(wèi)星正對(duì)的地球圓盤圖，也就是三分之一個(gè)地球。

氣象衛(wèi)星被形象地稱為“天眼”，指的是衛(wèi)星在天上看地球時(shí)就和人的眼睛看到一樣，衛(wèi)星直接看到的霾的圖像就是灰蒙蒙的一片，而云在衛(wèi)星眼里就是白色的。

衛(wèi)星除了可以像眼睛一樣看到圖像，還可以像醫(yī)生給人體做CT一樣，根據(jù)太陽(yáng)光穿透大氣層后被吸收或者散射削弱的信號(hào)，通過(guò)科技人員的解譯，可以得到霾的輕重信息。我們?yōu)榱俗尮娍梢灾庇^地看到，賦予不同輕重霾污染不同的顏色還有相應(yīng)的數(shù)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(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)及14:00時(shí)地面PM2.5濃度監(jiān)測(cè)圖。（來(lái)源：國(guó)家衛(wèi)星氣象中心）

記者：霧和霾的厚度能通過(guò)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到嗎？未來(lái)有沒(méi)有可能通過(guò)衛(wèi)星探測(cè)到霾的成分？

張興贏：隨著衛(wèi)星探測(cè)手段的不斷提升，目前我們利用衛(wèi)星上搭載的主動(dòng)激光雷達(dá)，可以獲得云、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(guò)程期間，我們利用地面的激光雷達(dá)和衛(wèi)星上的激光雷達(dá)都可以獲得霾的厚度信息，大約都在500米-1000米之間。

對(duì)于霾的成分，目前衛(wèi)星只探測(cè)到覆蓋的范圍和輕重等級(jí)，還沒(méi)有霾的化學(xué)成分信息，但在2018年我國(guó)將發(fā)射一顆高光譜觀測(cè)衛(wèi)星，預(yù)計(jì)5年后還會(huì)發(fā)射一顆專門的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)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(xué)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(wèi)星監(jiān)測(cè)霧和霾的結(jié)果有什么用處？

張興贏：主要有三個(gè)層面的應(yīng)用，對(duì)于公眾來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的結(jié)果可以提供霾的覆蓋面積、影響范圍和輸送擴(kuò)散的信息。

對(duì)于專業(yè)研究來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的衛(wèi)星成像結(jié)果并不足以提供足夠的信息量，更重要的是利用衛(wèi)星對(duì)大氣污染物的定量監(jiān)測(cè)結(jié)果，除了大家一目了然可以看到的衛(wèi)星霧霾監(jiān)測(cè)圖像外，衛(wèi)星還具備了對(duì)大氣層進(jìn)行“CT檢測(cè)”的功能，可以獲取大氣中的氣溶膠光學(xué)厚度，還可以獲得看不見(jiàn)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(yù)報(bào)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(wèi)星資料的同化技術(shù)將可以改善源排放清單的估算，再結(jié)合氣象條件的預(yù)報(bào)，大氣污染的預(yù)報(bào)結(jié)果就會(huì)提高很多。

對(duì)于國(guó)家決策來(lái)說(shuō)，借助衛(wèi)星資料獲得更準(zhǔn)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(wèi)星長(zhǎng)期的觀測(cè)結(jié)果來(lái)評(píng)估我國(guó)霾污染的程度和變化趨勢(shì)。國(guó)家和地方政府尤其需要通過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定的衛(wèi)星探測(cè)資料，來(lái)了解大區(qū)污染控制措施實(shí)施后，究竟有沒(méi)有效果，以及未來(lái)該如何開(kāi)展治理，衛(wèi)星資料可以提供非常有益的支撐。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)被應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)。(來(lái)源：中國(guó)氣象網(wǎng))

記者：最近我國(guó)發(fā)射了風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星，那么這顆星業(yè)務(wù)運(yùn)行之后，將對(duì)我國(guó)的天氣氣候監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)水平有著怎樣的提升？

張興贏：目前風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星屬于在軌測(cè)試階段，測(cè)試時(shí)間半年到一年，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射不僅是我國(guó)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(shí)11分風(fēng)云四號(hào)01星成功發(fā)射。(來(lái)源：新華網(wǎng))

風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星上面搭載了先進(jìn)的靜止軌道干涉式紅外探測(cè)儀，這是目前全世界第一個(gè)在靜止衛(wèi)星上搭載的高光譜紅外探測(cè)器，正式運(yùn)行后，將可以高頻次地獲取天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)最重要的溫濕度產(chǎn)品；另外，還有靜止軌道輻射成像儀，由于觀測(cè)波段比原來(lái)看風(fēng)云二號(hào)大幅度地提升，可以生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，其中就包括可以用于霧霾監(jiān)測(cè)的氣溶膠產(chǎn)品；此外，還搭載了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)閃電成像儀，將可以第一時(shí)間捕捉到閃電在云層階段的信息，這為地面的閃電預(yù)警提供了非常有力的支撐。從通道數(shù)來(lái)看，先進(jìn)的靜止軌道輻射成像儀在風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星5個(gè)通道的基礎(chǔ)上，增加到14個(gè)通道，包括可見(jiàn)光、近紅外和紅外通道等，可以挖掘到跟多的產(chǎn)品。由于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(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星上由于儀器數(shù)量和性能的大幅提升，將可以獲取更多的觀測(cè)產(chǎn)品，目前我們開(kāi)發(fā)了34類監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，涉及天氣、氣候、資源、環(huán)境，其中環(huán)境包括大氣環(huán)境、地表環(huán)境和海洋環(huán)境。

風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星將在原來(lái)風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，在時(shí)間和空間分辨率上得到很大的提升，風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星空間分辨率是公里級(jí)的，時(shí)間分辨率是1小時(shí)觀測(cè)一次，而風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星空間分辨率可以達(dá)到500米，時(shí)間分辨率提高到15分鐘觀測(cè)一次全圓盤圖，甚至還可以實(shí)現(xiàn)1分鐘1次區(qū)域觀測(cè)。對(duì)于快速多變的天氣現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，可以提供非常重要的支撐，對(duì)天氣預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)將會(huì)是量變到質(zhì)變的過(guò)程。

記者：我們知道，風(fēng)云衛(wèi)星是航天科技集團(tuán)公司牽頭研制的，氣象部門參與了部分研發(fā)工作，那氣象部門在風(fēng)云衛(wèi)星的研發(fā)上，主要是做了哪些方面的工作？

張興贏：我們國(guó)家衛(wèi)星氣象中心是氣象衛(wèi)星的用戶和運(yùn)行單位，不是氣象衛(wèi)星的制造單位，衛(wèi)星平臺(tái)和遙感儀器是航天部門，還有中國(guó)科學(xué)院的研究所來(lái)負(fù)責(zé)研制的，在衛(wèi)星的研制上，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心主要做兩項(xiàng)工作：一是頂層需求設(shè)計(jì)，要給工業(yè)制造部分提出明確的需求，需要什么的衛(wèi)星和什么樣的儀器；二是科學(xué)指標(biāo)論證：根據(jù)我們要開(kāi)發(fā)的衛(wèi)星產(chǎn)品，要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的計(jì)算模擬，提出每個(gè)觀測(cè)儀器設(shè)計(jì)的各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，提交給工業(yè)部門，并且在整顆衛(wèi)星的研制過(guò)程中，我們?nèi)虆⑴c到各個(gè)環(huán)節(jié)，與航天部門共同來(lái)推進(jìn)和完成衛(wèi)星的制造到出廠發(fā)射。這只是我們作為氣象衛(wèi)星用戶單位參與到氣象衛(wèi)星研制的工作，實(shí)際上國(guó)家衛(wèi)星氣象中心日常更多的工作在于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的預(yù)處理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)存檔和分發(fā)服務(wù)以及產(chǎn)品的應(yīng)用與服務(wù)。

干涉式大氣垂直探測(cè)儀掃描方式示意圖。（來(lái)源：國(guó)家衛(wèi)星氣象中心）

記者：如果有用戶想要定制衛(wèi)星數(shù)據(jù)，比如某一個(gè)城市的氣溶膠濃度的年際變化，能提供嗎？氣象衛(wèi)星在大氣污染的治理評(píng)價(jià)上作用如何？

張興贏：極軌衛(wèi)星的觀測(cè)是全球覆蓋的，全球任何地方的觀測(cè)數(shù)據(jù)都可以提供。衛(wèi)星在全球覆蓋和長(zhǎng)時(shí)間序列的觀測(cè)能力方面是非常突出的，當(dāng)然衛(wèi)星目前也有自己的“弱點(diǎn)”：那就是由于在遙遠(yuǎn)的太空探測(cè)，且要實(shí)現(xiàn)一天內(nèi)覆蓋全球，因此地面的空間分辨率不可能非常高，所以如果是一個(gè)特別小的城市地區(qū)，衛(wèi)星是不容易識(shí)別得到的。氣象衛(wèi)星在大氣污染的治理評(píng)價(jià)上可以起到非常重要的作用。我們每年都要給國(guó)務(wù)院提供各類評(píng)估報(bào)告，尤其比較重大的活動(dòng)期間，大量減排后究竟效果如何，我們會(huì)利用衛(wèi)星以及地面的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)科學(xué)地評(píng)估減排效果。2017年起中國(guó)氣象局將每年編制《大氣環(huán)境公報(bào)》，向國(guó)家和社會(huì)公布我國(guó)當(dāng)年的大氣環(huán)境基本狀況。

網(wǎng)友：城市和農(nóng)村的霾來(lái)源有何不同？

張興贏：霾的來(lái)源有自然的，也有人為的。城市里由于工業(yè)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(nóng)村則可能由于農(nóng)業(yè)活動(dòng)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(xué)成分會(huì)因時(shí)因地不同，具有區(qū)域的特征。目前我們的衛(wèi)星從2000年起就開(kāi)始可以觀測(cè)大氣氣溶膠顆粒物的光學(xué)厚度，能看到氣溶膠濃度高低和時(shí)空的變化，但還不能區(qū)分其中顆粒物的化學(xué)成分，等2018我國(guó)新的衛(wèi)星發(fā)射后，由于將攜帶氣溶膠多角度偏振儀器，將有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)霾顆粒物的大小和主要的化學(xué)成分的區(qū)分，這樣對(duì)開(kāi)展減排的科學(xué)支撐會(huì)更大。

網(wǎng)友：能見(jiàn)度、霧、霾的輕重究竟是什么關(guān)系？能見(jiàn)度越低霾污染越重嗎？

張興贏：不能等同。舉個(gè)很簡(jiǎn)單的例子：假設(shè)北京大霧，自然能見(jiàn)度非常低，但是由于只是大霧，其中不含有污染顆粒物，這時(shí)候雖然能見(jiàn)度低，但實(shí)際上是沒(méi)有霾的。反之，如果空氣中的濕度很低，能見(jiàn)度還是可以的，但實(shí)際上空氣中的顆粒物濃度可能已經(jīng)很高了，這個(gè)時(shí)候雖然能見(jiàn)度還可以，但已是霾污染的狀態(tài)了。同時(shí)，有時(shí)候由于大氣于濕度不高，能見(jiàn)度尚可時(shí)，但是大氣中已經(jīng)存在較高濃度的顆粒物污染的情況卻不少見(jiàn)，所以大家不要認(rèn)為能見(jiàn)度還不錯(cuò)，就一定沒(méi)污染了，要留意每天的氣象預(yù)報(bào)和觀測(cè)數(shù)據(jù)。

全國(guó)霾24小時(shí)預(yù)報(bào)。 （來(lái)源：中央氣象臺(tái)）

網(wǎng)友：大氣中的顆粒物也并非完全都是有害的嗎？如果戴上口罩后，會(huì)不會(huì)把對(duì)人體有益處的顆粒物也隔絕了？

張興贏：大氣的顆粒物本來(lái)也是大自然客觀存在的。所有的顆粒物都有兩個(gè)來(lái)源：自然的和人為的。實(shí)際上霾在沒(méi)有工業(yè)污染活動(dòng)時(shí)已經(jīng)存在于大自然，由于大氣擴(kuò)散不好，自然排放的顆粒物也會(huì)短時(shí)呈現(xiàn)較高濃度而影響了大氣的能見(jiàn)度，比如浮塵等。而對(duì)于大自然本身來(lái)說(shuō)，沙塵的客觀存在是大自然生物地球化學(xué)循環(huán)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，比如我們的黃土高原就是沙塵幾萬(wàn)年緩慢堆積的杰作，我的博士生導(dǎo)師早年在NATURE雜志發(fā)表過(guò)一篇文章，專門論證了正是沙塵的傳輸，貢獻(xiàn)了遠(yuǎn)洋地區(qū)80%的氮鹽和磷鹽，如果沒(méi)有沙塵顆粒物向遠(yuǎn)洋輸送氮鹽和磷鹽，海洋中的浮游植物就無(wú)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?nèi)祟惖幕顒?dòng)打破了大自然中各種固有的平衡，那么就會(huì)形成災(zāi)害。

網(wǎng)友：空氣重污染預(yù)警和霾預(yù)警有什么區(qū)別？

張興贏：這個(gè)問(wèn)題，估計(jì)困擾大家已久，在這里我給大家仔細(xì)說(shuō)明一下。目前大家看到的“重污染天氣預(yù)警”是地方政府的重污染天氣應(yīng)急指揮部發(fā)布的，預(yù)警的依據(jù)主要是AQI指數(shù)，也就是大氣中污染物的濃度，比如一旦發(fā)布紅色預(yù)警，就要執(zhí)行車輛限制、企業(yè)限產(chǎn)以及學(xué)生停課等，是一種政府的管理行為。

而大家經(jīng)常從電視以及媒體上天氣預(yù)報(bào)中了解到的氣象部門發(fā)布的是霾的預(yù)警，這個(gè)不同于環(huán)保部門發(fā)布的空氣重污染預(yù)警，氣象的霾預(yù)警分黃色、橙色和紅色三級(jí)，主要是根據(jù)能見(jiàn)度、空氣相對(duì)濕度以及顆粒物濃度這三個(gè)綜合指標(biāo)的科學(xué)判識(shí)來(lái)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(gè)人健康的提示，不帶有強(qiáng)制性的行政效力，只是貼近百姓生活的服務(wù)預(yù)警，讓大家平時(shí)生活出行做參考。