高端论坛|蒋兴伟院士等:海洋遥感卫星及发展历程与趋势展望
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海洋卫星能够对全球海洋大范围、长时期的观测,为人类深入了解和认识海洋提供了其他观测方式都无法替代的数据源。海洋遥感卫星通过搭载各类遥感器来探测海洋环境信息,按照功能可分为海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋监视监测卫星。目前,全球共有海洋卫星或具备海洋探测功能的对地观测卫星近百颗。美国、欧洲、日本和印度等国家和地区均已建立了比较成熟和完善的海洋卫星系统。
一海洋遥感卫星发展历程
对地观测卫星先后经历了20世纪60年代的起步阶段,70年代的初步应用阶段,80年代到90年代的大发展阶段,直到近十余年来,对地观测卫星中专门用于海洋观测的海洋卫星及具备部分海洋信息观测功能的卫星开始向高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、高信噪比和高稳定性等方向发展。国外主要航天大国均有专门的海洋卫星观测计划,并形成了多种业务应用,在海洋环境的监测和军民应用中对海洋卫星的依赖程度不断加大。下面对主要航天大国海洋遥感卫星的发展进行简要介绍。
(1)美国
美国是世界上首个发展海洋卫星遥感技术的国家,在1978年发射了世界上第一颗海洋卫星SEASAT,近40年来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等不同类型的专用海洋卫星,实现了从空间获取海洋水色和海洋动力环境信息的能力。
(2)中国
经过多年的建设,我国在海洋卫星方面取得了显著进展。自2002年5月到2011年8月陆续发射了HY-1A/B和HY-2A三颗卫星,已经初步建立海洋水色和海洋动力环境卫星监测系统。
我国第一颗海洋水色卫星HY-1A,于2002年5月15日成功发射。它实现了我国海洋卫星零的突破,完成了海洋水色功能及试验验证,使海洋水色信息提取与定量化应用水平得到了提高,促进了海洋遥感技术的发展,为我国的海洋卫星发展奠定了技术基础。2004年4月HY-1A卫星停止工作,在轨运行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。
(3)俄罗斯
苏联/ 俄罗斯-乌克兰研制的海洋卫星系列分为两类: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侧视雷达。1979 年2 月12 日第一颗海洋卫星(宇宙- 1076)发射,用于卫星试验和海洋气象、大气物理参数的测量。1983 年9 月28 日发射了载有测试雷达的试验卫星宇宙- 1500,观测结果表明侧视雷达作为海洋遥感的手段具有很大潜力。
(4)欧洲航天局
欧洲遥感卫星(ERS)是欧洲航天局(ESA)研制的对地观测卫星,用于环境监测。1991 年7 月17 日,ERS - 1 卫星从法属圭亚那航天中心发射,2000 年3 月10 日,由于计算机和陀螺仪故障,ERS - 1 服役结束。1995年4月21日,ERS-2卫星发射,2003 年6 月,ERS - 2 失去星上数据存储能力,此后仅支持实时观测数据传输。
(5)法国
贾森(Jason)系列卫星是法国国家空间研究中心(CNES)和美国NASA 联合研制的海洋地形观测卫星,是TOPEX/Poseidon卫星的后继星,属于美国EOS 的高度计任务。用于海洋表面地形和海平面变化的测量。CNES 负责平台、载荷和DORIS 接收机的研制,NASA 负责卫星的发射。2001 年12 月7 日, Jason - 1 卫星发射。2008年6 月20 日,Jason - 2发射。目前Jason - 2 卫星在轨正常运行。
(6)日本
海洋观测卫星(MOS)是日本的第一个地球观测卫星系列,又称桃花(Momo)卫星。共发射了2 颗。MOS - 1 卫星于1987 年2 月18 日发射,是一颗试验型海洋观测卫星,用于测量海洋水色、海面温度和大气水汽含量。MOS - 1B 卫星于1990年2 月7 日发射,是一颗应用型海洋卫星,用于观测海洋洋流、海面温度、海洋水色等。
(7)印度
海洋卫星(Oceansat)是印度发展的专用海洋卫星,包括Oceansat - 1 和Oceansat - 2,用于海洋环境探测,包括测量海面风场、叶绿素浓度、浮游植物以及海洋中的悬浮和沉淀物。Oceansat - 1 是印度遥感卫星系统(IRS)中首颗用于海洋观测的卫星,于1999 年5 月26 日发射,2010 年8月8 日退役。Oceansat - 2 卫星2009年9 月23 日发射,目前在轨运行。
(8)韩国
通信、海洋和气象卫星(COMS)是韩国发展的地球静止轨道卫星,用于朝鲜半岛及周边区域的海洋和气象监测。COMS- 1 卫星2010 年6 月26 日发射, 目前正在运行。COMS- 2 卫星正在研制。COMS - 1卫星采用欧洲星- E - 3000 平台,采用三轴稳定方式,天线指向精度优于0.11°。COMS - 1 卫星的主载荷是地球静止海洋水色成像仪,空间分辨率500m×500m,谱段为0.4~0.9μm,用于提供海岸带资源管理和渔业信息。
(9)其他国家
科学应用卫星(SAC)是阿根廷国家空间计划的核心项目,共包括4颗卫星,其中SAC - A、SAC - C 和SAC - D 具备对地观测能力。SAC - D卫星中的主载荷是 “宝瓶座”微波辐射计和散射计,NASA 负责研制,由L 频段推扫式微波辐射计和L 频段微波散射计组成,用于获取全球海面盐度信息,并用于研究海洋环流。另外,SAC - D 卫星搭载的Ka频段微波辐射计可以用来测量海面风速以及海冰特征。SAC - D 卫星2011 年6 月10 日发射,目前在轨运行。
二
海洋卫星发展趋势
1. 提高观测精度与时空分辨率
2. 提升定量遥感水平
3. 发展新型海洋遥感载荷
三
国外海洋卫星遥感应用进展
1. 海洋动力环境遥感技术及业务化产品
2. 海洋生态环境遥感产品
3. 海洋地球物理遥感产品
4. 渔业遥感应用及商业化服务
5. 海洋遥感定标与检验基础设施及技术
四
我国海洋卫星遥感应用进展
1. 海洋动力环境遥感监测与应用
2. 海洋生态环境遥感监测与应用
3. 海洋地球物理遥感调查与应用
4. 卫星遥感海洋渔业应用服务技术
5. 海洋遥感定标与检验技术及基础设施
五
国内外的主要差距
近些年来,我国在全球海洋遥感观测领域取得了长足发展,但与国外先进国家相比仍存在较大差距,主要表现在:
1)我国海洋卫星遥感定标和真实性检验与国外相比存在明显差距。
2)我国在全球海洋遥感数据产品制作、分发和服务等方面尚处于起步阶段。国外已形成了完整的全球海洋遥感产品体系和完备的产品分发服务能力,并提供后续的数据应用技术支持。
3)我国海洋遥感应用方向虽然较多,但业务化应用程度较低。尚未形成可业务化的全球海洋遥感产品和再分析产品体系,现有海洋遥感数据的共享、分发服务与美欧差距也较大,同时遥感数据产品支撑业务化应用能力还亟待发展和提升。
六
展 望
通过分析国内外海洋卫星应用发展历程与趋势可以看出,随着卫星平台、载荷技术、地面数据处理和应用技术的不断进步,海洋遥感卫星观测的精度与时空分辨率不断提高,卫星数据定量化应用不断深入。不断出现的新型海洋遥感载荷,将具备更快、更精确获取更大范围、更多种海洋观测信息的能力。随着海洋对全球气候和环境的影响越来越受到重视,与世界各国经济、军事的影响越来越密切,世界各国对海洋卫星的投入不断加大,可以预见海洋卫星遥感未来将获得更大的发展空间,取得更显著的应用成果。随着我国后续海洋卫星的发展,完整的海洋遥感立体观测体系将逐步形成,健全的卫星应用体系将逐步建立,将显著提高面向海洋综合管理、公共服务、安全保障等领域的能力。海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。
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来源:卫星应用(本文作者:蒋兴伟,林明森,张有广,马毅。版权归原作者及刊载媒体所有)
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编辑 / 杨志如 审核 / 杨志如 韩磊
指导:万剑华教授(微信号wjh18266613129)