文質(zhì)彬, 吳園濤, 李琛, 殷建平

1. 中國科學(xué)院重大科技任務(wù)局, 北京 100864;

2. 中國科學(xué)院南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301

為服務(wù)海洋經(jīng)濟與海洋科技的發(fā)展, 國內(nèi)外眾多機構(gòu)發(fā)射的海洋衛(wèi)星不斷增加, 衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源不斷豐富, 數(shù)據(jù)精度及應(yīng)用的深度和廣度也日臻完善。利用海洋衛(wèi)星可開展海洋水色、海洋動力、海冰、臺風(fēng)、海洋漁業(yè)等業(yè)務(wù)化應(yīng)用, 在海洋環(huán)境保護、海洋預(yù)報(劉娜 等, 2018)、海洋監(jiān)測與減災(zāi)防災(zāi)(蔣興偉 等, 2019; 林明森 等, 2018)、海洋資源開發(fā)(官文江 等, 2017)、海上公共安全與重大工程建設(shè)、海洋科學(xué)研究和區(qū)域海洋應(yīng)用等方面都發(fā)揮了重要作用。伴隨大數(shù)據(jù)時代的來臨, 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用前景廣闊。本文總結(jié)了國內(nèi)外海洋衛(wèi)星的基本情況和我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的現(xiàn)狀, 在此基礎(chǔ)上提出我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展中存在的主要問題, 以及未來的發(fā)展策略。

1 國內(nèi)外海洋衛(wèi)星資源基本情況

全球航天大國均具有較為完備的海洋空間觀測系統(tǒng)。作為目前世界航天的最強國, 美國從20 世紀70 年代就發(fā)射了專門的海洋衛(wèi)星, 首顆專門用于海洋觀測的衛(wèi)星SEASAT 于1978 年成功發(fā)射, 40 年來發(fā)展了海洋環(huán)境、海洋水色、海洋動力等不同類型的專用海洋衛(wèi)星, 實現(xiàn)了從空間快速獲取海洋信息的強大能力, 并形成了多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。我國海洋衛(wèi)星發(fā)展起步較晚, 21 世紀初才發(fā)射第一顆海洋衛(wèi)星HY-1A(蔣興偉 等, 2008)。我國海洋衛(wèi)星發(fā)展迅速,已經(jīng)逐步構(gòu)建起我國自主海洋衛(wèi)星的全球觀測網(wǎng)。目前海洋衛(wèi)星系列已經(jīng)成為我國衛(wèi)星對地觀測系統(tǒng)的主要組成部分, 也是《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃(2015—2025)》中遙感衛(wèi)星的重要組成部分?！笆濉钡健笆奈濉逼陂g, 我國將要發(fā)射10 顆以上海洋系列衛(wèi)星或以海洋為主要應(yīng)用方向的衛(wèi)星; 到2025 年, 我國將建立完備的海洋衛(wèi)星體系。

1.1 海洋衛(wèi)星主要類別

國際上的海洋衛(wèi)星大體分為3 類: 海洋水色衛(wèi)星(如 SeaWiFS)、海洋動力環(huán)境衛(wèi)星(歐洲中心的Jason 系列衛(wèi)星)、海洋綜合探測衛(wèi)星(如Sentinel-3衛(wèi)星)。

海洋水色衛(wèi)星是對海洋水色要素(如葉綠素、懸浮沙和可溶性的有色有機物質(zhì)等)和水溫及其動態(tài)變化的探測(Hooker et al, 1993; Gregg et al, 1998)。有效載荷通常選用靈敏度高、信噪比高、光譜分辨率高、波段多、帶寬窄的海洋水色掃描儀(張可立 等,2018)。通?？臻g分辨率在300-1000 米, 地面覆蓋周期2-3 天。發(fā)展海洋水色衛(wèi)星的目的在于掌握海洋初級生產(chǎn)力分布、海洋漁業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)資源狀況和環(huán)境質(zhì)量, 了解河口港灣的懸浮泥沙分布規(guī)律, 監(jiān)測近海溢油(孫樂成 等, 2019)、赤潮富營養(yǎng)化、循環(huán)水排海熱污染、海冰冰情(張樹德 等, 2019)、淺海地形等。

海洋動力環(huán)境衛(wèi)星是對海洋風(fēng)場、海面高度、浪場、流場以及溫度場等動力環(huán)境要素探測的衛(wèi)星(林明森 等, 2018), 有效載荷通常是微波散射計、微波輻射計、雷達高度計等, 并具有多種模式和多種分辨率。發(fā)展海洋動力環(huán)境系列衛(wèi)星的主要目的在于利用微波散射計監(jiān)控全球海洋表面風(fēng)場, 得到全球海洋上的風(fēng)矢量場和表面風(fēng)應(yīng)力數(shù)據(jù), 利用雷達高度計提供全球海洋地形數(shù)據(jù), 得到全球高分辨率的大洋環(huán)流、海洋大地水準(zhǔn)面、重力場和極地冰蓋的變異等(Chelton et al, 1985)。海洋動力環(huán)境衛(wèi)星獲取的實時高精度海面動力和海底拓撲資料, 具有重要的戰(zhàn)略價值。

海洋綜合探測衛(wèi)星是對全球與近海(包括海岸帶)海洋動力環(huán)境和生態(tài)環(huán)境各種信息的綜合遙感監(jiān)測, 同時具備多種載荷。有效載荷包括可見光、紅外, 主動、被動遙感器, 如多光譜成像儀、合成孔徑雷達、微波散射計、輻射計、高度計等(Donlon et al, 2012)。發(fā)展海洋環(huán)境綜合衛(wèi)星的主要目的在于提供全天時、全天候海況實時資料, 用于改進海況數(shù)值預(yù)報模式, 提高中長期海況預(yù)報準(zhǔn)確率。同時提供海上目標(biāo)、海岸帶調(diào)查、海洋污染的實時同步海洋要素, 為海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋權(quán)益維護和海岸帶資源調(diào)查、綜合利用與管理服務(wù)。

1.2 國外海洋衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀

目前國外主要海洋衛(wèi)星包括美國的SeaWiFS、MODIS 和VIIRS; 歐洲空間局的MERIS(陳雙 等,2014)和Sentinel-3 衛(wèi)星, 以及韓國的靜止軌道衛(wèi)星GOCI(李冠男 等, 2014)等, 用于海洋水色的測量。此外, 還有用于測量全球海表溫度的AVHRR 系列衛(wèi)星; 用于構(gòu)建海面高度數(shù)據(jù)的TOPEX/POSEIDON(陳雙 等, 2014), Jason-1/2/3 和ERS/Envisat 等多顆高度計衛(wèi)星; 用于提取海面高度的 GRACE 和CHAMP 重力衛(wèi)星; 用于海面風(fēng)速測量的快速散射計QUICKSCAT 衛(wèi)星; 用于海面風(fēng)速、降雨和海溫反演的衛(wèi)星AMSR-E、AMSR-2、WindSat、TRMM 等; 用于海面鹽度(電導(dǎo)率)反演的美國Aquarius 衛(wèi)星和歐空局 SMOS 衛(wèi)星; 用于海冰參數(shù)測量的 ICESat,CryoSat-2, SSM/I、SSMIS 等(蔣興偉 等, 2018)。

同時, 很多陸地衛(wèi)星也用于海洋的研究中, 包括傳統(tǒng)的陸地衛(wèi)星Landsat 系列(段廣拓 等, 2018)、高分辨率光學(xué)衛(wèi)星SPOT、Quickbird、Pleiades 以及Worldview 系列衛(wèi)星, 用于海面目標(biāo)、近海岸帶生態(tài)系統(tǒng)、海島以及海岸線變遷研究; 一些高分辨率雷達衛(wèi)星, 如加拿大的 Radarsat 系列衛(wèi)星、德國的TerraSAR-X / TanDEM-X 衛(wèi)星, 以及 ENVISATASAR、Sentinel-1 等衛(wèi)星, 可用于海面粗糙度、海浪譜估算等的海洋動力過程研究。表1 展示了世界主要海洋遙感衛(wèi)星的信息。

表1 世界主要海洋遙感衛(wèi)星信息Tab. 1 Information of major ocean remote sensing satellites in the world

國外海洋衛(wèi)星發(fā)展形成了多種海洋業(yè)務(wù)化的衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品, 包括以海面風(fēng)場、海浪、海表層流、海面溫度、水汽含量等為代表的海洋動力環(huán)境及多源遙感融合數(shù)據(jù)產(chǎn)品; 以葉綠素、有色溶解有機質(zhì)、懸浮物、初級生產(chǎn)力、光合有效輻射等為代表的海洋光學(xué)參數(shù)、海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)及其衍生的(如海洋漁業(yè)等)遙感產(chǎn)品; 以海底地形、重力場等為代表的海洋地球物理產(chǎn)品。

1.3 我國海洋衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀

我國海洋衛(wèi)星包括海洋水色衛(wèi)星星座、海洋動力衛(wèi)星星座和海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星等3 個系列。

1) 海洋水色衛(wèi)星。這是以可見光和紅外成像觀測為手段的海洋遙感衛(wèi)星。我國海洋水色衛(wèi)星星座的發(fā)展包括3 個階段。第一階段為海洋1A 和海洋1B 衛(wèi)星。其中, 海洋1A 衛(wèi)星作為試驗型業(yè)務(wù)衛(wèi)星,有效載荷包括 1 臺十譜段海洋水色水溫掃描儀(Chinese Ocean Color and Temperature Scanner,COCTS)和1 臺四譜段海岸帶成像儀(Coastal Zone Imager, CZI), 對中國鄰近海域的重訪周期為3 天。海洋1A 衛(wèi)星在軌運行685 天, 成像約1900 軌, 在海洋環(huán)境保護和海洋科學(xué)研究等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。海洋1B 衛(wèi)星是海洋水色系列衛(wèi)星的第二顆實驗星, 同樣裝載了1 臺COCTS 和1 臺CZI, 可實現(xiàn)對中國鄰近海域的每天重復(fù)觀測。海洋1B 衛(wèi)星在軌運行8 年10 個月, 共成像19233 軌, 獲得原始數(shù)據(jù)8.84TB。

第二階段為海洋1C 和海洋1D 衛(wèi)星。其中, 海洋1C 衛(wèi)星于2018 年9 月成功發(fā)射, 是中國海洋系列衛(wèi)星的首顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星。海洋1C 衛(wèi)星上的COCOTS信噪比大幅提升, 可以分辨出更加細微的水色變化;CZI 的空間分辨率提高到50m, 衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)達到了國際先進水平, 能夠提供每天全球海洋空間全覆蓋海洋水色衛(wèi)星資料; 海洋1D 衛(wèi)星于2020 年6 月成功發(fā)射, 將與海洋1C 衛(wèi)星組網(wǎng)運行, 開展大幅度、高精度、高時效觀測, 具備全球1 天2 次的水色水溫探測覆蓋能力, 使海洋觀測更加全天候。

第三階段為實現(xiàn)國產(chǎn)水色衛(wèi)星技術(shù)性能和應(yīng)用能力達到國際先進水平的新一代水色衛(wèi)星, 包括正在規(guī)劃的靜止軌道衛(wèi)星, 以及預(yù)計于2022 年發(fā)射的新一代HY1E 衛(wèi)星, 后者將實現(xiàn)全球海洋水色的高空間分辨率和高光譜分辨率觀測, 相應(yīng)載荷已經(jīng)在“天宮二號”進行了實驗(林明森 等, 2019)。

2) 海洋動力環(huán)境衛(wèi)星。包括海洋2 號系列衛(wèi)星、中法海洋衛(wèi)星與海風(fēng)海浪衛(wèi)星和海洋鹽度衛(wèi)星。海洋2 號系列衛(wèi)星以海面風(fēng)場、高度、溫度等動力環(huán)境要素為探測對象。2025 年前的發(fā)展包括3 個階段:第一階段為海洋2A 衛(wèi)星; 第二階段為海洋2B/C/D衛(wèi)星; 第三階段為新一代海洋動力環(huán)境衛(wèi)星。

中法海洋衛(wèi)星(China-France Oceanographic Satellite, CFOSAT)于2009 年立項, 2018 年10 月29日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射(王麗麗 等,2018)。航天科技集團東方紅衛(wèi)星有限公司負責(zé)衛(wèi)星平臺研制, 有效載荷包括法國CNES 研制的海洋波譜儀(Surface Waves Investigation and Monitoring,SWIM)和中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研制的微波散射計(SCAT), 較HY-2B/C/D 星具有更高的空間分辨率和風(fēng)向精度(Lin et al, 2011, 2019; Xu et al, 2019;Liu et al, 2020)。

海風(fēng)海浪衛(wèi)星是中法海洋衛(wèi)星的后續(xù)星。國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心于2017 年底啟動了該星立項論證工作。海洋鹽度衛(wèi)星列入國家空間基礎(chǔ)設(shè)施“十二五”科研星計劃, 于2015 年開展先期攻關(guān), 目前已經(jīng)批準(zhǔn)立項。該星載荷包括二維綜合孔徑海洋鹽度計和多頻主被動微波成像儀, 分別由航天科技集團西安分院和中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心牽頭論證。

3) 海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星。將包括低軌SAR 衛(wèi)星、高軌SAR 衛(wèi)星和高軌海洋衛(wèi)星, 通過高分辨率成像觀測實現(xiàn)對海洋的綜合監(jiān)測監(jiān)視。低軌SAR 衛(wèi)星(高分3 號衛(wèi)星)于2016 年(楊勁松 等, 2017)發(fā)射。高軌SAR 衛(wèi)星列入國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施“十二五”科研星計劃, 于2015 年啟動先期攻關(guān)。高軌海洋衛(wèi)星列入國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施“十四五”科研星計劃, 是國內(nèi)首次在靜止軌道上開展海洋水色觀測, 并以紫外成像為手段開展溢油觀測, 可以得到高時間分辨率的海洋環(huán)境光學(xué)觀測數(shù)據(jù), 對海洋、環(huán)境等學(xué)科和應(yīng)用有重要意義。

目前國內(nèi)發(fā)射的光學(xué)衛(wèi)星, 如高分(程益鋒 等,2018)系列衛(wèi)星(GF-1、GF-2、GF-4)、資源系列衛(wèi)星(ZY-3)、環(huán)境系列衛(wèi)星(HJ-1A/B)也用于海岸帶海島的研究中。

2 我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收、處理與管理

我國海洋水色、海洋動力環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)由國家衛(wèi)星海洋中心負責(zé)接收和處理; 海洋監(jiān)視監(jiān)測SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)由中國資源衛(wèi)星中心、中科院相關(guān)研究所負責(zé)。海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理主要由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心負責(zé), 中科院主要作為有效載荷研制負責(zé)單位,參與部分數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理算法研究和軟件研制工作。海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的開發(fā)也由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心負責(zé), 并負責(zé)數(shù)據(jù)分發(fā)。目前國內(nèi)海洋衛(wèi)星已經(jīng)初步形成了多樣的海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品, 并由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心統(tǒng)一分發(fā)(https://osdds.nsoas.org.cn/)。初步形成了穩(wěn)定、可靠的海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)體系, 但海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)分發(fā)能力尚需改進和提高。

2.2 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用

通過對近年來報告的分析, 我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用與海洋衛(wèi)星的能力相比有很大的提升空間。國外對于我國海洋衛(wèi)星給予很大關(guān)注, 特別是HY-2A/2B 衛(wèi)星。法國、歐洲氣象衛(wèi)星組織(European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, EUMETSAT) 都通過雙邊合作獲得HY-2A/2B(雷達高度計、微波散射計)數(shù)據(jù), 并開展了應(yīng)用試驗, 取得了較好的效果, 也驗證了衛(wèi)星載荷的性能(張有廣 等, 2018)。但這些應(yīng)用主要是獲取部分低級產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行處理, 生成高級試驗產(chǎn)品進行試驗。例如對海洋1C 的CZI 載荷在渾濁二類水體和清潔水體的不同帶外響應(yīng)(out-of-band response)特性進行評估(Cui et al, 2018); 利用海洋光學(xué)浮標(biāo)(marine optical buoy, MOBY)和MODIS/Terra 觀測的氣溶膠信息對海洋1C 的COCTS 載荷進行輻射定標(biāo)(Song et al, 2019); 對于利用海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展的科學(xué)研究, 對數(shù)據(jù)的要求更強調(diào)定量化、易獲取和質(zhì)量保證, 并具有一定時長的數(shù)據(jù)積累, 我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)在這幾個方面相對國外數(shù)據(jù)還有一定的差距, 因此在科學(xué)研究方面, 國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用存在一定限制。

國產(chǎn)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)整體應(yīng)用不多, 主要原因在于以下幾個方面。

1) 國產(chǎn)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)時間較短。國產(chǎn)衛(wèi)星起步較晚, 早前衛(wèi)星數(shù)據(jù)的精度不夠, 很難形成業(yè)務(wù)化應(yīng)用產(chǎn)品, 近年來衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯提高, 但時間長度不夠, 對于需要較長時間序列分析的研究和應(yīng)用, 國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)時間長度不夠。

2) 國產(chǎn)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品需要進一步豐富。目前共享的國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品最高級別為2 級產(chǎn)品,并沒有可以直接用于業(yè)務(wù)化分析的3 級和4 級產(chǎn)品,這使沒有任何衛(wèi)星遙感知識的科研工作者在進行業(yè)務(wù)化應(yīng)用時存在一定的困難。

3) 國產(chǎn)海洋衛(wèi)星的推廣不夠。目前國產(chǎn)海洋衛(wèi)星的分發(fā)機構(gòu)較少, 數(shù)據(jù)主要由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心分發(fā), 尚未在國內(nèi)其他數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)中進行共享分發(fā)。

4) 國內(nèi)海洋衛(wèi)星全球近實時的觀測處理和數(shù)據(jù)發(fā)布(時效性)能力尚未形成, 是制約數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要因素之一。

2.3 海洋科學(xué)研究對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求

經(jīng)初步調(diào)研, 我國海洋科學(xué)家使用海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的學(xué)科領(lǐng)域主要集中在物理海洋學(xué)、海洋遙感、地球物理學(xué)、應(yīng)用海洋學(xué)、地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)等, 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)多用于海洋數(shù)值模擬、海洋環(huán)流與渦旋、海洋內(nèi)波(孫麗娜 等, 2018)、海洋防災(zāi)減災(zāi)(賈永君 等, 2018)、氣候與環(huán)境變化(丁慶霞 等,2016)、北極海冰(馬雪沂 等, 2019)等科學(xué)研究。目前使用的衛(wèi)星資料主要以國外資料偏多。

海溫數(shù)據(jù)主要來源于AVHRR、MODIS、TRMM、AMSR 等衛(wèi)星; 多用于海氣數(shù)值預(yù)報與數(shù)值同化、海洋三維溫鹽場實時重構(gòu)、群發(fā)性海洋災(zāi)害致災(zāi)機理、黑潮入侵、海洋內(nèi)波、多尺度海氣相互作用及氣候變化、生態(tài)過程與物理過程相互作用、北極海冰等研究。數(shù)據(jù)產(chǎn)品的空間精度一般在1/12°到1/4°。風(fēng)場數(shù)據(jù)主要來源于QuikSCAT、ASCAT; 多用于多尺度海氣相互作用及氣候變化、海洋環(huán)流與渦旋、臺風(fēng)對海洋(生態(tài))環(huán)境影響、海洋災(zāi)害致災(zāi)機理等研究, 空間分辨率通常在25km 左右。海面高度數(shù)據(jù)主要來源于AVISO 高度計合成產(chǎn)品及融合資料, GRACE 和CHAMP 重力資料, 空間分辨率在1/4°左右; 多用于數(shù)值預(yù)報與資料同化、多尺度海氣相互作用與氣候變暖、海洋環(huán)流與渦旋、海洋環(huán)境場實時重構(gòu)、大地水準(zhǔn)面和重力異常、地球表面流體質(zhì)量多時空尺度變化及全球水質(zhì)量分布研究。海面鹽度數(shù)據(jù)主要來源于SMOS, Aquarius, 空間分辨率在1°左右。多用于數(shù)值預(yù)報與資料同化、多尺度海氣相互作用與氣候變暖、海洋環(huán)流與渦旋、海洋熱通量估算、海洋熱鹽環(huán)流等研究。葉綠素數(shù)據(jù)主要來源于 MODIS、VIIRS、MERIS、SeaWiFS 及 Sentinel-3 等, 分辨率在300～1000m 之間。多用于海洋監(jiān)測與防災(zāi)減災(zāi)、海洋初級生產(chǎn)力等研究。海面降雨數(shù)據(jù)主要來源于TRMM、AMSR-E、AMSR-2 等。多用于海洋降水、海氣通量、海洋氣候等研究。

海洋科學(xué)部分研究尚需要更高精度的衛(wèi)星數(shù)據(jù),包括: (1)高空間分辨率海洋水色衛(wèi)星數(shù)據(jù), 分辨率不低于30m, 波段配置信噪比等不差于SeaWiFS 數(shù)據(jù), 用于近岸河口水質(zhì)監(jiān)測; (2)高分辨率海面高度數(shù)據(jù)(空間分辨率到公里級別)或海洋流場數(shù)據(jù), 用于研究海洋小尺度過程, 如規(guī)劃中的SWOT 衛(wèi)星數(shù)據(jù)(徐永生 等, 2017); (3)高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù),包括米級和亞米級的光學(xué)、微波衛(wèi)星數(shù)據(jù), 用于海岸帶、海島變遷等監(jiān)測研究, 如高分2 號衛(wèi)星數(shù)據(jù);(4)高分辨率海洋鹽度衛(wèi)星數(shù)據(jù)(張慶君 等, 2017),比SMOS, Aquarius 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分辨率高, 且受干擾少; (5)覆蓋西太平洋海域(特別是130°E 以東)的實時或準(zhǔn)實時通信衛(wèi)星數(shù)據(jù); (6)其他如對靜止軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求, 用于中國近岸水體水質(zhì)監(jiān)測。

3 我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展存在的主要問題

隨著國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè), 我國正逐步建立較為完備的海洋衛(wèi)星觀測系統(tǒng)。目前海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的下載和使用已經(jīng)沒有問題, 但由于我國海洋衛(wèi)星發(fā)展較晚, 時間長度不夠, 再加上科學(xué)研究長期以來一直使用國外數(shù)據(jù), 改變這種沿用國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)的習(xí)慣還需要一定時間。換言之, 國產(chǎn)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的推廣應(yīng)用還需要進一步提升。

3.1 海洋衛(wèi)星發(fā)展起步較晚

我國海洋衛(wèi)星起步較晚, 早前的衛(wèi)星與有效載荷性能和國際先進水平有一定差距。HY-1A 衛(wèi)星在軌時間短, HY-1B 衛(wèi)星有效載荷存在太陽照射污染觀測數(shù)據(jù)存在問題, 實際上不具備提供有效數(shù)據(jù)支持的能力。2018 年成功發(fā)射的HY-1C(林明森 等,2019)光學(xué)衛(wèi)星和2020 年發(fā)射的HY-1D 衛(wèi)星已經(jīng)達到國外同類衛(wèi)星產(chǎn)品水平, 但目前衛(wèi)星在軌工作時間只有兩年多, 數(shù)據(jù)的時間長度較短, 同時由于科研和業(yè)務(wù)工作者長期使用國外數(shù)據(jù)形成一定的慣性,國產(chǎn)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的推廣使用還需要時間。

3.2 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其處理過程的開放度尚需加強

目前海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分發(fā)已經(jīng)有了明顯的提升,國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心已經(jīng)通過中國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)將衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行了全面的共享(osdds.nsoas.org.cn)。但數(shù)據(jù)質(zhì)量尤其是二級以上產(chǎn)品質(zhì)量的改善需要廣大用戶的測試和反饋。數(shù)據(jù)用戶, 特別是具有研究能力的研究團隊需要完整掌握數(shù)據(jù)處理過程, 發(fā)現(xiàn)問題并提出改善數(shù)據(jù)質(zhì)量的辦法, 從而參與數(shù)據(jù)的開發(fā)和利用, 如NASA 的水色數(shù)據(jù)產(chǎn)品, 其數(shù)據(jù)參數(shù)和處理過程都集中在共享軟件SeaDAS 中, 用戶較容易掌握, 而目前海洋衛(wèi)星雖有共享相關(guān)的數(shù)據(jù)使用手冊, 但在數(shù)據(jù)處理及使用說明等方面還有待加強。另一方面, 部分研究領(lǐng)域缺少相關(guān)數(shù)據(jù)支持, 如在海冰研究領(lǐng)域, 國內(nèi)缺乏專門的數(shù)據(jù)或已處理并公開的相關(guān)數(shù)據(jù); SAR 衛(wèi)星數(shù)據(jù)經(jīng)常處于購買狀態(tài), 如發(fā)生重大事故, 無法獲取第一手衛(wèi)星資料, 同時缺少遙感影像使用; 缺乏準(zhǔn)實時業(yè)務(wù)化的多源衛(wèi)星融合產(chǎn)品。

3.3 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理方面投入明顯不足

重工程實現(xiàn)、輕數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用是我國遙感衛(wèi)星規(guī)劃和實施中普遍存在的現(xiàn)象。我國海洋衛(wèi)星計劃在實施中對于數(shù)據(jù)處理、反演模型優(yōu)化、試驗驗證、地面和在軌標(biāo)定等工作投入明顯不足,處理技術(shù)研究組織的明顯不足, 導(dǎo)致數(shù)據(jù)定量化與穩(wěn)定性不足, 數(shù)據(jù)質(zhì)量還有待提高。相關(guān)部門目前對于數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的提升關(guān)注不夠, 缺乏長時間序列、高質(zhì)量、易于使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品, 使用頻率較低。

4 我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展建議

海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)在海洋科學(xué)研究中具有重要的意義, 獲得長期穩(wěn)定可靠的衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品是海洋科學(xué)研究對衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的需求。充分利用好國際和國內(nèi)海洋衛(wèi)星資源, 將對提升我國海洋科學(xué)研究水平發(fā)揮積極的作用。對此, 本文提出以下幾點建議。

1) 針對不同的應(yīng)用目標(biāo), 制定海洋衛(wèi)星的長期發(fā)展規(guī)劃。進一步加強我國海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源的利用研究, 加強科學(xué)衛(wèi)星與業(yè)務(wù)衛(wèi)星方面的協(xié)調(diào)和配合機制, 加強海洋科學(xué)家與衛(wèi)星研制、數(shù)據(jù)應(yīng)用等領(lǐng)域研究者的交流。針對全球海洋水色的觀測、全球海面高度、中國近海海岸帶生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、關(guān)鍵海區(qū)目標(biāo)探測、海島調(diào)查等重要科學(xué)問題, 制定我國海洋衛(wèi)星的長期發(fā)展規(guī)劃, 以獲得長期穩(wěn)定、可靠的衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

2) 加強海洋衛(wèi)星定標(biāo)和數(shù)據(jù)處理隊伍建設(shè)。海洋衛(wèi)星的數(shù)據(jù)定標(biāo)和處理是后續(xù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用的保障。加強海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理是目前亟待解決的重要問題。應(yīng)增加海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的后續(xù)處理力量, 針對不同應(yīng)用的系列衛(wèi)星, 成立穩(wěn)定的海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、分發(fā)及技術(shù)支持隊伍, 這將為海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量的改進提供支撐和保障, 也是產(chǎn)出穩(wěn)定高質(zhì)量海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

3) 建立良好的衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享機制。衛(wèi)星數(shù)據(jù)是國家的寶貴財富, 建立良好的共享機制是推廣使用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的必要條件。除了衛(wèi)星數(shù)據(jù)本身, 還應(yīng)該將數(shù)據(jù)處理方法/算法寫入數(shù)據(jù)手冊并全面開放共享, 以便數(shù)據(jù)的推廣和深入應(yīng)用。同時建議將海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品在國家海洋科學(xué)數(shù)據(jù)中心、國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心、國家對地觀測科學(xué)數(shù)據(jù)中心等多個科學(xué)數(shù)據(jù)平臺進行全面的推廣使用。