1、 卫星遥感观测的重要性


海洋观测是一个庞大的系统,包含了许多下属更加细致的方向,各个方向也有着各自的主力观测设备,用以解决不同观测的方向性难题。宏观而言,海洋观测发展的目标是获得更高时间和空间分辨率的气象、海洋、地质等等的数据。更进一步的讲,时间和空间都希望达到“最小的最大”的目标,也即在时间上追求以更短的工作频率达到更长的观测时间,在空间上以更低的分辨单元达到更大的观测范围(又可称:更高的时空分辨率)。
早期的海洋调查更多依赖于走航观测和各类定点观测设备,数据的获取范围仅仅局限于单点或剖面,缺乏对于海洋要素的整体认识。而卫星的出现填补了海洋观测“更大的空间范围”的空白。
简单而言,遥感卫星的基本信息包括有效载荷、分辨率、刈幅宽度、质量和轨道高度,其中分辨率和刈幅宽度是最直接衡量遥感卫星先进与否的指标。

图1 由NASA所发射的卫星







2、国外海洋遥感卫星

国外关于海洋卫星的研究起步较早,美国是世界上首个发展海洋卫星遥感技术的国家。1978年,第一颗海洋卫星SEASAT由美国发射,并完成了对海岸带水色的观测。1977年,NASA发射了世界上第一颗专用海洋水色卫星SeaStar,在2002年发射的“水”卫星和2003年发射的“克罗里斯”号卫星成功实现对海面风场的测量。经过近四十年的发展,美国发展了海洋环境卫星、海洋动力环境卫星和海洋水色卫星,其获取海洋水色和各类海洋动力环境信息的能力首屈一指。
苏联/俄罗斯-乌克兰研制的海洋卫星分为两类:第一类遥感器以可见光、红外探测器为主;第二类遥感器主要为测试雷达。1979年2月,苏联发射第一颗海洋卫星(宇宙-1076),用以卫星试验和海洋气象、大气物理参数的测量。1988年,第一颗实用型海洋卫星Okean-01发射成功,该系列的海洋卫星至今共发展了4代,主要用途是对海表温度、风速、海洋水色、冰覆盖进行观测。
欧洲对海洋遥感卫星的研究主要集中在综合观测型卫星方面。1991-2010年欧洲航天局(ESA)先后发射了欧洲遥感卫星(ERS)、环境卫星Envisat、气象业务卫星(MetOp)、重力与稳态洋流探测器(GOCE)以及土壤湿度和海洋盐度卫星(SMOS)以及Cryosat等等的卫星。其中Cryosat是“欧洲地球探测者计划”中的卫星,该卫星采用雷达高度计测量陆地和海洋冰盖厚度的变化,可对极地冰层和海洋浮冰进行精确测量。

图2 全国海洋遥感卫星信息统计


3、中国海洋遥感卫星

我国海洋遥感卫星的研究相较于国际落后许多,但经过多年的建设,我国在海洋卫星方面取得了显著进展。
我国第一颗海洋水色卫星HY-1A与2002年5月15日成功发射,使海洋水色信息提取与定量化应用水平得到提高,促进了海洋遥感技术的发展,为我国海洋卫星发展奠定了技术基础。
我国第一颗海洋动力环境卫星HY-2A,与2011年8月16发射,其搭载了包括雷达高度计、微波散射机、扫描辐射计在内的各类主、被动传感器,具有高精度测轨、定轨能力与全天候、全天时、全球探测能力,能实时获得海面风场、浪高、还留、海面温度等多种海洋动力环境参数。
我国后续也陆续发射了搭载更加先进传感器的“海洋”系列卫星(HY-1B、HY-2B等),直接为海洋防灾减灾、海洋环境保护、海洋科学研究以及国防建设等提供支撑服务。
卫星遥感作为“透明海洋计划”中天基观测网(“海洋星簇”计划)的关键一环,在数据传输,大范围海洋要素的获取过程中的重要性不言而喻。


图3  “透明海洋”立体观测网概念图


HY—1A系列

水色遥感

HY-1A搭载十波段海洋水色扫描仪(COCTS)和四波段CCD成像仪,在运行的685天期间,获取了中国近海及全球重点海域的叶绿素浓度、海表温度、悬浮泥沙含量、海冰覆盖范围、植被指数等动态要素信息以及珊瑚、岛礁、浅滩、海岸地貌特征,研发制作了42 种遥感产品。

我国第二颗海洋水色卫星HY-1B,于2007 年4 月11 日成功发射,该卫星在HY-1A 卫星基础上研制,其观测能力和探测精度进一步增强和提高。在轨运行7 年多,实现了卫星由试验型向业务服务型的过渡。

图4 HY-1A卫星


HY-2系列

海洋动力环境

HY-2系列遥感卫星的使命主要集中在海洋动力要素的观测,HY-2A后续的HY-2B、HY-2C及HY-2D的遥感技术步步攀升,能搭载更多的传感器同时进行更高时空分辨率的数据获取

图5 HY-2D卫星


4、 潜标观测系统未来展望

海洋遥感卫星具有全天时、全天候、快速、同步、高频次、长时间连续观测等优势,作为认识、研究、开发和管理海洋的重要手段,是构建海洋立体观测体系的重要组成部分,并可在海洋监测、海洋航运、海洋环境和海洋军事方面提供坚实的支撑服务,因此,必须重视海洋遥感卫星在各领域的应用,助力我国加快海洋强国建设步伐。
【参考文献】

[1]汪文杰,贾东宁,许佳立,褚宏奎,董晓睿.全球海洋遥感卫星发展综述[J].测绘通报,2020(05):1-6.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2020.0134.

[2]林明森,张有广,袁欣哲.海洋遥感卫星发展历程与趋势展望[J].海洋学报,2015,37(01):1-10.

[3]吴立新,陈朝晖,林霄沛,刘永正.“透明海洋”立体观测网构建[J].科学通报,2020,65(25):2654-2661.



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