氣象衛星是如何做到全球實時遙感氣象數據的？

11-28

當前氣溫：

24小時降水：

風速：

紫外線指數：

美國國家氣象台在最近將實時氣象數據檢測從美國本土範圍更新到了全球，解析度也有了大幅度提高。這樣的技術是如何做到的，中國的氣象衛星在這方面差距有多大？為什麼中國天氣網不提供這樣的數據，連中國的實時地表溫度監測都沒有？

數據的實時收集沒問題，關鍵是實時的自動處理整合成產品。
大家也許以為衛星觀測出來的數據收集到了，稍微處理一下就能公開放出來了。但事實上，數據的處理是一個很浩大很複雜的工程，要讓它自動實時更新又是另外一件複雜的工作。
拿美國能源部已經運行了二十多年的以地面觀測為主的大氣輻射項目（ARM）為例，數據從收集到處理成科學家常用的產品需要經過以下的步驟：
00/01：原始數據(raw data)
a0：轉成netcdf格式的原始數據
a1：定標並轉成物理數據（比如從雷達反射率轉成降水率）
a2-a9：原始數據的其他處理（沒達到b級水平的數據處理）
b1：質量檢查與控制，剔除掉有問題的數據點
b2-b9：其他處理（沒達到c級水平的數據處理）
c0：形成增值產品（value-added product）的中間數據
c1：從一個或多個前述產品計算處理得到的增值產品。

這裡面每一步針對每一種儀器都需要設計不同的演算法程序，有的時候需要跟同一個站點不同儀器測到的量進行比較，有的時候需要研究人員肉眼檢查數據是否合理。c1以前的各級數據基本上都只是針對某一個儀器測到的結果進行處理，在c1級別上會把來自不同儀器的數據整合在一起。同樣測的地面溫度，兩個不同儀器相差一度，我們更應該信誰一些；同樣測的是雲，一個儀器測得有雲一個儀器沒有測到，哪個才是最真實的情況。... ARM幾百號研究員每年幾千萬的研究經費，除了花在儀器的購買和維護上的以外，其他大部分都用在了發展演算法發布各種氣象產品上。而且到現在為止除了數據的收集和初步處理（a和b級）可以實現自動化以外，大部分的c1數據還不能做到自動運行，需要研究人員手動運行程序，檢查質量，發布數據。

衛星數據的處理同樣要面對這些問題。單個的衛星數據發布很容易，中央氣象台網站就有衛星的不同通道的圖像實時發布。但是像題主貼的那張全球地面氣溫圖，需要整合不同的衛星數據，需要把衛星觀測的輻射量轉化成地面溫度，還需要實現自動化實時運行發布。這個工程量估計中國天氣網是沒有那麼多人力物力來實時的。就算是氣象局衛星中心，這也算是一個大項目，需要權衡投入與收益。畢竟，做數據產品不發文章啊……

我改了一下標題。

首先需要承認中國方面在遙感，特別是數據後處理領域和國外的差距，但這個差距，你說體現在了這幾張圖上，怎麼說呢？是也不是。

接下來，回答一下怎麼樣自己 DIY 上圖的效果。

第一點，你得有一顆氣象衛星

考慮到這個可能對於大多數人來有點過份了，那麼我們從第 2 點開始吧；

第二點，需要接收氣象衛星發送的數據

這一點其實也不是很高大上，所謂氣象衛星，其實多數情況下指的只是觀測雲頂溫度的靜止或者極軌衛星，他們的發送的其實是公開的廣播數據，誰都可以接收。發送的格式只有兩類四種。HRIT/HLIT, HRPT/LRPT 。商業的方案有點小錢就可以搞定，下面著重介紹一下 DIY 的方案吧。

以極軌衛星的 HRPT 為例，主要是這個的難度比較高。不過有人已經做出來了 -&> http://www.rtl-sdr.com/hackrf-receiving-hrpt-weather-satellite-images/ 你大致需要一個可以跟蹤衛星的 L 波段天線， GNU Radio ，相關的衛星參數（這個可以公開查到的）， HRPT 數據解碼軟體（這個一般需要在別人的代碼基礎上做改進），然後就可以了，看上去好像在我能力範圍內一樣的，我想知乎上能人這麼多，搞定這些應該不是問題。

第三點，需要對接收的氣象衛星數據進行進一步處理

這一步大體上就是 @volley 的答案中提到的了。我介紹一個很不錯的東西： Welcome to pytroll!

但是呢，我們要結合題目嘛。題主給的圖上的產品有地表氣溫、降水、風速，甚至紫外線。那麼很自然的，我想到了一件事：

For FY2016, NOAA is requesting $808.966 million for JPSS.

http://www.spacepolicyonline.com/pages/images/stories/NOAA%27s%20FY2016%20Budget%20Request%20for%20Satellites%20Dec%2017%202015.pdf

美國最新一代的氣象極軌衛星，僅在 2016 財年就需要 8 億美元。考慮到美國做的最好的 Weather Channel 一年也就賺 3 個多億美元，這個「大玩具」現在受到的壓力不是一點點。

其實我們都知道，現在的觀測網和模式是可以滿足直接繪製地表氣溫、降水、風速，紫外線這幾個基本要素零場的需要的。

所以，讓我們祝 NOAA/NASA 好運吧。

第四點，發布到網上。

不過知乎上有這麼多程序員，反正也不差我一個，這一步就留給別人吧。

最後，人家在那裡解釋為什麼一年要花近五十億人民幣，題主瞎湊什麼熱鬧。

美國沒有公開源代碼，所以中國無法做出自主知識產權的國產系統

在下新手，隨便說說，說錯了請樓上樓下大神輕噴

氣象衛星分為地球靜止衛星和極軌衛星，如果想對某區域進行實時監控的話，需要地球靜止衛星的數據。我國目前的地球靜止衛星是FY-2系列，現在還能用的只有D，E兩顆星了，最新E星也是08年發射的，也算是比較老了。這兩顆星搭載的觀測設備解析度也不高。目前只能做到每隔15分鐘給出一次大陸區域的雲圖。

FY-3系列衛星，尤其是2013年發射的FY-3C在功能和技術上向前跨進了一大步，具有質的變化。但是這個系列的衛是極軌衛星，不能做到實時監測。

另外就是國內衛星數據的處理能力確實不強，以答主個人經歷，目前FY-3C的衛星數據都沒有得到很充分的使用。這玩意兒上天都已經兩年多了=_=不過FY-3C的數據也確實不穩定，微波溫度計和微波濕度計的數據已經停止提供快一年了。

最後就是計算資源也有限，要想得到實時的全國天氣狀態需要大規模計算，不是哪個單位都用得起天河=_=

答的匆忙，希望有用

首先題主提到的氣溫、降水、風速，這些要素的實時觀測值目前主要是通過地面觀測得到的，衛星數據主要是作為參考，可以查看中國天氣網提供的在線天氣現在天氣-中國天氣網，數據來源就是傳說中的氣象站，大家查看一下現有自動站的參數就明白了華雲升達（北京）官方網站
地面觀測數據通過插值也可以製作成覆蓋全球的氣溫、降水、風速圖。

然後題主提到的衛星數據的處理正如volley所說的，原始衛星數據要經過複雜處理生成衛星產品，如果是要做到實時發布的話，目前國內好像還沒有人做這樣的事情。在目前的技術水平下，特別是大數據技術普及之後，製作題主所說的實時地表溫度監測理論上是可以做到的。至於為什麼不做我猜測可能是經濟價值不明顯吧。國內氣象產業並沒有商業化，氣象數據的價值並沒有被有效利用，大眾對氣象價值的理解僅限於天氣預報，實時天氣，還有很多好玩的值錢的有意義的價值沒被挖掘，比如天氣保險、天氣期貨。隨著我國氣象數據的逐步開放，氣象價值逐步體現之後，題主的要求都會慢慢被滿足的。

別瞎猜了，都。實時產品是沒有問題的，這個很簡單，就是接收數據，解碼，生成1級數據，反演就是了。
需求強大的計算能力嗎？就處理個實時的衛星產品來說並不需要。
美國沒有公開源代碼？美國NASA是有個DRL的實驗室，提供全套的MODIS的程序的，另外SSEC也有很多都是開源的。

氣象大數據啊