给大气做CT：风云四号如何精准捕捉台风路径？ ——悦见工程师

作者：张悦、蓝悦全文约4600字，阅读大约需要12分钟

在今天的“康妮”带来暴雨之前，今年给“上海宁”们带来了“小小”震撼的台风，非中秋节前的第13号台风“贝碧嘉”莫属了。当台风路径预测与播报频繁刷屏，你是否想过，是谁拍下了台风的“影像”？这些“影像”又如何能够继续预测路径？

在万里高空之上，有一组名为风云系列的气象卫星，他们用全世界独一无二的地球静止轨道红外探测技术，守护着我国的气象安全。

这项技术，

正诞生自上海。

中国科学院上海技术物理研究所（以下简称“技物所”）研究员、风云四号气象卫星干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）研制团队成员王战虎说：风云四号为极端气候现象预测立下的“汗马功劳”，早已不是第一次。早在2018年，第8号超强台风“玛莉亚”来临时，未满“两岁”的风云四号就曾立下大功。当时，“玛莉亚”登陆福建沿海地区，据气象部门的同仁介绍，为了应对台风“玛利亚”，气象局首次启动GIIRS的加密观测，成功实现了15分钟一次对台风目标区的快速观测，有效发挥了数值化天气预报的作用，提高了对台风路径和中心降雨情况等的预测准确度。对于台风等极端气象灾害来说，提升一公里的预测准确度，便可以挽回数以亿计的经济损失，更不用提人民群众的生命健康。

对于风云四号气象卫星能有这么大的贡献，王战虎深感欣慰。“很有成就感，有一种自己参与了保家卫国的感觉。”王战虎笑着说。

在这个轻松的笑容背后，是找不到红外信号时的苦涩与焦灼，是研制过程中如履薄冰的紧绷，是像送别“女儿”一样看着卫星发射时流下的饱含欢欣与不舍的泪水……

寻找红外“灯塔”：风云四号如何精准预测台风路径？

“干涉式大气垂直探测仪是一台工作在太空能给地球大气做“CT”的探测仪器， 这台仪器最大的特点是它能对大气进行精准的三维探测，”王战虎说道，“我们就像给大气做了一个CT，通过层层断层扫描，精准捕捉不同高度的温度、湿度等信息。”通过这种新型的探测方式，仪器可以为气象部门提供了更精确、更详细的的数据支持，特别是在台风路径的预测中发挥了重要作用。

这项技术的实现并非一帆风顺。仪器的核心部分红外干涉仪是实现三维探测的关键，它的任务就是捕获大气层的红外干涉信号。但一开始这个信号并不容易找到。回想起那段艰难的时光，王战虎坦言：“光寻找这个红外信号，我们就花了很长的时间，就像在黑暗的大海上航行，找不到一个灯塔。”

对于初入这一领域的研究人员，红外信号犹如海市蜃楼般难以捕捉。信号肉眼不可见，只能通过设备转化成电信号，并通过示波器显示出来。那段时间，团队日夜奋战在实验室里，直到最后一点点逼近目标。他们没有现成的经验可参考，国内外的文献也极为有限。在最初的几年里，干涉仪研发团队只能通过不断的试错和摸索来寻找方向。

“但灯塔是有的，在科学上面是成立的。”王战虎说这话时，语气坚定。尽管开始的时候还看不到目标，但他们始终相信，只要理论成立，结果终会浮现。这份执着支撑着他和团队，“有一天晚上，我梦见我找到了干涉图，梦到自己终于做出来了。醒来后，我告诉自己，一定要梦想成真。”

王战虎清楚地记得，2005年10月的某个深夜，他和团队终于在示波器上看到了期待已久的红外信号曲线。当那条微弱的信号线出现在屏幕上时，所有人都激动不已。“那一刻，我们找到了那个‘灯塔’！这是近五年的努力，换来的结果。虽然刚开始信号很弱，但通过不断调整，我们逐渐把它调得更清晰。”王战虎说道。

找到红外干涉信号只是万里长征的第一步。要想让这台仪器发挥作用，还必须保证极高的精度。红外干涉信号的捕捉只能在一个极小的区域内完成，任何偏差都会导致信号丢失。”微米的偏差，信号就没了。”而微米不过是毫米的千分之一。

在设备调试过程中，团队遇到了无数小挫折，任何一个小失误都有可能造成大问题。王战虎曾遇到过一个小螺丝的松动，导致整套设备调试失败的情况。“我们必须非常重视每一个细节，因为任何一个小失误都有可能拖慢整个进度。”这时，团队必须细致分析问题的原因，举一反三，避免类似的错误再次发生。

这种高精度的要求让每次实验都如履薄冰，每次调试，都是在微米之间的战斗。“失败是常态，重要的是从中吸取教训，避免重蹈覆辙。我们经常说，吃过的亏不能再吃第二次，”王战虎笑着说，“科研需要坚持，更需要从每次失败中成长。”“在科研的道路上，我们工程师要有梦想，要为之努力，要坚持不懈。”王战虎说。

这份执着，终于帮助他们将红外干涉仪推向了成功。王战虎和他的团队，用他们的“灯塔”照亮了未来的天气预报。如今，这台仪器可以为气象部门提供高精度、高频次的三维大气观测数据，为气象预报提供了有力支持，有效提高了预报的准确度和时效性。

远嫁的“女儿”：

风云四号背后的十五年坚持

2016年12月11日凌晨，风云四号A星在西昌发射升空。山腰间的空气冰冷而清冽，但王战虎心里热血沸腾。站在人群中，他抬头望着夜空中升起的火箭，心中五味杂陈。“就像嫁女儿，”他眼角泛起泪光，“毕竟是自己亲手参与研发的卫星，现在它要飞向36,000公里外的太空，不会再回来。”王战虎从2001年开始参与风云四号的研制，十五年的时光倾注在这颗卫星上，像是培养一个孩子一样，小心翼翼地照顾它、完善它。对他来说，这不仅是一次卫星发射，更是一场和“女儿”的告别——一场远嫁后的牵挂与不舍。“当火箭点火升空的那一刻，真的是热泪盈眶。既希望它能为国家贡献力量，又担心它能否‘在外面’顺利‘生活’。就像把孩子送出家门，总有万分牵挂。”他笑着说。

作为全球第一颗具有静止轨道大气三维探测能力的卫星，风云四号A星承担着重要的使命。然而，距离地球36,000公里的静止轨道与太阳同步轨道相比要远约40倍，要保证观测的精度和稳定性，技术上的难度不可小觑。

静止轨道的优势在于可以长时间盯住某一区域进行观测，具有高时效的优势，但这意味着它必须面对极端的温差变化。“卫星在阳光照射下温度非常高，到了阴影区，温度又骤降，整个温差可能达到上百度。”王战虎解释道，“为了保证它能持续、稳定地工作，我们必须在不同部件上使用精确的热控技术，确保它们在极端环境中仍能维持精准的探测。”正是这些精细的设计与不懈的攻关，才让风云四号能够在太空中执行长时间的监测任务。

然而，科研并非一帆风顺。在过去的十五年中，王战虎常常不得不牺牲个人生活，把大部分时间都奉献给了实验室。为了确保每一个关键环节不出纰漏，他时常加班到深夜，甚至错过了与家人团聚的重要时刻。谈起这一点，他无奈又歉疚地笑了笑：“有时候感觉时间都是‘偷’出来的。去年女儿过生日时，我只能匆匆回家吃了顿饭，陪她吹了蜡烛，晚上8点就又赶回单位继续工作。”

这种“偷感”让他对女儿满是愧疚，但他深知，肩上背负的责任无法放下。当被问到是否曾想过放弃，是否也有过“躺平”的时刻。王战虎讲了一个冷笑话：“有过想躺一躺的时候，那是真的躺在床上睡一会儿。不是心态上的摆烂。科研有责任在身，我们必须把这份责任承担到底。”

在科研的道路上，也经历过无数次挫折，但每一次，当他看到那一点点的希望，他就无法放手。他形容这种“上头”的感觉“就像打游戏打到关键时刻，只想把眼前的关卡攻克。如果停了，再回头可能又要从头来过。”

对王战虎来说，十五年的坚守、克服无数挑战和牺牲个人生活，都是为了看着这颗“卫星女儿”在太空中稳稳“站住脚”。在王战虎心中，牵挂永远不会消失。它将在36,000公里外的太空，守护着地球，为国家贡献自己的力量，而王战虎及团队则将继续为下一项国家任务贡献力量。

中国科学院里的“工程师”：

大工程是大科研的“一体两面”

2000年前后，美国、欧洲、中国三方几乎同时起步地球静止轨道的干涉式大气三维探测技术的探索，但美国的研究工作因为技术难度大中途夭折了，而欧洲的地球静止轨道干涉探测卫星发射时间也多次延后，目前只有中国真正将其工程化应用，并“接二连三”地上天投入使用。“我们国家以举国体制的方式，对这一项目进行有组织的科研攻关，投入大量的人力、财力、资源，组建团队、引进人才、建设实验室，这些都给了我们非常大的支持。”王战虎说道，也正是这样的体制机制，为我们团队的基础科研与工程化探索提供了保障。

大工程离不开大科研，王战虎习惯称呼自己为中国科学院里的“工程师”。“科学理论让我们得以向上拓展，而工程技术则支撑我们向下落地实现。在我们卫星载荷的实际研发中，科学与工程往往分不了家。在我们这，是要全链路去走的。”王战虎形象地说道。

许多时候工程上出现问题，也需要去寻找科学理论来提供解决方案，但如果把科学家和工程师区分得太清楚，那么就很容易造成割裂，“其他的人对你的工程系统有时候不是很了解，所以你必须对自己做的系统多了解，尽量能够把控全方位，这样才有助于我们整个系统的实现。”

在大学毕业时，王战虎就来到了技物所工作，而在工作中，他逐渐意识到自己在知识上“不够用”，于是果断选择在技物所继续读研、读博，毕业后又继续从事相关工作。让自己学的多一点、再多一点，这既是为了链路上的沟通清晰，更是为了一份肩扛国家责的使命与紧迫。

“做综合性载荷的工程师，知识面真的需要宽一点，责任心也一定要强，任何一个马虎都可能产生重大的责任事故与损失。”王战虎说道，“我们经常提到‘如履薄冰’，事实上做国家项目就是这样，像在冰上滑，一直得非常小心、非常认真，否则就容易跌倒。”

王战虎深知，做科研一定是一个学无止境的过程。“人的知识就好比一个圆圈，圆圈里面是已知的，圆圈外面是未知的。你知道得越多，圆圈也就越大，你不知道的也就越多。科研的道路永远没有尽头。”这种不断学习、不断拓展知识领域的精神，支撑着他走在国家项目的前沿，也激励着他在肩负责任的同时，始终保持对知识的渴求与敬畏。

风云四号气象卫星2016年发射第一颗，2021年发射第二颗，预计明年将会发射第三颗……时间在收紧，任务在逼近。随着国家需求、时代呼唤，中国会有越来越多的风云系列卫星上天，对于王战虎与他的团队而言，忙碌是常态，越来越忙碌则是趋势——随着人工智能、大数据、大模型等新方式新方法的不断涌现，在气象方面对于数据的精度、深度、广度以及实时性，都有着越来越大的需求，“创新是没有标准化的，我们不会原地踏步，完全重复已经做过的东西，而是不断在改进与提高。”王战虎说道。

“我在看巴黎奥运会的时候感触很深，奥运精神和科研很像：更快、更高、更强，我们对仪器的要求则是更快、更高、更准。”王战虎笑着说道，如果奥运精神是奋力冲破人类体能上的极限，那么他所做的科研，便是突破自己的认知极限，不断创造新的记录。

2023年，王战虎获评上海市杰出工程师，在他看来，这份称号不是他个人的荣誉，只是自己有幸代表了团队获得。“成果是我们团队与研究所每一个人合力贡献出的，这既是对我们的激励，同时也是对之后工作的一个鞭策。”

大国重器，离不开团队的通力协作。在技物所，他们有一个叫做“干涉仪family”的微信小群，此前王战虎的导师、团队的主心骨，华建文研究员还未退休时，就像一个大家长，而团队里的大家则相互关心、相互帮助彼此的学习生活，“做好这一件事情是我们共同的责任。”

二十多年来，接力棒代代传承，如今更年轻的一辈已勇立潮头。王战虎介绍道，目前，团队中有超过1/3的成员是“90后”，很快，又会有更年轻的“00后”加入进来……江山代有人才出，王战虎期待着这些年轻工程师们能够用更创新的思维，为红外干涉仪事业注入源源不断的新动能。