淺談商業氣象星座的發展

氣象衛星也是遙感衛星的一種，但從組織管理和技術手段上，氣象衛星與傳統光學遙感衛星和微波遙感衛星相比，均有很大的不同。目前，中國國家氣象局是國務院直屬事業單位中唯一的國家局，有別于海洋局、能源局和國防科技工業局等由部委代管的國家局，與傳統遙感衛星關系密切的國家測繪局、測繪與地理信息局在機構改革大潮中相繼取消，其職能劃歸自然資源部。由此可見，氣象在國計民生方面的重要性非同一般。傳統遙感衛星以遠距離對陸地和海洋拍照成像為主，氣象衛星則是對地球表面以上的大氣層進行遠距離感知，在衛星有效載荷功能和性能方面差別均很大。因此，本期專門評述商業氣象星座，回顧一下我國氣象衛星發展的歷史。

1 我國氣象衛星的歷史與現狀

我國已成功發射了17顆“風云”氣象衛星，目前，8顆衛星在軌運行（包括5顆靜止氣象衛星和3顆極軌氣象衛星），可對全球和區域范圍內的極端天氣、氣候和環境事件進行及時高效觀測，是國產衛星中定量化水平最強的衛星，被世界氣象組織（WMO）納入全球業務應用氣象衛星序列。但是“風云”系列氣象衛星的發展道路并非一帆風順。

風云－1是我國第一代極軌氣象衛星，于1977年形成總體初步方案，1985年10月被列入“七五”期間衛星型號發展的重點項目。風云－1共發射了4顆，即風云－1A、1B、1C和1D衛星。衛星質量750kg，三軸定向穩定，衛星運行在高900km、傾角99°的軌道上。

風云-1、2衛星發射情況

風云－2是中國第一代地球靜止軌道氣象衛星，共6顆，2顆試驗星（風云－2A/2B），4顆業務星（風云－2C/2D/2E/2F）。可全天候對地球進行連續氣象監視，獲取白天可見光云圖、晝夜紅外云圖和水氣分布圖，進行天氣圖傳真廣播，收集氣象、水文和海洋等數據收集平臺的氣象監測數據，供國內外氣象資料利用站接收利用，監測太陽活動和衛星所處軌道的空間環境，為衛星工程和空間環境科學研究提供監測數據。風云－2C/2D衛星首次共同實現了“雙星運行、互為備份”。

風云－3是我國第二代極軌氣象衛星，分別于2008年、2010年、2013年和2017年成功發射了風云－3A、3B、3C和3D衛星，不久將發射風云－E衛星。世界氣象組織已將其納入新一代世界極軌氣象衛星網。風云－3衛星每天會對全球掃描2次，每次掃描寬度為2900km，具有全球性。風云－3衛星質量2300kg，裝載的探測儀器有：10通道掃描輻射計、20通道紅外分光計、20通道中分辨率成像光譜儀、臭氧垂直探測儀、臭氧總量探測儀、太陽輻照度監測儀、4通道微波溫度探測輻射計、5通道微波濕度計、微波成像儀、地球輻射探測儀和空間環境監測器。風云－3配置的有效載荷較多，研制起點高，技術難度大，衛星總體性能接近或達到歐洲“氣象業務”（MetOp）衛星和美國“國家極軌環境業務衛星系統預備項目”（NPP）兩類極軌氣象衛星水平。

風云－4是我國第二代地球靜止軌道氣象衛星，發展目標：提高觀測的時間分辨率和區域機動探測能力；提高掃描成像儀性能，以加強中小尺度天氣系統的監測能力；發展大氣垂直探測和微波探測，解決高軌三維遙感；發展極紫外和X射線太陽觀測，加強空間天氣監測預警。風云－4A衛星于2016年12月11日在西昌衛星發射中心點火升空。該衛星首次使用了全新研制的SAST5000平臺，設計壽命7年，發射質量5400kg，姿態穩定方式為三軸穩定，單星研發費用超過40億元人民幣。風云－4衛星主要探測儀器為14通道二維掃描成像儀、干涉型大氣垂直探測器、閃電成像儀和地球輻射收支儀，地球圓盤圖成像時間為15min，成功突破了代表國際前沿技術的高精度圖像定位與配準、微振動測量與抑制等多項核心關鍵技術，整體性能達到國際先進水平。

目前，國家氣象局擁有的在軌服役的氣象衛星有8顆，包括3顆極軌氣象衛星和5顆靜止軌道衛星。短短的30年光陰，我國已成為同時擁有極軌和靜止氣象衛星的極少數國家之一，并且在地球觀測組織中發揮了重要作用，我國氣象衛星在國際上的影響越來越大，發揮的作用日益顯著。

目前在軌的“風云”氣象衛星

2 我國商業氣象的興起

2015年5月，中國氣象服務協會成立，政府氣象部門銳意改革，利用行業協會引入更多企業資源，提高氣象服務供給水平；同年6月，中國國家氣象局《氣象信息服務管理辦法》頒布，鼓勵支持社會資本進入傳統的氣象領域，為中國商業氣象拉開了序幕。

為此，我國國內陸陸續續成立了數十家氣象應用公司，其中有面向B端行業應用的商業氣象公司：佳格天地科技有限公司、心知科技有限公司、象輯科技有限公司、恩索天氣科技有限公司、富景天策科技集團有限公司、中科賽諾科技有限公司、坤輿天氣科技有限公司、戎欣氣象科技有限責任公司、易天氣科技有限公司、和風天氣科技有限公司、美天科技有限公司、東方衡象科技有限公司、酷天致勝科技有限公司等；還有面向C端的互聯網氣象：墨跡天氣、彩云天氣、米胖天氣、91weather、天氣寶和天氣通等。此外，航天宏圖科技有限責任公司和中科星圖股份有限公司等衛星遙感應用公司也分別開辟了氣象應用新方向。

我們可以把氣象服務分為公眾氣象服務和商業氣象服務兩大類。公眾氣象服務就是政府氣象部門利用國家財政或地方財政經費部署大氣監測網絡、資料接收及處理、融合天氣背景（上次預報、中長期預報、氣候預報）、啟動氣象信息綜合分析處理系統、實況天氣圖表分析、主導系統分析、影響系統分析、衛星云圖等輔助分析、中小尺度系統分析，利用地方工具與經驗應用個例檔案進行天氣會商及預報制作，并無償提供給大眾日常生活生產所必須的基礎氣象服務，這在各國都是由政府部門提供的免費服務；商業氣象服務是商業公司利用自籌經費或社會資本實現這個流程中的全部或部分環節，最終通過上下游合作提供給不同行業精準氣象信息服務，這在各國都是采取收費模式。國家氣象部門可以完成從大氣監測到氣象預報整個流程，商業公司一般只做監測設備研制、監測網絡部署與運營、氣象資料分析處理，或者某個特定行業的氣象應用等環節中的1個或少數幾個方向。

我國國內的普通大眾對氣象的認知還僅限于政府部門的氣象預報業務，以及“風云”氣象衛星拍攝的氣象云圖。20世紀七八十年代，我國還處在計劃經濟時期，歐洲、美國和日本等經濟發達國家就已經開始嘗試氣象商業化和商業氣象等一系列的市場行為了。發展至今，日本有200多家公司、美國300多家氣象公司、歐洲有上千家商業氣象公司。一些海外氣象公司抓住了中國大陸龐大的氣象市場需求，這些需求在我國還沒有開放氣象服務市場的情況下，國內的單位均無法提供服務或無法提供高效令人滿意的服務。2015年之后，雖然國內氣象公司具備了對外提供行業精準氣象服務的政策與法律條件，但是畢竟成長時間有限。目前，我國在航空、航海、電力等眾多核心行業的付費氣象需求，均繼續依賴海外氣象公司提供的服務。中國本土氣象公司任重道遠。

3 為什么要發展商業氣象衛星

我國“風云”氣象衛星已經這么好了，為什么還要發展商業氣象衛星呢？

1）“風云”氣象衛星是國之重器，承擔著我國及其周邊地區大氣環境的高精度測量，涉及到國民日常生活生產的基本氣象保障和國家安全等重大任務，因此“風云”氣象衛星原始數據被定義為涉密數據，任何人不得未經批準擅自對原始數據進行公開。

2）商業氣象衛星數據是在“風云”氣象衛星數據基礎上的補充，無法替代“風云”衛星數據，商業氣象數據既可以提供給商業公司使用，也可以提供給政府部門使用。美國政府采購商業氣象衛星數據已經常態化，這是氣象業務充分市場化的佐證。

3）公眾氣象服務與商業氣象服務需求不同，“風云”衛星、地基雷達、機載傳感器、探空氣球和氣象觀測站組成了公眾氣象監測網絡，商業氣象服務面對企業定制化需求，需要低成本部署低軌氣象星座和地面氣象傳感器，以獲得更多氣象觀測數據。

4）商業氣象星座中低軌衛星數量要比“風云”系列衛星中低軌衛星數量多，可使星座對大氣監測的空間網格更密、對大氣監測的時間頻度更高，并且是面向全球提供商業化氣象數據服務，是我國“風云”極軌系列衛星的有力補充。

5）隨著政府采購制度的深入改革，我國將逐步由采購衛星等裝備改革過渡到采購衛星數據或應用服務為主，低軌星座將是航天領域最優先的操作項目，比如比較明確的就是低軌寬帶星座項目。因此，低軌氣象星座亦將走此道路。

商業公司運營管理氣象星座的好處：

1）加速我國氣象商業化進程，大力促進商業氣象服務公司的跨越式發展，更有可能在與歐美日商業氣象領域競爭中后來居上。

2）為國內電力能源、航空運輸以及海洋運輸等核心領域提供有償氣象數據保障，解決長期依賴國外公司帶來的信息安全隱患問題。

3）為各國政府有償提供全球大氣監測數據，補充解決我國“風云”衛星全球覆蓋能力不足、國內監測空間網絡粗大，以及監測時間頻度較低等問題。

4）商業公司會比政府部門更有動力發揮氣象衛星的潛能，讓氣象數據得到更大的價值體現，同時可以提高政府經費使用效率。

4 國際上商業氣象衛星案例分析

斯派爾公司（Spire）于2012年在美國成立，是一家商業氣象衛星運營商，該企業為北美、歐洲和亞洲提供衛星氣象數據和船舶監測服務。2013年，Spire公司發射了第一顆衛星，被用于技術試驗。2015年發射了真正用于商業運作的衛星狐猴－2（Lemur－2）。隨后，Spire公司在2015年共發射了4顆Lemur－2系列衛星，用于給大氣測量溫度、壓力和降水量。Spire公司的3U立方體商業氣象衛星，配備GPS無線電掩星測量有效載荷，同時配備船舶跟蹤用的“自動識別系統”（AIS），每顆衛星質量約4kg。2014年Spire公司完成了2500萬美元A輪融資，2015年則完成了4000萬美元的B輪融資。不僅如此，蘇格蘭工商委員會（Scottish Enterprise）2015年為Spire公司發放了290萬美元的技術獎勵資金，以支持該企業發展。截至目前，融資額度超過1.35億美元，中國奇虎360公司投資了Spire公司的A輪。Spire公司已發射近百顆衛星，實際在軌可用衛星數目不詳。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）與Spire公司簽署了兩次氣象數據采購試點合同或試驗合同，NOAA也與其他幾家商業氣象衛星公司簽訂了氣象數據采購合同。

日本天氣新聞公司（WNI）是世界上最大的私營氣象服務公司，成立發展于20世紀七八十年代，目前可為日本境內、中國、東南亞甚至全球地區提供氣象服務，在上海有其分公司。據調研，中國航空氣象付費市場的100%和中國海洋運輸氣象市場的70%均由該公司占領。2017年7月14日，俄羅斯“聯盟”（Soyuz）火箭發射的日本天氣信息衛星－1R（WNISAT－1R）就是該公司的商業氣象小衛星，用于北極航道和大氣二氧化碳監測，是2013年發射的WNISAT－1氣象衛星的改進型號，載荷有藍、綠、紅光學相機和近紅外相機，每天可多次拍攝北極冰情。WNISAT－1R衛星質量43kg，WNISAT－1衛星質量僅10kg。天氣新聞公司除使用自己公司衛星氣象數據外，也利用日本氣象局“向日葵”（Himawari）星座的高等級數據，對全球多個國家提供商業氣象服務。

此外，國際上還有多家商業公司已經發射和準備發射氣象衛星，比如美國地理光學公司（GeoOptics）2017年發射了3顆6U立方體氣象衛星，分別命名為連續地球遙感觀測一致性倡議-1、2和3（CICERO－1、2和3），用于對地球大氣和表面開展GPS和“伽利略”（Galileo）衛星無線電掩星測量，單星質量10kg，計劃組建24顆“GPS無線電掩星”（GPS-RO）氣象衛星星座。還有成立于2010年的行星智能公司（PlanetiQ），截至2017年累計融資額達8975萬美元，計劃到2020年發射30顆立方體氣象衛星。這兩家公司也被NOAA授予氣象數據采購合同。

5 商業氣象市場到底有多大

衛星氣象數據與傳統衛星遙感數據的差異：氣象數據是指大氣溫度、濕度、壓強、風、云、雨、雷、電等數據；傳統遙感數據是指對特定陸地和海洋區域的影像數據。對于氣象服務來說，氣象數據多多益善，每一個氣象數據本身都是有價值的；但海量的遙感數據本身是沒有價值的，從中挖掘出的行業信息才有價值。

氣象市場容量有多大？商業氣象數據的市場又有多大？依據中國氣象服務協會提供的數據：到2025年，中國氣象市場將有3000億人民幣的規模，正弦空間初步調研航空、海洋、電力和農業保險，目前存量市場近1000億元人民幣，加上物流、期貨、能源、交通等行業市場，國內氣象市場目前肯定超過了1000億元人民幣，未來的增量預計是在農業保險（由目前的25%提高到85%以上的農地）、通航（從無到有，預計10倍于民航需求）、民航（從有到精）、海洋漁業等幾個大的方向。

正弦空間團隊調研了佳格天地科技有限公司、心知科技有限公司和象輯科技有限公司等眾多氣象應用公司，據部分知情人士透露，數據采購費用占30%～40%。按照30%計算，3000億元人民幣氣象市場中將有900億元人民幣是氣象數據市場，這些還沒有計算中國商業氣象星座數據出口部分。可見，未來商業氣象市場和氣象數據市場都是非常可觀的。

6 結束語

國際上商業氣象服務的運作方式有：①國家氣象部門不開展商業氣象服務，由私營氣象公司開展，如美國、日本等；②除私營氣象公司外，國家氣象部門也開展商業氣象服務，如英國、法國等；③國家氣象部門改組為氣象公司，整個國家的氣象服務工作都商業化，如新西蘭。筆者認為，我國不適合走第3種運作方式，比較理想的是走第1種運作方式。無論哪種運作方式，讓我國的商業公司擁有氣象衛星和氣象數據源，讓諸多下游氣象應用公司成為有源之水，都是我國商業氣象產業崛起的必經之路。

總之，商業氣象星座是一個非常值得投資的商業航天方向，具有市場需求大、商業模式清晰、投資規模小（與其他低軌星座相比）、見效快等特點。