倚天觀海，助力海洋發(fā)展戰(zhàn)略
——中國(guó)海洋衛(wèi)星應(yīng)用面面觀

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近幾十年來(lái)，中國(guó)高度重視海洋的開(kāi)發(fā)和保護(hù)，尤其是隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)、維護(hù)海洋權(quán)益和加快發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì),對(duì)海洋探測(cè)與應(yīng)用能力提出了更高的要求。

海洋衛(wèi)星具有全天時(shí)、全天候、同步、快速、高頻次、長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)等優(yōu)勢(shì)，可以經(jīng)濟(jì)、方便地對(duì)大面積海域?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、同步、連續(xù)的監(jiān)測(cè)，是認(rèn)識(shí)、研究、開(kāi)發(fā)、利用和管理海洋的重要技術(shù)支撐和保障服務(wù)手段，也是我國(guó)海洋立體監(jiān)測(cè)體系的重要組成部分。

如今，海洋衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入系列化和業(yè)務(wù)化的發(fā)展階段，該技術(shù)作為海洋觀測(cè)高新技術(shù)手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)海洋資源開(kāi)發(fā)與管理、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)、海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。

海洋資源開(kāi)發(fā)管理能手

漁場(chǎng)漁情信息服務(wù)。浮游藻類(lèi)是海岸帶生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，是魚(yú)類(lèi)和貝類(lèi)的食物來(lái)源。其中，葉綠素a含量可以反映海區(qū)浮游植物濃度的高低，且通常出現(xiàn)在河流入?？诩吧仙鞲浇Ｍ瑫r(shí)，浮游植物因?yàn)榫哂胸S富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，很受魚(yú)類(lèi)喜歡，從而能形成大量的漁場(chǎng)，例如，我國(guó)的舟山漁場(chǎng)。

但是，葉綠素濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致水體透明度和溶解氧含量降低，對(duì)水中生命體不利。我國(guó)利用海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)，結(jié)合EOS/MODIS產(chǎn)品資料，可獲取我國(guó)管轄海域及周邊海域的葉綠素濃度分布信息，并及時(shí)傳送給海洋漁業(yè)部門(mén)分析。

另外，海洋衛(wèi)星上的雷達(dá)高度計(jì)和掃描微波輻射計(jì)能夠識(shí)別出大洋中的鋒面和中尺度渦，可以用來(lái)探測(cè)大洋漁場(chǎng)。目前，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以海洋二號(hào)A星和海洋一號(hào)1B星遙感資料為主，結(jié)合國(guó)外海洋衛(wèi)星資料，對(duì)全球三大洋10個(gè)海域的魚(yú)種進(jìn)行每周一次的業(yè)務(wù)化漁情分析與預(yù)報(bào)。同時(shí)，在9家漁業(yè)公司近150艘遠(yuǎn)洋漁船上安裝了在線(xiàn)漁情系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了近實(shí)時(shí)在線(xiàn)的海況分析和漁情預(yù)報(bào)服務(wù)，為我國(guó)遠(yuǎn)洋魷釣漁船、金槍魚(yú)延繩釣漁船、大型拖網(wǎng)漁船和金槍魚(yú)圍網(wǎng)漁船的科學(xué)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

海平面變化監(jiān)測(cè)。隨著人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海洋、大氣系統(tǒng)影響的迅速擴(kuò)大，全球變暖、海平面上升已經(jīng)成為全球性環(huán)境問(wèn)題。海平面上升給人類(lèi)的生存環(huán)境造成了巨大威脅，已經(jīng)引起全世界科學(xué)家和各國(guó)政府的高度關(guān)注。海洋衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)在全球海平面變化監(jiān)測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，獲取的SSH數(shù)據(jù)已經(jīng)成為全球平均海平面上升研究中的重要數(shù)據(jù)源。

近年來(lái)，我國(guó)利用海洋衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)的融合數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了近海海平面變化的監(jiān)測(cè)，并制作了近海及鄰近海域的月平均、年平均以及較上一年度變化的海平面數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

同時(shí)，利用這些海平面變化產(chǎn)品，各相關(guān)海洋預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)部門(mén)還開(kāi)展了相應(yīng)的海平面變化預(yù)測(cè)及海洋環(huán)境等產(chǎn)品的研制，向社會(huì)公眾和相關(guān)海洋行業(yè)部門(mén)提供服務(wù)。

▲ 我國(guó)海洋二號(hào)衛(wèi)星可對(duì)近海海面風(fēng)速進(jìn)行觀測(cè)

▲ 海洋衛(wèi)星可為水上養(yǎng)殖業(yè)提供全天候服務(wù)

服務(wù)于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)

海洋水色環(huán)境監(jiān)測(cè)。海洋水色環(huán)境是海洋環(huán)境的基礎(chǔ)信息之一，也是海洋生產(chǎn)和海洋科學(xué)等海洋活動(dòng)的重要參考指標(biāo)，利用海洋一號(hào)A/B星能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)我國(guó)管轄海域海洋水色的大尺度、定期提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)近海海洋水色環(huán)境的業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)，并可以制作旬、月、季平均的葉綠素濃度分布等海洋水色信息，為了解我國(guó)海域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和海洋生物資源的開(kāi)發(fā)與保護(hù)起到指導(dǎo)作用。

海表溫度監(jiān)測(cè)。海表溫度是重要的海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)，利用海洋一號(hào)A/B星配備的兩個(gè)紅外通道，以及利用海洋二號(hào)A星掃描微波輻射計(jì)可獲取境內(nèi)外的海溫遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大洋海表溫度要素的業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)。

此外，海洋預(yù)報(bào)和漁業(yè)部門(mén)也可以利用這些海溫產(chǎn)品開(kāi)展相應(yīng)的海溫預(yù)報(bào)和海洋漁業(yè)環(huán)境產(chǎn)品研制，服務(wù)于社會(huì)大眾和相關(guān)海洋產(chǎn)業(yè)部門(mén)。

海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)成效顯著

海冰災(zāi)害監(jiān)測(cè)。我國(guó)渤海每年冬季有3個(gè)月左右的結(jié)冰期，冰情狀況對(duì)海上交通和海上生產(chǎn)活動(dòng)能夠造成較大影響。我國(guó)國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心利用海洋一號(hào)B星和多顆其他衛(wèi)星的影像資料，對(duì)渤海及黃海北部的海冰冰情進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；诤１鶇?shù)提取算法和地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，能夠提取海冰參數(shù)并及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地為相關(guān)部門(mén)提供衛(wèi)星遙感海冰監(jiān)測(cè)情況。

赤潮災(zāi)害監(jiān)測(cè)。赤潮是海洋中的一種或多種微小浮游生物、原生動(dòng)物或細(xì)菌，在特定環(huán)境條件下突發(fā)迅速增殖或聚集，引起一定海域范圍在一段時(shí)間內(nèi)變色的生態(tài)自然現(xiàn)象。

赤潮作為一種海洋災(zāi)害，不僅給海洋環(huán)境、海洋漁業(yè)和海水養(yǎng)殖業(yè)造成嚴(yán)重危害，且對(duì)人類(lèi)健康和生命也有一定影響。我國(guó)東海海域是赤潮高發(fā)區(qū)域，利用海洋衛(wèi)星的遙感技術(shù)可以為赤潮的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)提供有利的觀測(cè)手段。

近年來(lái)，國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心利用自主研制的赤潮衛(wèi)星監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化系統(tǒng)，制作和發(fā)布了多期赤潮衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)報(bào)告。相關(guān)赤潮遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果以月報(bào)的形式報(bào)送至國(guó)家相關(guān)部門(mén)，應(yīng)用于國(guó)務(wù)院辦公室遙感信息服務(wù)工作。

綠潮災(zāi)害監(jiān)測(cè)。大型海洋綠藻過(guò)量增殖的現(xiàn)象，被稱(chēng)為“綠潮”。人類(lèi)向海洋中排放大量含氮和磷的污染物而造成的海水富營(yíng)養(yǎng)化，是綠潮爆發(fā)的重要原因。

▲ 我國(guó)海洋衛(wèi)星星座示意圖

▲ 衛(wèi)星拍攝的海洋照片

海藻在鐵量增加、陽(yáng)光照射和其他所有條件同時(shí)出現(xiàn)的情況下，會(huì)瘋狂生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而形成綠潮。如今，綠潮已成為世界范圍內(nèi)的近海、海灣和入海口等海域的一個(gè)普遍現(xiàn)象 。

2008年6-9月，青島近岸海域發(fā)生大面積滸苔自然災(zāi)害，嚴(yán)重威脅到青島奧運(yùn)會(huì)帆船比賽的順利進(jìn)行。國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心利用海洋一號(hào)B 星的探測(cè)大范圍、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，開(kāi)展了應(yīng)對(duì)黃海綠潮災(zāi)害的應(yīng)急工作，其提供的大量衛(wèi)星遙感資料，提高了工作人員清理綠潮的效率，保障了奧帆賽的順利進(jìn)行。

在此之后，海洋衛(wèi)星監(jiān)測(cè)達(dá)到了業(yè)務(wù)化應(yīng)用水平，我國(guó)每年夏季都會(huì)利用衛(wèi)星對(duì)黃海和東海的綠潮實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為當(dāng)?shù)氐暮Ｉ辖煌?、養(yǎng)殖等部門(mén)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)。臺(tái)風(fēng)是中心持續(xù)風(fēng)速在12級(jí)到13級(jí)的熱帶氣旋。臺(tái)風(fēng)發(fā)源于熱帶海面，那里溫度高，大量的海水被蒸發(fā)到空中，形成低壓中心。隨著氣壓的變化和地球自身的運(yùn)動(dòng)，流入的空氣被旋轉(zhuǎn)起來(lái)，形成一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的空氣漩渦，這就是熱帶氣旋。如果氣溫不下降，熱帶氣旋會(huì)越來(lái)越大，最后形成臺(tái)風(fēng)。

臺(tái)風(fēng)是我國(guó)沿海地區(qū)的主要海洋災(zāi)害之一。海洋遙感衛(wèi)星以其大面積、全天候和全天時(shí)的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，成為監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)的有效手段。例如。我國(guó)海洋二號(hào)A星攜帶的微波散射計(jì)能夠?qū)ε_(tái)風(fēng)和風(fēng)暴潮進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

另外，海洋二號(hào)A還在國(guó)際合作中大顯身手。2012年，形成于大西洋洋面上的一級(jí)颶風(fēng)“桑迪”，因其侵襲美國(guó)東部，造成嚴(yán)重災(zāi)害而受到關(guān)注。桑迪颶風(fēng)于當(dāng)年10月28日至30日橫掃美國(guó)東部海岸，我國(guó)利用海洋二號(hào)A星在10月27日成功觀測(cè)到該颶風(fēng)及其移動(dòng)方向，將數(shù)據(jù)提供給美國(guó)后，為其有效防范颶風(fēng)在10月28日的登陸提供了預(yù)警。

風(fēng)暴潮監(jiān)測(cè)。風(fēng)暴潮是發(fā)生在沿海地區(qū)的一種海洋自然災(zāi)害，強(qiáng)烈的空氣擾動(dòng)引起海面變化，這種變化與天文潮疊加時(shí)，海水暴漲造成自然災(zāi)害。

風(fēng)暴潮會(huì)導(dǎo)致近海及沿岸淺水域的水位猛烈增長(zhǎng)，當(dāng)風(fēng)暴潮與天文潮迭加后的水位超過(guò)沿岸“水位警戒線(xiàn)”時(shí)，會(huì)造成海水外溢，甚至泛濫成災(zāi)，造成人民生命財(cái)產(chǎn)及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、海業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的巨大損失。因此，有效對(duì)風(fēng)暴潮進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，是預(yù)防和減小風(fēng)暴潮損失的關(guān)鍵。

我國(guó)海洋衛(wèi)星上搭載的微波散射計(jì)在熱帶氣旋的觀測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠觀測(cè)熱帶氣旋的風(fēng)速和風(fēng)向，對(duì)渦旋特征進(jìn)行識(shí)別和定位，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)熱帶氣旋移動(dòng)路徑。

海嘯預(yù)警。海嘯是一種破壞性極強(qiáng)的海浪，能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)時(shí)對(duì)海浪進(jìn)行監(jiān)測(cè)是防范海嘯的一種有效手段。我國(guó)海洋二號(hào)A星攜帶的雷達(dá)高度計(jì)已具備高精度、全天候、全天時(shí)獲取全球海洋有效波高和海面高度信息的能力，也可為海嘯監(jiān)測(cè)提供可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

例如，2012年印尼大地震發(fā)生后，我國(guó)利用海洋二號(hào)A星雷達(dá)高度計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)印尼地震前后SWH的監(jiān)測(cè)，初步判定在印度洋海域不會(huì)發(fā)生海嘯，這也與美國(guó)太平洋海嘯預(yù)警中心發(fā)布的海嘯預(yù)警信息相符合，事后的結(jié)果也證明了海洋二號(hào)A星具備提供海嘯預(yù)警預(yù)報(bào)的能力。