仿若天眼，遙感知“風云”

■ 文｜《海洋與漁業(yè)》記者 羅茵

海洋衛(wèi)星為廣東海洋防災減災預報服務

近年來，隨著廣東省沿海地區(qū)海洋經(jīng)濟快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)和人口要素加速向海邊聚集。同時，受全球氣候變化影響，發(fā)生重大海洋災害的風險也日益突出，給廣東省海洋防災減災工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。

海洋災害監(jiān)測是“測、報、防、抗、救、援”防災減災體系鏈中的先導性與長期性措施，是通過全面連續(xù)有效監(jiān)測提供更快、更準、更豐富信息，測量變異參數(shù)，確定成災預兆，從而進行示警和預報，并對災情進行監(jiān)視和評估，是防災、減災工作首要環(huán)節(jié)。

目前，在海洋觀測中，新型傳感器、新型水下移動觀測、深海觀測以及海洋衛(wèi)星遙感觀測手段得到廣泛應用。特別是常規(guī)觀測與海洋衛(wèi)星遙感的融合，仿若“天眼”，遙感知“海上風云”，能有效提升海洋災害預警準確率和時效性。去年，國家衛(wèi)星海洋應用中心（以下簡稱“衛(wèi)星中心”）與廣東省海洋與漁業(yè)廳在廣州聯(lián)合成立海洋衛(wèi)星遙感廣東數(shù)據(jù)應用中心（以下簡稱“數(shù)據(jù)中心”），開展廣東省海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)平臺建設、衛(wèi)星遙感海域動態(tài)管理和海洋環(huán)境監(jiān)測預報業(yè)務系統(tǒng)建設等工作。

衛(wèi)星遙感是現(xiàn)代海洋監(jiān)測的主導手段之一

海洋是四維動態(tài)變化的流動水體，其環(huán)境要素包括海面風場、海浪、海流海面溫度、鹽度、海水深度及海洋水色等，發(fā)生著從厘米到數(shù)千公里的空間尺度和從秒到年際變化的時間尺度的波動。

海洋災害形成的過程有長有短，有緩有急。當致災因素的變化超過一定強度時，就會在幾天、幾小時甚至幾分鐘內(nèi)表現(xiàn)為突發(fā)性自然災害行為，如臺風，風暴潮、海冰、赤潮、溢油等，還有一些災害是在致災因素長期發(fā)展的情況下，逐漸顯現(xiàn)成災的，如海平面上升、海岸環(huán)境惡化等。

衛(wèi)星海洋遙感技術是指利用衛(wèi)星上搭載的各種傳感器對海洋進行觀測，傳感器接收來自海面目標發(fā)射或反射的特定波長范圍的電磁波信號，通過對電磁波信號的處理和分析可以獲取海洋環(huán)境信息。

衛(wèi)星中心的有關負責人指出，在海洋災害面前，海洋觀測的區(qū)域精細化趨勢更加明顯，在多種監(jiān)測手段中，衛(wèi)星具有全天時、全天候、大面積、多尺度、同步、快速、高頻次、重復觀測、長期觀測等優(yōu)勢，不受地理位置和人為條件限制，還可覆蓋環(huán)境條件惡劣的海區(qū)及政治敏感海區(qū)，“常規(guī)觀測與海洋衛(wèi)星遙感的融合與深度挖掘，能完善西北太平洋、廣東近海及局部重點保障海域的海浪、溫鹽流、海面風場等客觀分析系統(tǒng)，提升海洋災害預警準確率和時效性，海洋預報產(chǎn)品更加精細。”

衛(wèi)星中心已發(fā)射數(shù)顆海洋衛(wèi)星

“在海洋災害發(fā)生期間，利用多源衛(wèi)星資料可以避免惡劣環(huán)境影響或海況影響，第一時間掌握現(xiàn)場狀況?！痹撠撠熑酥赋觯l(wèi)星遙感也能追溯歷史狀況，開展災前、災中、災后的狀況對比，在彌補應急監(jiān)測手段不足的同時，也為應急事件的后期評估提供服務，為廣東省海洋管理部門及其他相關部門制定海洋應急策略、提供技術支撐和決策依據(jù)。

據(jù)悉，目前衛(wèi)星中心已經(jīng)發(fā)射了 HY-1A/B兩顆海洋水色衛(wèi)星，HY-2A海洋動力衛(wèi)星和 GF-3海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星，在海洋防災減災方面發(fā)揮了重要的作用。

他舉例說，臺風遙感監(jiān)測工作是利用我國 HY-2A衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以及與歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）交換的數(shù)據(jù)加強西北太平洋熱帶氣旋的監(jiān)測，利用多源數(shù)據(jù)獲取熱帶氣旋的位置、強度、范圍等監(jiān)測實況?！拔覈腍Y-2A衛(wèi)星于 2011年 8月發(fā)射，成功監(jiān)測到西太平洋所有的臺風過程，并向有關單位及時發(fā)布臺風汛期衛(wèi)星海洋遙感監(jiān)測服務產(chǎn)品?！?/p>

“另外，衛(wèi)星中心利用 HY-1B、MODIS等多顆海洋水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展了赤潮監(jiān)測工作，制作和發(fā)布了赤潮衛(wèi)星遙感監(jiān)測報告?！痹撠撠熑私忉屨f，赤潮監(jiān)測是根據(jù)水體光譜特性的變化情況進行定量測量或跟蹤，根據(jù)算法模型，通過定量估算赤潮引起的葉綠素濃度變化，進而實現(xiàn)遙感多時相數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

“溢油對近海海域的污染很嚴重，溢油發(fā)生后，通常要了解發(fā)生的位置、溢油量和擴散趨勢?！彼赋?，航空和衛(wèi)星遙感是最重要和最有效的手段，遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)溢油災害監(jiān)測是基于光學遙感數(shù)據(jù)以及星載合成孔徑雷達（SAR）數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，輔以其它以多源衛(wèi)星遙感資料，綜合利用遙感圖像處理技術和溢油遙感檢測算法，進行溢油識別、綜合分析?！拔覀兝肧AR衛(wèi)星資料，結合海上溢油漂移路徑預報系統(tǒng)及溢油專題基礎地理信息數(shù)據(jù)庫，建立了海上溢油遙感監(jiān)測系統(tǒng)，對我國渤海和南海重點海區(qū)進行了實時監(jiān)測。”

聯(lián)合成立海洋衛(wèi)星遙感廣東數(shù)據(jù)應用中心

據(jù)《2017年廣東省海洋災害公報》統(tǒng)計，2017 年，廣東省海洋災害直接經(jīng)濟損失居全國首位。海洋災害以風暴潮為主，海浪、海岸侵蝕、赤潮、海水入侵與土壤鹽漬化、咸潮入侵等災害均有不同程度發(fā)生。各類海洋災害造成直接經(jīng)濟損失 54.10 億元。

為此，廣東省海洋減災防災行動也提上征程。2017 年 10 月，經(jīng)廣東省政府批復同意，廣東省海洋與漁業(yè)廳正式印發(fā)《廣東省海洋觀測網(wǎng)建設規(guī)劃（2016-2020 年）》（以下簡稱“《規(guī)劃》”）?！兑?guī)劃》主要明確“十三五”期間，廣東省將新建 39 個岸基海洋觀測站（點）、1對地波雷達站、24 個 X 波雷達站、11 個海洋觀測浮標觀測平臺、20艘志愿觀測船、1 個衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應用中心，打造岸基、?；⒖栈?、天基于一體的海洋立體觀測網(wǎng)。

2017年，衛(wèi)星中心與廣東省海洋與漁業(yè)廳簽訂了《關于共同推進廣東省衛(wèi)星海洋遙感應用和服務示范地區(qū)建設戰(zhàn)略合作協(xié)議》，開展了廣東省海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)平臺建設、衛(wèi)星遙感海域動態(tài)管理和海洋環(huán)境監(jiān)測預報業(yè)務系統(tǒng)建設等工作。同年，數(shù)據(jù)中心入駐廣東省海洋與水產(chǎn)高科技園。“我們建立了北京至廣州間衛(wèi)星數(shù)據(jù)高速傳輸鏈路，實現(xiàn)了衛(wèi)星數(shù)據(jù)準實時傳送，具備了海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、產(chǎn)品制作、大數(shù)據(jù)傳輸、存儲的能力?！?/p>

該負責人表示，目前數(shù)據(jù)中心已正常運行。在衛(wèi)星遙感海域動態(tài)管理方面，已獲取了揭陽市及湛江西部海岸線變化成果，并對陽江吉樹港和茂名博賀港兩個用海項目進行監(jiān)測。

圖1：利用 GF3數(shù)據(jù)對臺風天鴿期間風暴潮災害發(fā)生前后進行了分析，圖中為廣東省珠海市金灣區(qū)南水鎮(zhèn)在建碼頭遭風暴潮襲擊。

圖2：GF-1 監(jiān)測到陽江市2014年11月22日赤潮分布。

圖3：大亞灣核電站排水口監(jiān)測（資源一號 04星）。

圖4：HY-2A監(jiān)測到的2016年第 21號臺風“莎莉嘉”。

因地制宜開展監(jiān)測工作

“每個地區(qū)的情況不同，利用衛(wèi)星遙感技術監(jiān)控的時候也要因地制宜?！痹撠撠熑酥赋?，臺風在廣東海域發(fā)生的頻率高，影響嚴重，數(shù)據(jù)中心下一步將對其開展相關工作?！笆紫纫趪鴥?nèi)外多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)臺風定位、強度等信息的準實時監(jiān)測；并結合海洋動力模式和廣東近海高分辨率地形，建立廣東風暴潮數(shù)值預報模式，開展沿岸風暴潮增水預報工作；研究結合遙感和 GIS空間分析的災變預測與損失評估模型，實現(xiàn)臺風災后受災范圍、程度及經(jīng)濟損失的綜合評估?！?/p>

他指出，數(shù)據(jù)中心還將基于遙感與GIS技術，利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)對近岸重大海洋工程的實施及其周邊海洋環(huán)境進行信息提取，獲取綠色石化、?；髽I(yè)、大型養(yǎng)殖區(qū)等實施進度信息以及周邊水質(zhì)等信息，制作并發(fā)布近岸重大海洋工程及周邊海洋環(huán)境監(jiān)測產(chǎn)品?！岸I浴場海洋環(huán)境監(jiān)測預警，則是基于海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)和數(shù)值預報數(shù)據(jù)等，提供海濱浴場的波高、潮汐、風速、風向、水溫、水質(zhì)、氣壓等海洋環(huán)境和氣象信息?！?/p>

廣東省是海洋漁業(yè)大省，“我們還會針對大洋漁業(yè)資源，結合遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位等空間對地觀測技術與信息技術的集成應用，獲取遠洋漁場環(huán)境信息，開展?jié)O場漁情信息預報服務，提高公海生物資源利用的競爭力?！?/p>

“海洋災害監(jiān)測要發(fā)揮好衛(wèi)星遙感的效能與效益?！痹撠撠熑私ㄗh說，一是加快海洋衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展，確保在軌衛(wèi)星數(shù)量和質(zhì)量，發(fā)展多種光學和微波觀測技術，不斷提高海洋觀測衛(wèi)星綜合觀測能力。

“二是保持海洋衛(wèi)星在軌運行連續(xù)穩(wěn)定，保持地面應用系統(tǒng)業(yè)務化運行連續(xù)穩(wěn)定?！痹撠撠熑私忉屨f，地面應用系統(tǒng)是海洋衛(wèi)星工程五大系統(tǒng)之一，也是海洋衛(wèi)星發(fā)揮效益的關鍵。因此，保持海洋衛(wèi)星及地面應用系統(tǒng)業(yè)務化穩(wěn)定運行，才能為海洋衛(wèi)星應用工作提供連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源?！?/p>