本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
智能手机用户已经习惯于软件的年度更新，甚至每月更新。只需单击一下，错误就会被消除，应用程序运行得更快，新功能会立即出现。现在想象一下，如果您手机的下一次重大更新在未来 20 年内都不会到来。这基本上就是我们今天在美国天气预报的关键要素之一所处的境地；上一个大型气象卫星计划花了近二十年的时间才准备好发射。
气象卫星与 iPhone 不同，但它们在日常甚至每小时影响我们的方式上是相似的。当然，不同之处在于，天气已被视为不可预测、神秘的事情，而手机则被视为我们可以控制的事物。猜测天气是一种普遍的消遣，但我们不要忘记：每年因洪水、飓风和龙卷风等可怕事件而损失的资金高达数万亿美元，并有数千人丧生。
在政府卫星项目工作多年后，我意识到，只有包括 Spire（我现在是产品经理）、PlanetIQ、GeoOptics 和其他公司在内的多元化的公共和私营部门参与者网络，才能够将目前的气象卫星群——相当于老式诺基亚砖头手机——变成更像时尚的 iPhone 6s 的东西。
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公平地说，在过去的几十年里，天气预报变得越来越好。例如，国家气象局最近宣布升级了两台超级计算机，这将使计算能力提高两倍，并带来更高精度的天气预报。
但即使是最好的预报超级计算机——每秒分析数千万亿次地球观测数据——也受到当今气象卫星提供的数据的数量和质量的限制，这些卫星体积庞大、老化且昂贵，需要数十年的工作才能改进。在这些情况下，延误、成本超支和资金问题是常态，而不是例外。
一名技术人员正在操作鞋盒大小的 CubeSat 气象卫星。图片由 Spire Global 公司提供。
随着商业气象卫星的出现，游戏可能很快就会改变，这些卫星体现了摩尔定律，即更小、更快、更便宜。这些鞋盒大小的卫星正在利用过去 20 年来最有希望（也是最不为人所知）的天气传感新技术之一：GPS 无线电掩星 (GPSRO)。
该技术利用环绕地球运行的 GPS 卫星持续广播的无线电信号，这些卫星位于地球表面上方约 20,000 公里处。CubeSat 在更靠近地球表面的地方监听从地平线落下的 GPS 信号。这些 GPS 信号在被大气折射时会围绕地球“弯曲”。然后通过测量信号弯曲的程度来计算高度精确的温度和水蒸气信息。
像每一项有希望的突破性技术一样，GPSRO 的故事也充满了在怀疑和不确定性面前的弱者的经历。早在 2001 年，我参与的 COSMIC 计划由大学大气研究公司 (UCAR)、NASA 和国家科学基金会制定，并获得了美国机构和台湾的大量资金帮助，尝试了以前从未做过的事情——发射 6 颗微型卫星，以测试 GPSRO 对天气预报的影响。COSMIC 无线电掩星卫星以及 RO 技术总体而言，与传统的政府卫星相比，具有巨大的优势。6 颗 COSMIC 卫星中的每一颗重量约为 70 公斤（相比之下，旧卫星的重量可能超过 3,000 公斤），预计成本约为 1 亿美元，包括地面支持、数据处理和将它们送入太空的火箭。在航天业务中，这是一场革命，但前提是它能够被证明有效。
最初，怀疑者多于相信者。天气界不相信这些数据会有价值，UCAR 的一些人也不相信。为了说服人们，我们进行了大量的迭代和宣传。然而，当搭载微型卫星的微型牛头怪 1 号火箭从加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空时，形势迅速发生了转变。所有六颗卫星都安全、准时且在预算范围内完成了部署。世界开始注意到这一点。发射后几周内，COSMIC 星座开始传输数据。一位名叫 Lidia Cucurull 的年轻科学家立即开始在美国天气模型中测试这些数据
随着结果的到来，世界各地的天气界都感到震惊。
GPS-RO 展示了过去二十年来任何天基传感器对预报产生的最大积极影响。早期，人们开始认识到商业公司建造和发射 GPS-RO 卫星的潜力。许多人认为，无线电掩星将是卫星大气传感领域新业务模式的完美“探路者”，利用商业级别的资金和卫星数据交付速度。RO 可以像其他太空技术一样利用商业开发的效率，这可能会大大降低美国和全球未来天气预报的成本。
NOAA 和美国空军目前正在建造 COSMIC-2，这将把 RO 技术推向新的高度。COSMIC-2 每天将提供 8,000 到 10,000 次高质量的探测，远高于 COSMIC-1 每天提供的 2,000 次探测。然而，最近的科学研究表明，我们仍然需要大量的 RO 探测；人们普遍认为，每天 100,000 次探测将有助于天气预报的持续改进。这就是为什么我们需要推动建立一个全球星座，将 COSMIC-2 的超高质量探测和商业卫星的大量高质量探测结合起来，以产生远远高于各自独立探测水平的 RO 探测。
由于技术的进步以及国会为简化这一过渡所做的工作，大气卫星数据的商业化正在快速推进，但仍存在可能减缓进展的障碍。天气历来是世界各国政府的领域，虽然政府对公私合作伙伴关系并不陌生，但这是一种需要灵活性（尤其是在商业企业方面）和周全考虑的过渡的安排。
商业气象卫星的出现将如何影响每个人？预计未来几年天气预报将迅速改进，准确预报可达 10 天。预计海洋上的天气和风况将显着改善，对航运和航空旅行产生重大的积极影响。预计飓风的早期探测将提前得多，跟踪和强度预报将提高 50% 以上。
导致最近 NOAA 超级计算机升级的警钟是欧洲天气模型正确预测了飓风桑迪的风暴路径，优于美国模型。飓风桑迪是美国东北部 40 年来最致命的飓风，也是美国历史上经济损失第二大的飓风。
获得关于大气状态的“实时”信息和具体的、定向的信息的能力将是巨大的，对日常生活的好处难以估量。但让我们达成共识：这显然比猜测天气或等待洪水淹到家门口要好得多。