李尉尉 梁捷 魏連雪

地球表面的71% 被海洋覆蓋著，海洋蘊(yùn)藏著豐富的資源，是地球生命的搖籃，是人類賴以生存、發(fā)展的寶庫(kù)。如此富饒、遼闊、與人息息相關(guān)的海洋，我們對(duì)它卻知之甚少。但海洋遙感衛(wèi)星的出現(xiàn)仿佛為人類安上了千里眼，讓我們可以從遙遠(yuǎn)的太空以寬廣的視角長(zhǎng)時(shí)間地俯瞰神秘的海洋，探究它的奧秘。

海洋遙感衛(wèi)星怎么工作？

為什么海洋遙感衛(wèi)星能幫助我們探究海洋的奧秘呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地球上所有的物體都能夠輻射電磁波，而不同的物體具有不同的輻射特征?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，電磁波與不同的物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出的特征也是不同的。電磁波可以傳播得很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，甚至可以傳播到太空中，而且傳播速度也是目前人類已知最快的。于是，科學(xué)家和工程師們就利用紅外光、可見光、微波等不同頻段的電磁波的反射、散射、輻射原理，研制出各種各樣的傳感器，并將它們搭載在衛(wèi)星上，就形成了海洋遙感衛(wèi)星。

中國(guó)海洋衛(wèi)星家族的發(fā)展歷程

20多年來(lái)，我國(guó)海洋衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了“從無(wú)到有”“從少到多”“從單一到組網(wǎng)”的跨越。截至2022年，我國(guó)已經(jīng)成功發(fā)射了11顆海洋衛(wèi)星。

2002年5月15日是我國(guó)實(shí)現(xiàn)海洋衛(wèi)星“零”突破的日子，在這一天，我國(guó)成功發(fā)射了第一顆海洋衛(wèi)星——海洋一號(hào)A衛(wèi)星，自此我國(guó)進(jìn)入了海洋衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)代。隨后，我國(guó)陸續(xù)發(fā)射了海洋一號(hào)B、C、D衛(wèi)星，大大提高了對(duì)海洋水色、海岸帶資源與生態(tài)環(huán)境的有效觀測(cè)能力。

2011年8月16日，我國(guó)發(fā)射了首顆海洋動(dòng)力環(huán)境探測(cè)衛(wèi)星——海洋二號(hào)A衛(wèi)星。此后，我國(guó)又陸續(xù)發(fā)射了海洋二號(hào)B、C、D衛(wèi)星，組成了首個(gè)海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，大幅提升了海洋觀測(cè)的范圍、效率和精度。除海洋一號(hào)、海洋二號(hào)系列衛(wèi)星外，我國(guó)還發(fā)射了高分三號(hào)系列衛(wèi)星，使得海洋衛(wèi)星進(jìn)入組網(wǎng)觀測(cè)時(shí)代，形成對(duì)全球海域連續(xù)高頻次觀測(cè)覆蓋能力。

海洋遙感衛(wèi)星的看家本領(lǐng)

本領(lǐng)一：海洋遙感衛(wèi)星能夠測(cè)量海洋表面的溫度。

海洋遙感衛(wèi)星上的紅外傳感器通過接收海面熱紅外輻射來(lái)測(cè)量海表面的溫度，這是衛(wèi)星遙感中最成熟而且應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

科學(xué)家通過對(duì)海洋遙感衛(wèi)星獲得的海洋表面溫度數(shù)據(jù)圖像分析，發(fā)現(xiàn)了西太平洋暖池的位置以及與厄爾尼諾現(xiàn)象的聯(lián)系，這就使我們能夠更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)厄爾尼諾現(xiàn)象。不僅如此，在海洋與大氣熱交換研究、全球氣候變化研究、海洋污染監(jiān)測(cè)等方面，海洋遙感衛(wèi)星測(cè)量海表溫度都發(fā)揮了非常重要的作用。

本領(lǐng)二：海洋遙感衛(wèi)星能夠觀察海洋表面的顏色，即水色。

海洋遙感衛(wèi)星上的水色掃描儀可以通過吸收海洋表面反射的太陽(yáng)光和海水后向散射的可見光，輻射得到海洋表面的顏色。

水色與海水水質(zhì)密切相關(guān)，根據(jù)生物光學(xué)特性觀測(cè)水色，可以獲得海水中的葉綠素濃度、懸浮物含量、可溶性有機(jī)物濃度等海洋環(huán)境要素。水色遙感是可穿透海水一定深度的衛(wèi)星海洋遙感技術(shù)，它在評(píng)價(jià)沿岸及海洋生態(tài)環(huán)境，監(jiān)測(cè)赤潮、綠潮、海冰等海洋災(zāi)害，預(yù)報(bào)漁情，研究全球氣候變化和全球生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。

本領(lǐng)三：海洋遙感衛(wèi)星可以探測(cè)海洋的運(yùn)動(dòng)。

海洋遙感衛(wèi)星通過微波傳感器探測(cè)海洋動(dòng)力參數(shù)，從而描述海洋的運(yùn)動(dòng)。其中，高度計(jì)是最為成熟的。高度計(jì)應(yīng)用雷達(dá)測(cè)距原理，采用微波和波形檢測(cè)方法獲取衛(wèi)星到海面的高精度的瞬時(shí)距離。高度計(jì)曾作為核心設(shè)備被用于全球大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)，幫助人們得到了全球大洋環(huán)流分布圖。

超級(jí)鏈接

風(fēng)場(chǎng)是描述海洋環(huán)境變化的另一個(gè)重要參數(shù)。風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)海洋氣象預(yù)報(bào)、海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、全球氣候研究等具有重要作用。

微波傳感器能夠全天候、全天時(shí)工作，并且具有時(shí)效性高、覆蓋面廣的特點(diǎn)，能夠有效地彌補(bǔ)常規(guī)海洋觀測(cè)資料的不足，是海洋表面風(fēng)場(chǎng)探測(cè)的主要手段之一。

微波散射器是一種主動(dòng)式微波傳感器，它向海面發(fā)射微波，再接收通過粗糙海面反射的回波數(shù)據(jù)，從而測(cè)算出風(fēng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。

微波輻射器是一種被動(dòng)式微波傳感器，它被動(dòng)接收來(lái)自粗糙海面的微波輻射，從而測(cè)算出風(fēng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。

有了這些微波傳感器，科學(xué)家就可以準(zhǔn)確地獲取全球大洋的海面風(fēng)場(chǎng)，甚至可以做出海洋災(zāi)害性天氣預(yù)警，例如監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑，識(shí)別臺(tái)風(fēng)中心、測(cè)算臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)間等。

本領(lǐng)四：海洋遙感衛(wèi)星可以探測(cè)海上目標(biāo)。

當(dāng)探測(cè)一個(gè)目標(biāo)的時(shí)候，我們經(jīng)常使用的就是雷達(dá)。但海洋遙感衛(wèi)星上搭載的可不是普通的雷達(dá)，而是合成孔徑雷達(dá)。

合成孔徑雷達(dá)是一種主動(dòng)式微波成像雷達(dá)，與一般雷達(dá)最大的不同，就是它利用衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)增大了雷達(dá)天線的孔徑，從而獲得更高分辨率的雷達(dá)圖像。

在合成孔徑雷達(dá)的幫助下，科學(xué)家可以探測(cè)和監(jiān)視海上的船只、海岸、港口、機(jī)場(chǎng)等目標(biāo)。

合成孔徑雷達(dá)通過微波與海面微尺度結(jié)構(gòu)相互作用，形成海面后向散射能量系數(shù)圖像。比如觀測(cè)內(nèi)波，盡管內(nèi)波發(fā)生在海面以下，但它可以引起海水表面粗糙度增加或降低，這在合成孔徑雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為有規(guī)律的或亮或暗的區(qū)域。

而當(dāng)海面上覆蓋一層油膜時(shí)，海面會(huì)變得更為平滑，使海面后向散射降低，圖像變暗，從而實(shí)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)對(duì)溢油的監(jiān)測(cè)。

合成孔徑雷達(dá)還能夠觀測(cè)海浪方向譜、海面風(fēng)場(chǎng)、海流、海冰、淺海地形等。它被認(rèn)為是最有效、最有潛力的衛(wèi)星傳感器。

現(xiàn)在大家已經(jīng)了解了海洋遙感衛(wèi)星的四大本領(lǐng)?？墒悄銈冇袥]有想過，它們的本領(lǐng)會(huì)隨著時(shí)間而退步嗎？想要解決這個(gè)問題就需要進(jìn)行一項(xiàng)重要的工作——海洋遙感衛(wèi)星輻射校正和真實(shí)性檢驗(yàn)。國(guó)家海洋技術(shù)中心為此進(jìn)行了我國(guó)海洋系列衛(wèi)星的在軌測(cè)試，海上現(xiàn)場(chǎng)同步觀測(cè)試驗(yàn)，并承建了我國(guó)首個(gè)海洋定標(biāo)檢驗(yàn)場(chǎng)，為海洋衛(wèi)星進(jìn)行定標(biāo)檢驗(yàn)，讓它們更好地工作