書寫在萬米高空上的風(fēng)云之志：記國家衛(wèi)星氣象中心胡秀清研究員

現(xiàn)的，如何將衛(wèi)星探測到的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂梦锢砹縼肀磉_(dá)的輻射量，使之定量化、精確化，就是輻射定標(biāo)的工作。將圖像定量化，是一切遙感衛(wèi)星監(jiān)測結(jié)果投入到應(yīng)用工作的第一步，也是關(guān)鍵一步，定量化是否準(zhǔn)確有效直接關(guān)系到應(yīng)用效果。但是輻射定標(biāo)并非易事，衛(wèi)星往往都有不同的探測通道和波段，情況復(fù)雜，而且這個轉(zhuǎn)化系數(shù)會隨著衛(wèi)星老化成為一個變量，需要不斷調(diào)整更新。

雖然充滿挑戰(zhàn)，但是胡秀清深知輻射定標(biāo)的重要性，他一頭鉆進(jìn)這一領(lǐng)域，并從中不斷發(fā)現(xiàn)求真探索的樂趣，解決技術(shù)難題。他曾擔(dān)任過民用航天“九五”重點(diǎn)項目“中國遙感衛(wèi)星輻射校正場”項目技術(shù)骨干，又主持了后續(xù)的“十五”項目的“中分辨率成像光譜儀輻射校正技術(shù)研究”子課題，為下一代遙感器的輻射校正工作做前期預(yù)研。在這個項目中，他以神舟3號中分辨率成像光譜儀為研究對象，同時開展場地輻射校正、交叉定標(biāo)和通道間相對定標(biāo)等多種新定標(biāo)方法預(yù)先探索。在研究中，他創(chuàng)新設(shè)計了聯(lián)合太陽光度計和光譜照度計的大氣光學(xué)輻射信息獲取技術(shù)；建立了增加天空漫射測量輻照度基法定標(biāo)，提高定標(biāo)精度1.7%；在傳統(tǒng)星地同步輻射校正基礎(chǔ)上提出無現(xiàn)場測量的準(zhǔn)同步方法；針對神舟3號中分辨率成像光譜儀提出多光譜多探元輻射定標(biāo)新方法，并利用星上燈源提出通道間互定標(biāo)方法，探索提高吸收通道定標(biāo)精度。

2008年胡秀清著手組建中國氣象局GISCS處理與研究中心（GPRC），開發(fā)建立FY-2X GSICS交叉定標(biāo)業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)，并于2009年9月通過驗收后投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行。這一系統(tǒng)引入國際上紅外高光譜遙感器(AIRS和IASI)輻射基準(zhǔn)，進(jìn)行實時業(yè)務(wù)交叉定標(biāo)，解決了長期困擾風(fēng)云二號衛(wèi)星紅外定標(biāo)精度和穩(wěn)定性問題，定標(biāo)精度大大提高到0.5K，并對歷史FY-2C/2D數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史再定標(biāo)處理，利用此方法解決了FY-3A光學(xué)遙感器的星上定標(biāo)系統(tǒng)性偏差問題。

2007年，胡秀清主持申請863科技攻關(guān)課題“面向氣候應(yīng)用的氣象衛(wèi)星長序列歷史數(shù)據(jù)集統(tǒng)一輻射再定標(biāo)技術(shù)”，獲得資助。我們知道，預(yù)測一兩天的氣象變化在科技發(fā)達(dá)的今天已并非難事，但是通過整理長期數(shù)據(jù)，獲得氣候變化方面的數(shù)據(jù)和評估結(jié)果，卻是一個高難度的課題，數(shù)十年的數(shù)據(jù)匯總，只要偏差在一兩度之間，就會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。很長一段時間內(nèi)，我國的氣象衛(wèi)星只能夠用于氣象預(yù)報，而不能應(yīng)用于氣候研究，癥結(jié)就在于此。通過這項863課題，胡秀清順利完成了歷史數(shù)據(jù)再定標(biāo)處理流程設(shè)計；全球穩(wěn)定目標(biāo)場的評估與分析，基于穩(wěn)定目標(biāo)儀器定標(biāo)衰減跟蹤方法；冰雪目標(biāo)的定標(biāo)跟蹤方法；基于GSICS方法利用AIRS對FY-1C/1D星上黑體定標(biāo)修正；國內(nèi)首次開展儀器性能跟蹤與衰減分析軟件研發(fā)。研究成果直接應(yīng)用到風(fēng)云歷史衛(wèi)星資料整編和再處理，并應(yīng)用到FY-3A光學(xué)儀器輻射定標(biāo)、儀器性能跟蹤和L1質(zhì)量檢驗，提高在軌儀器輻射定標(biāo)精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量，為解決長序列歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一輻射再定標(biāo)難題開展了前瞻性探索實驗研究。

風(fēng)云三號，八年心血開創(chuàng)歷史

提到風(fēng)云三號，胡秀清充滿感情，因為圍繞這顆新一代極軌氣象衛(wèi)星，整整八年時間，他的主要工作精力都傾注其中。2000年11月，為了滿足我國天氣預(yù)報、氣候預(yù)測和環(huán)境監(jiān)測等方面的迫切需求，“風(fēng)云三號”衛(wèi)星被國務(wù)院正式批準(zhǔn)立項。自2002年參加FY-3可行性研究報告撰寫開始，胡秀清一直擔(dān)任著FY-3/MERSI儀器負(fù)責(zé)人，從事風(fēng)云三號地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)工作。

從參加初步設(shè)計編寫，到跟蹤MERSI儀器研制過程和發(fā)射前定標(biāo)，其中每一步，無不經(jīng)過他審慎思考，嚴(yán)格把關(guān)。通過儀器質(zhì)量檢查和航空校飛，細(xì)致的胡秀清發(fā)現(xiàn)儀器研制中存在的一些潛在質(zhì)量問題，這一發(fā)現(xiàn)非同小可，胡秀清立即寫報告反映問題，帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊集中攻關(guān)，為MERSI性能改進(jìn)和優(yōu)化升級提出了寶貴意見。在主持承擔(dān)MERSI預(yù)處理定標(biāo)算法和大氣可降水產(chǎn)品算法原型系統(tǒng)研發(fā)期間，胡秀清突破了MERSI定標(biāo)算法的7項關(guān)鍵技術(shù)，編寫這兩個工程化軟件需求分析和概要設(shè)計（功能卡、數(shù)學(xué)卡和數(shù)據(jù)卡）。他主持研發(fā)MERSI定標(biāo)預(yù)處理核心業(yè)務(wù)軟件，研制成功多探元并掃的輻射定標(biāo)業(yè)務(wù)處理算法，獨(dú)創(chuàng)設(shè)計多元光譜歸一化補(bǔ)償技術(shù)和基于直方圖歸一化技術(shù)，大大消弱了多元圖像條紋問題；研制開發(fā)的圖像消旋軟件，業(yè)務(wù)上解決了因消旋K鏡停轉(zhuǎn)帶來圖像旋轉(zhuǎn)問題，解決了這個難題，就等于挽救了風(fēng)云三號分辨率光譜成像儀的生命。在衛(wèi)星研制的最后階段，胡秀清又組織團(tuán)隊歷時半年完成FY-3A/MERSI在軌測試工作，這項工作的艱巨程度和難度居FY-3A有效載荷之首。衛(wèi)星上天后，他持續(xù)跟蹤和及時應(yīng)對MERSI在軌工作狀況，積極開展FY-3A技術(shù)總結(jié)和教育培訓(xùn)工作，為FY-3A的正常運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航，也為FY-4等其它衛(wèi)星的輻射定標(biāo)研發(fā)工作打下扎實基礎(chǔ)。

風(fēng)云三號的成功運(yùn)行，對全球天氣氣候的觀測、防災(zāi)減災(zāi)和精細(xì)化預(yù)報具有重要作用，在我國氣象衛(wèi)星發(fā)展史上具有里程碑意義。它的研制成功將使我國在極軌氣象衛(wèi)星領(lǐng)域更進(jìn)一步縮小與美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家的差距，接近或趕上其發(fā)展水平，大大增強(qiáng)了我國參與國際合作和國際競爭的能力。

氣象監(jiān)測與預(yù)警，關(guān)注大氣環(huán)境和自然災(zāi)害

我們知道，氣溶膠是液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系，是大氣的重要組成部分。霧、煙、霾、靄、微塵和煙霧等,都是天然的或人為的原因造成的大氣氣溶膠。同時氣溶膠還直接影響到降雨量。因此，加強(qiáng)對氣溶膠的監(jiān)測，能夠有效預(yù)測大氣環(huán)境變化和部分地區(qū)旱情發(fā)展。而沙塵暴則是長期困擾我國北方地區(qū)的天氣狀況，盡可能提前預(yù)知沙塵暴的形成和動態(tài)，可以避免巨大國民經(jīng)濟(jì)損失，保護(hù)人民大眾身體健康。在氣象監(jiān)測和預(yù)警方面，胡秀清利用自己的專業(yè)優(yōu)勢，開展技術(shù)攻關(guān)，取得了多項成果。

胡秀清于2001年開始FY-1C全球海上氣溶膠算法開發(fā)，2003年在FY-1D氣溶膠業(yè)務(wù)產(chǎn)品投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，并將算法移植到NOAA/AVHRR國外遙感器上，做中國海區(qū)氣溶膠業(yè)務(wù)反演。2004年開始利用MODIS資料進(jìn)行陸地氣溶膠反演算法開發(fā)，并投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行。2004年開始FY-1D近紅外940nm通道水汽總量反演算法開發(fā)，進(jìn)行中國區(qū)域大氣水汽總量反演試驗，同時利用MODIS相應(yīng)通道進(jìn)行個例研究試驗，并于2006年該產(chǎn)品開始業(yè)務(wù)自動生成試驗。他自主研發(fā)的氣溶膠和水汽總量遙感產(chǎn)品業(yè)務(wù)算法在風(fēng)云氣象衛(wèi)星上投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。

同時，他主持的總裝備部項目的“氣溶膠反演研究”子課題、民用航天專項子專題“氣溶膠和近紅外水汽產(chǎn)品預(yù)研”、973子課題“氣溶膠的衛(wèi)星和地基遙感方法研究和監(jiān)測平臺建設(shè)”都順利結(jié)題，取得成果。2006年，胡秀清主持建立衛(wèi)星中心地基高光譜觀測實驗室，從設(shè)計、施工到現(xiàn)場監(jiān)督和儀器設(shè)備安裝，調(diào)試安裝超高光譜Buker傅里葉變換紅外光譜儀等核心儀器，2007年初實驗室建成，為氣溶膠和痕量氣體等大氣成分觀測研究和真值檢驗提供了很好的觀測平臺。

2001年起，胡秀清開始投入到靜止氣象衛(wèi)星沙塵暴遙感研究和算法開發(fā)工作中去，在沙塵暴遙感業(yè)務(wù)算法方面進(jìn)行集成創(chuàng)新，他深入地分析了沙塵氣溶膠的光譜輻射機(jī)理，綜合多種監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行實用性開發(fā)，建立了國際上首個靜止氣象衛(wèi)星沙塵暴遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)算法（DRAGI）。2002年胡秀清開始承擔(dān)“中國氣象局沙塵暴監(jiān)測預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)”太陽光度計站點(diǎn)布設(shè)（20個站）相關(guān)的大量工作，包括儀器操作安裝培訓(xùn)、數(shù)據(jù)處理和儀器運(yùn)行監(jiān)視。2005年3月該系統(tǒng)太陽光度計運(yùn)行三年后，對全部站點(diǎn)太陽光度計進(jìn)行集中檢修維護(hù)和比對定標(biāo)，撰寫了儀器維護(hù)和定標(biāo)報告，在該系統(tǒng)建設(shè)和前期維護(hù)工作中做出了基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。2005年完成的風(fēng)云二號衛(wèi)星沙塵暴業(yè)務(wù)產(chǎn)品工程化，很快就投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，大大提高沙塵暴短時預(yù)報精度。2005年5月，胡秀清作為專家被派往韓國氣象廳開展沙塵暴合作研究，將自主研發(fā)DRAGI算法移植到韓國氣象廳，投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，獲得韓國專家的高度評價。2006年將此算法移植到MTSAT-1R業(yè)務(wù)中，2007年改造升級到FY-2DDPC業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。該產(chǎn)品已進(jìn)入氣象局亞洲沙塵暴數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)的同化系統(tǒng)，因其在預(yù)報模式同化中發(fā)揮了不可或缺的作用，曾多次受到氣象局和大氣成分中心同行的好評，并獲得2006年中國氣象局科技進(jìn)步一等獎?，F(xiàn)在，在科技支撐項目“新一代風(fēng)云衛(wèi)星沙塵暴遙感監(jiān)測方法及其業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成技術(shù)研究”支持下，胡秀清正帶領(lǐng)團(tuán)隊建立全球沙塵暴多衛(wèi)星遙感綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

2000年以來胡秀清共主持或參加工程、業(yè)務(wù)和科研項目超過40項，培養(yǎng)了多名研究生和年輕的輻射定標(biāo)專門人才，組建了風(fēng)云衛(wèi)星光學(xué)載荷輻射定標(biāo)的專業(yè)團(tuán)隊。發(fā)表論文總計近40篇（SCI 4篇）。作為WMO/GSICS(全球天基交叉定標(biāo)系統(tǒng))研究組GRWG成員，胡秀清也致力于國際同行間的交流合作。他多次參加GSICS年度會議和網(wǎng)絡(luò)會議，跟蹤定標(biāo)領(lǐng)域的國際前沿，推動風(fēng)云氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)和定標(biāo)的國際化，組建中國GSICS處理和研究中心（GPRC）。與此同時，胡秀清還重點(diǎn)關(guān)注CEOS/WGCV工作組的最新動態(tài)，擔(dān)任CEOS的陸地參考場網(wǎng)（LANDNET）的敦煌場的聯(lián)絡(luò)人（POC）。2010年12月14日，胡秀清因其在星載遙感器輻射定標(biāo)和與氣象衛(wèi)星工程業(yè)務(wù)相關(guān)技術(shù)工作中的突出貢獻(xiàn)，獲得“全國優(yōu)秀科技工作者”稱號?！叭珖鴥?yōu)秀科技工作者”由中國科協(xié)每兩年評選一次，對被授予者只授一次，為終身榮譽(yù)。

早在1969年，周恩來總理就指出，應(yīng)該搞中國人自己的氣象衛(wèi)星。然而，在很長一段時間內(nèi)，中國的氣象衛(wèi)星都處于落后狀態(tài)。在胡秀清從事氣象衛(wèi)星工作的十五年里，正好見證了中國氣象衛(wèi)星事業(yè)的高速發(fā)展，并與之一同成長成熟起來，胡秀清說，他為自己所從事的事業(yè)深感自豪。經(jīng)過發(fā)展，中國氣象衛(wèi)星從無到有，從弱到強(qiáng)，目前中國已經(jīng)成為世界上少數(shù)幾個同時擁有極軌和靜止兩個系列氣象衛(wèi)星的國家，風(fēng)云氣象衛(wèi)星已經(jīng)成為國際氣象衛(wèi)星大家庭中的重要成員，這其中，成百上千個“胡秀清”們功不可沒。

天氣變化總是風(fēng)云莫測，抓住發(fā)展機(jī)遇大力提高我國氣象衛(wèi)星應(yīng)用水平卻正是風(fēng)云際會、風(fēng)生水起之時，肯于鉆研，善于總結(jié)的氣象人必將在萬米高空上書寫一個又一個風(fēng)云之志，為我國氣象衛(wèi)星工作做出更大貢獻(xiàn)。