海洋遙感衛(wèi)星及應用發(fā)展歷程與趨勢展望

● 文 | 國家衛(wèi)星海洋應用中心 國家海洋局第一海洋研究所 蔣興偉 林明森 張有廣 馬毅

海洋衛(wèi)星能夠?qū)θ蚝Ｑ蟠蠓秶?、長時期的觀測，為人類深入了解和認識海洋提供了其他觀測方式都無法替代的數(shù)據(jù)源。海洋遙感衛(wèi)星通過搭載各類遙感器來探測海洋環(huán)境信息，按照功能可分為海洋水色衛(wèi)星、海洋動力環(huán)境衛(wèi)星和海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星。目前，全球共有海洋衛(wèi)星或具備海洋探測功能的對地觀測衛(wèi)星近百顆。美國、歐洲、日本和印度等國家和地區(qū)均已建立了比較成熟和完善的海洋衛(wèi)星系統(tǒng)。我國已經(jīng)發(fā)射了2顆海洋水色衛(wèi)星——海洋一號衛(wèi)星A星和B星（HY-1A/B）、1顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星——海洋二號衛(wèi)星A星（HY-2A）以及高分三號（GF-3）衛(wèi)星，初步建立起海洋衛(wèi)星監(jiān)測體系，這為我國建立完善的海洋環(huán)境立體監(jiān)測體系奠定了堅實基礎。但是，目前我國的海洋衛(wèi)星監(jiān)測體系尚不完善，觀測要素相對較少；定標和真實性檢驗與國外相比存在明顯差距；在全球海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作、分發(fā)和服務等方面尚處于起步階段。我國海洋遙感應用方向雖然較多，但業(yè)務化應用程度較低。隨著我國后續(xù)海洋衛(wèi)星的發(fā)展，完整的海洋遙感立體觀測體系將逐步形成，健全的衛(wèi)星應用體系將逐步建立，將顯著提高面向海洋綜合管理、公共服務、安全保障等領域的能力。海洋遙感衛(wèi)星必將在建設海洋強國的進程中發(fā)揮出重要作用。

一、海洋遙感衛(wèi)星發(fā)展歷程

對地觀測衛(wèi)星先后經(jīng)歷了20世紀60年代的起步階段，70年代的初步應用階段，80年代到90年代的大發(fā)展階段，直到近十余年來，對地觀測衛(wèi)星中專門用于海洋觀測的海洋衛(wèi)星及具備部分海洋信息觀測功能的衛(wèi)星開始向高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比和高穩(wěn)定性等方向發(fā)展。國外主要航天大國均有專門的海洋衛(wèi)星觀測計劃，并形成了多種業(yè)務應用，在海洋環(huán)境的監(jiān)測和軍民應用中對海洋衛(wèi)星的依賴程度不斷加大[1]。下面對主要航天大國海洋遙感衛(wèi)星的發(fā)展進行簡要介紹。

（1）美國

美國是世界上首個發(fā)展海洋衛(wèi)星遙感技術的國家，在1978年發(fā)射了世界上第一顆海洋衛(wèi)星SEASAT，近40年來美國發(fā)展了海洋環(huán)境衛(wèi)星、海洋動力環(huán)境衛(wèi)星和海洋水色衛(wèi)星等不同類型的專用海洋衛(wèi)星，實現(xiàn)了從空間獲取海洋水色和海洋動力環(huán)境信息的能力。

地球軌道測地衛(wèi)星（GEOS）是美國“國家測地衛(wèi)星計劃”的一部分，由美國噴氣推進實驗室（JPL）負責設計和制造。GEOS衛(wèi)星共有3顆，前兩顆衛(wèi)星GEOS-1和GEOS-2用于重力測量；GEOS-3主要用于海洋動力學實驗。GEOS-3衛(wèi)星于1975年4月9日發(fā)射。該衛(wèi)星為確定海洋學和地球動力學研究提供了3年有效數(shù)據(jù)，獲取的大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)使人們的注意力從雷達高度計的試驗階段轉(zhuǎn)向了應用階段。

SEASAT衛(wèi)星是美國航空航天局（NASA）發(fā)展的首顆海洋衛(wèi)星，也是一顆“方案驗證”衛(wèi)星，主要任務是驗證利用海洋微波遙感載荷從空間探測海洋及有關海洋動力現(xiàn)象的有效性。SEASAT于1978年6月27日發(fā)射，1978年10月9日，衛(wèi)星電源系統(tǒng)發(fā)生故障，11月21日衛(wèi)星正式宣告失敗。盡管該衛(wèi)星工作了僅3個月，但獲取的數(shù)據(jù)對后續(xù)雷達高度計遙感技術的發(fā)展意義重大。

Geosat衛(wèi)星是美國海軍早期發(fā)展的雷達測高衛(wèi)星，目標是為海軍提供高密度全球海洋重力場模型，以及進行海浪、渦旋、風速、海冰和物理海洋研究，獲得高精度的全球海洋大地水準面精確制圖。Geosat衛(wèi)星1985年3月13日發(fā)射，1990年退役。

TOPEX/Poseidon衛(wèi)星是美國和法國合作研發(fā)的海面地形測量衛(wèi)星，用于全球高精度海面高度的測量，從而觀測和了解潮汐以及大洋環(huán)流。1992年8月10日TOPEX/Poseidon衛(wèi)星發(fā)射，2005年10月9日衛(wèi)星停止運行，運行時間13年。TOPEX/Poseidon衛(wèi)星在軌道設計、載荷配置和數(shù)據(jù)處理等方面的技術，使其成為迄今海面高度觀測精度最高的衛(wèi)星，它與其后續(xù)衛(wèi)星也是用于潮汐研究最為合適的測高系統(tǒng)。

海星（SeaStar）衛(wèi)星又稱軌道觀測-2衛(wèi)星（OrbView-2），是美國軌道科學公司的軌道觀測系列衛(wèi)星之一，于1997年8月1日發(fā)射，主要用于海洋水色觀測、海洋生物和生態(tài)學研究，為美國地球探測計劃提供全球環(huán)境觀測數(shù)據(jù)。SeaStar衛(wèi)星繼承了雨云-7（Nimbus-7）衛(wèi)星上搭載的海岸帶水色掃描儀的特性，所獲取的海洋遙感數(shù)據(jù)廣泛用于海洋研究各個領域。

QUIKSCAT衛(wèi)星是NASA研制的用于海洋風場觀測的衛(wèi)星。該衛(wèi)星的目標是重啟NASA“海洋風測量”計劃，以滿足改善天氣預報和氣候研究的需要。衛(wèi)星上載有一臺海洋風場微波散射計SeaWinds，主要用來全天候、連續(xù)測量和記錄全球的海洋風速和風向數(shù)據(jù)。QUIKSCAT衛(wèi)星1999年6月20日發(fā)射，成功運行了10年，在2009年11月23日不再提供觀測數(shù)據(jù)。

國防氣象衛(wèi)星計劃（DMSP）衛(wèi)星是美國國防部發(fā)展的軍用極軌氣象衛(wèi)星，主要用于獲取全球氣象、海洋和空間環(huán)境信息，為軍事作戰(zhàn)提供信息保障。DMSP系列衛(wèi)星首發(fā)時間是1962年5月23日，截至2012年6月30日，DMSP衛(wèi)星共發(fā)展12個型號，發(fā)射衛(wèi)星51顆，成功46顆。DMSP-5D3衛(wèi)星搭載的微波成像儀/探測器可用于海冰和海面溫度的觀測。

雨云（Nimbus）衛(wèi)星是美國早期的實驗型氣象衛(wèi)星，主要用來實驗地球環(huán)境衛(wèi)星上使用的新遙感器，同時也提供部分氣象探測資料。從1964年8月到1978年10月，Nimbus系列共發(fā)射了8顆衛(wèi)星。其中，Nimbus-7衛(wèi)星上搭載的海岸帶水色掃描儀用于測量海洋和海岸帶水色，測量葉綠素濃度、沉積物分布等，具有5個通道，波長分別為0.44 μm、0.56μm、0.67μm、0.75μm、11.5μm。幅寬1556km，空間分辨率825m；多通道微波輻射儀可實現(xiàn)海冰和海面溫度的觀測，工作中心頻率分別為：6.6GHz、10.7GHz、18.0GHz、21.0GHz、37.0GHz。

諾阿（NOAA）衛(wèi)星是美國發(fā)展的民用極軌氣象衛(wèi)星，也可用于全球海洋、陸地和空間等環(huán)境監(jiān)測。NOAA衛(wèi)星是由NASA和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）合作研制，其他國際合作伙伴有法國、加拿大、英國和歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）。NASA負責衛(wèi)星設計、研制、總裝和發(fā)射，NOAA負責衛(wèi)星的運行、數(shù)據(jù)的接收、存檔和分發(fā)。NOAA衛(wèi)星自1970年12月發(fā)射第一顆以來，共經(jīng)歷了5代。目前使用較多的是第五代NOAA衛(wèi)星，1998 ～2009年發(fā)射的NOAA-15～19衛(wèi)星搭載的第三代先進甚高分辨率輻射計可用于海面溫度的觀測；先進微波探測儀可用于海冰的監(jiān)測。

“土”（Terra）衛(wèi)星是美國、日本和加拿大聯(lián)合發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星，屬于美國“地球觀測系統(tǒng)”（EOS）計劃，主要用來觀測地球氣候變化。Terra衛(wèi)星搭載的有效載荷中分辨率成像光譜儀可以獲取海面溫度和海洋水色信息。Terra衛(wèi)星1999年12月18日發(fā)射，現(xiàn)仍在軌運行。“水”（Aqua）衛(wèi)星是NASA發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星，屬于EOS計劃，原名為“上午星”（EOS/PM-1），后NASA改名為“水”衛(wèi)星。它的主要任務是對地球上的水循環(huán)進行全方位的觀測，可以獲取海洋溫度和海洋水色信息。Aqua衛(wèi)星2002年5月4日發(fā)射，現(xiàn)仍在軌運行?！氨保↖CESAT）衛(wèi)星是美國NASA、工業(yè)界和大學聯(lián)合研制的對地觀測衛(wèi)星，屬于EOS計劃，主要任務包括監(jiān)測極地冰蓋的質(zhì)量平衡及其對全球海平面變化的影響。ICESAT衛(wèi)星2003年1月13日發(fā)射，2010年8月退役。

（2）中國

經(jīng)過多年的建設，我國在海洋衛(wèi)星方面取得了顯著進展。自2002年5月到2011年8月陸續(xù)發(fā)射了HY-1A / B和HY-2A三顆衛(wèi)星，已經(jīng)初步建立海洋水色和海洋動力環(huán)境衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)。

我國第一顆海洋水色衛(wèi)星HY-1A，于2002年5月15日成功發(fā)射。它實現(xiàn)了我國海洋衛(wèi)星零的突破，完成了海洋水色功能及試驗驗證，使海洋水色信息提取與定量化應用水平得到了提高，促進了海洋遙感技術的發(fā)展，為我國的海洋衛(wèi)星發(fā)展奠定了技術基礎。2004年4月HY-1A衛(wèi)星停止工作，在軌運行685天期間，獲取了中國近海及全球重點海域的葉綠素濃度、海表溫度、懸浮泥沙含量、海冰覆蓋范圍、植被指數(shù)等動態(tài)要素信息以及珊瑚、島礁、淺灘、海岸地貌特征，研發(fā)制作了42種遙感產(chǎn)品。

我國第二顆海洋水色衛(wèi)星HY-1B，于2007年4月11日成功發(fā)射，該衛(wèi)星在HY-1A衛(wèi)星基礎上研制，其觀測能力和探測精度進一步增強和提高。在軌運行7年多，實現(xiàn)了衛(wèi)星由試驗型向業(yè)務服務型的過渡。

我國第一顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星HY-2A，于2011年8月16日發(fā)射，現(xiàn)仍在軌運行。HY-2A衛(wèi)星集主、被動微波遙感器于一體，具有高精度測軌、定軌能力與全天候、全天時、全球探測能力。衛(wèi)星主要載荷有：雷達高度計、微波散射計、掃描輻射計、校正輻射計。主要使命是監(jiān)測和調(diào)查海洋環(huán)境，獲得包括海面風場、浪高、海流、海面溫度等多種海洋動力環(huán)境參數(shù)，直接為災害性海況預警預報提供實測數(shù)據(jù)，為海洋防災減災、海洋權益維護、海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護、海洋科學研究以及國防建設等提供支撐服務[2][3]。

2016年8月10日，我國首顆分辨率達到1m的C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）成像衛(wèi)星（高分三號）成功發(fā)射。它顯著提升了我國對地遙感觀測能力，是高分專項工程實現(xiàn)時空協(xié)調(diào)、全天候、全天時對地觀測目標的重要基礎。2017年1月23日，高分三號（GF-3）衛(wèi)星交付用戶單位，正式投入使用。GF-3衛(wèi)星的成功運行，使我國民用天基高分辨率SAR數(shù)據(jù)全部依賴進口的現(xiàn)狀得到極大改善。GF-3衛(wèi)星已在多個行業(yè)開展了廣泛應用，可實現(xiàn)對海上船舶、海島和海岸帶的高精度監(jiān)測，海上溢油、綠潮、海冰等海洋災害的全天候觀測[4]。

1988年9月，我國發(fā)射了第一顆極軌氣象衛(wèi)星風云一號（FY-1A）衛(wèi)星，搭載的主要傳感器是多通道可見光和紅外掃描輻射計（MVISR）。1990年9月發(fā)射了FY-1B衛(wèi)星，配置了兩個海洋水色通道的高分辨率掃描輻射計（VHRSR）。雖然兩顆衛(wèi)星的壽命不長，但首次利用我國自己的衛(wèi)星獲得了我國海區(qū)較高質(zhì)量的葉綠素濃度和懸浮泥沙濃度的分布圖。2008年5月27日，我國新一代極軌氣象衛(wèi)星FY-3A發(fā)射，衛(wèi)星裝載11臺儀器，光譜通道達百個。FY-3A衛(wèi)星上的微波成像儀（MWRI）頻段范圍：10 ～ 89GHz，地面分辨率：15～ 85GHz，能夠獲取的海洋信息包括：海面溫度、海面風速以及海冰信息[1]。

（3）俄羅斯

蘇聯(lián)/俄羅斯-烏克蘭研制的海洋衛(wèi)星系列分為兩類：第一類遙感器以可見光、紅外探測器為主；第二類遙感器主要為側(cè)視雷達。

1979年2月12日第一顆海洋衛(wèi)星（宇宙-1076）發(fā)射，用于衛(wèi)星試驗和海洋氣象、大氣物理參數(shù)的測量。1983年9月28日發(fā)射了載有測試雷達的試驗衛(wèi)星宇宙-1500，觀測結果表明側(cè)視雷達作為海洋遙感的手段具有很大潛力。

1988年7月5日，第一顆實用型海洋衛(wèi)星（Okean-O1）發(fā)射成功。海洋系列衛(wèi)星共發(fā)展了4代，第一代為Okean-E系列，共發(fā)射2顆；第二代Okean-OE系列衛(wèi)星，共發(fā)射2顆；第三代為Okean-O1系列衛(wèi)星，共發(fā)射9顆；最后一代為Okean-O系列衛(wèi)星，發(fā)射1顆。Okean系列衛(wèi)星的用途是對海表溫度、風速、海洋水色、冰覆蓋等進行觀測。

2006年，俄羅斯的Vega公司提出了X、C、S、L頻段高軌SAR系統(tǒng)，分析了用低軌衛(wèi)星、飛機和同步衛(wèi)星SAR構成雙基SAR系統(tǒng)的性能指標，但未見后續(xù)的衛(wèi)星規(guī)劃。Geo-IK是俄羅斯的系列衛(wèi)星，其中Geo-IK-2衛(wèi)星用于進行海洋測繪的研究。衛(wèi)星高度1500km，主載荷是9.4Ghz的雷達高度計。采用激光、GLONASS和GPS聯(lián)合定軌的方式，海面高度的測量精度為3～5cm。該衛(wèi)星2016年6月4日發(fā)射，設計壽命為1-2年。

俄羅斯氣象衛(wèi)星系列Meteor-M包括11顆業(yè)務化的衛(wèi)星。Meteor-M系列中的Meteor-M N3衛(wèi)星用于海洋觀測，主載荷有海洋水色掃描儀（OCS）、X頻段SAR和微波散射計等，能夠提供海面風場、海冰類型等海洋環(huán)境信息。衛(wèi)星計劃2021年發(fā)射，設計壽命7年。

（4）歐洲航天局

歐洲遙感衛(wèi)星（ERS）是歐洲航天局（ESA）研制的對地觀測衛(wèi)星，用于環(huán)境監(jiān)測。1991年7月17日，ERS-1衛(wèi)星從法屬圭亞那航天中心發(fā)射，2000年3月10日，由于計算機和陀螺儀故障，ERS-1服役結束。1995年4月21日，ERS-2衛(wèi)星發(fā)射，2003年6月，ERS-2失去星上數(shù)據(jù)存儲能力，此后僅支持實時觀測數(shù)據(jù)傳輸。

環(huán)境衛(wèi)星Envisat是ESA發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星，用于綜合性環(huán)境觀測，是ERS的后繼衛(wèi)星，與氣象業(yè)務（MetOp）衛(wèi)星同屬于“極軌地球觀測任務”。2002年3月1日，Envisat-1衛(wèi)星發(fā)射，2012年5月9日，ESA宣布Envisat-1任務終止，在軌服務10年。MetOp衛(wèi)星是歐洲發(fā)展的首個極軌氣象衛(wèi)星，屬于“歐洲極軌業(yè)務型氣象衛(wèi)星系統(tǒng)”。MetOp系列衛(wèi)星共3顆，分別為MetOp-A、MetOp-B和 MetOp-C衛(wèi)星。MetOp-A衛(wèi)星2006年10月19日發(fā)射，MetOp系列衛(wèi)星將至少運行到2020年。MetOp-A衛(wèi)星上的先進甚高分辨率輻射計可用于獲取海面溫度和海冰信息；先進散射計可用于獲取全球的海面風場和海冰信息。

重力與穩(wěn)態(tài)洋流探測器（GOCE）是ESA獨立發(fā)展的地球動力學和大地測量衛(wèi)星，是全球首顆用于探測地核結構的衛(wèi)星。GOCE于2009年3月17日發(fā)射，能夠提供海洋重力場和海洋大地水準面的信息。

土壤濕度和海洋鹽度衛(wèi)星（SMOS）是ESA首顆用于監(jiān)測全球土壤濕度和海洋鹽度的衛(wèi)星。衛(wèi)星于2009年11月2日發(fā)射，目前仍在軌運行。Cryosat是“歐洲地球探測者計劃”中的衛(wèi)星，該衛(wèi)星采用雷達高度計測量陸地和海洋冰蓋厚度的變化，可對極地冰層和海洋浮冰進行精確監(jiān)測。Cryosat-1衛(wèi)星2005年10月8日發(fā)射失敗，Cryosat-2衛(wèi)星于2010年4月8日發(fā)射，目前在軌運行。

（5）法國

賈森（Jason）系列衛(wèi)星是法國國家空間研究中心（CNES）和美國NASA聯(lián)合研制的海洋地形觀測衛(wèi)星，是TOPEX/Poseidon衛(wèi)星的后繼星，屬于美國EOS的高度計任務。用于海洋表面地形和海平面變化的測量。CNES負責平臺、載荷和DORIS接收機的研制，NASA負責衛(wèi)星的發(fā)射。2001年12月7日， Jason-1衛(wèi)星發(fā)射。2008年6月20日，Jason-2發(fā)射。目前Jason-2衛(wèi)星在軌正常運行。

（6）日本

海洋觀測衛(wèi)星（MOS）是日本的第一個地球觀測衛(wèi)星系列，又稱桃花（Momo）衛(wèi)星。共發(fā)射了2顆。MOS-1衛(wèi)星于1987年2月18日發(fā)射，是一顆試驗型海洋觀測衛(wèi)星，用于測量海洋水色、海面溫度和大氣水汽含量。MOS-1B衛(wèi)星于1990年2月7日發(fā)射，是一顆應用型海洋衛(wèi)星，用于觀測海洋洋流、海面溫度、海洋水色等。

日本地球資源衛(wèi)星（JERS）是日本發(fā)展的首顆對陸地表面進行觀測的衛(wèi)星，星上裝載的合成孔徑雷達可以用于海岸以及溢油的監(jiān)測；高分辨率相機能夠獲取海洋資源信息。JERS-1衛(wèi)星1992年2月11日發(fā)射，1998年10月停止運行。

先進地球觀測衛(wèi)星（ADEOS）是日本的地球環(huán)境觀測衛(wèi)星，主要用于監(jiān)測全球環(huán)境變化，能夠獲取海洋水色和海面溫度信息。其中，搭載的先進微波掃描輻射計，可用于海面溫度、海面風速和海冰分布觀測；全景成像儀有36個譜段，幅寬1600km，用于監(jiān)測海洋碳循環(huán)；微波散射計用于觀測全球海面風場；水色和海溫掃描儀能夠?qū)Ｑ筮M行高精度觀測，測量海洋水色和海面溫度。

全球變化觀測任務（GCOM）是日本開發(fā)的對地觀測衛(wèi)星，由3顆GCOM-W衛(wèi)星和3顆GCOM-C衛(wèi)星組成，旨在構建一個可以全面、有效進行全球環(huán)境變化監(jiān)測的系統(tǒng)。衛(wèi)星上搭載的載荷主要有：高性能微波輻射計-2和新型圓錐掃描式微波輻射計，可用于海面風速、海面溫度和海冰信息的獲取。

（7）印度

海洋衛(wèi)星（Oceansat）是印度發(fā)展的專用海洋衛(wèi)星，包括Oceansat-1和Oceansat-2，用于海洋環(huán)境探測，包括測量海面風場、葉綠素濃度、浮游植物以及海洋中的懸浮和沉淀物。Oceansat-1是印度遙感衛(wèi)星系統(tǒng)（IRS）中首顆用于海洋觀測的衛(wèi)星，于1999年5月26日發(fā)射，2010年8月8日退役。Oceansat-2衛(wèi)星2009年9月23日發(fā)射，目前在軌運行。Oceansat-1衛(wèi)星和Oceansat-2衛(wèi)星的主要載荷有海洋水色監(jiān)測儀、多頻率掃描微波輻射計和掃描微波散射計。

（8）韓國

通信、海洋和氣象衛(wèi)星（COMS）是韓國發(fā)展的地球靜止軌道衛(wèi)星，用于朝鮮半島及周邊區(qū)域的海洋和氣象監(jiān)測。COMS-1衛(wèi)星2010年6月26日發(fā)射，目前正在運行。COMS-2衛(wèi)星正在研制。COMS-1衛(wèi)星采用歐洲星-E-3000平臺，采用三軸穩(wěn)定方式，天線指向精度優(yōu)于0.11°。COMS-1衛(wèi)星的主載荷是地球靜止海洋水色成像儀，空間分辨率500m×500m，譜段為0.4 ～0.9μm，用于提供海岸帶資源管理和漁業(yè)信息。

（9）其他國家

科學應用衛(wèi)星（SAC）是阿根廷國家空間計劃的核心項目，共包括4顆衛(wèi)星，其中SAC-A、SAC-C和SAC-D具備對地觀測能力。SAC-D衛(wèi)星中的主載荷是 “寶瓶座”微波輻射計和散射計，NASA負責研制，由L頻段推掃式微波輻射計和L頻段微波散射計組成，用于獲取全球海面鹽度信息，并用于研究海洋環(huán)流。另外，SAC-D衛(wèi)星搭載的Ka頻段微波輻射計可以用來測量海面風速以及海冰特征。SAC-D衛(wèi)星2011年6月10日發(fā)射，目前在軌運行。

雷達衛(wèi)星（RADARSAT）是加拿大航天局（CSA）研制的成像雷達衛(wèi)星，主要用于地球環(huán)境監(jiān)測和資源調(diào)查。RADARSAT衛(wèi)星系列目前已經(jīng)發(fā)射了RADARSAT-1和RADARSAT-2兩顆。RADARSAT-1 / 2衛(wèi)星的主載荷為合成孔徑雷達（SAR），可用于海洋溢油和海冰的監(jiān)測。RADARSAT-1衛(wèi)星1995年11月4日發(fā)射，1996年4月1日投入運行；RADARSAT-2衛(wèi)星2007年12月14日發(fā)射，2008年4月24日投入運行。

X頻段陸地合成孔徑雷達（TerraSAR-X）是德國民用和商用高分辨率雷達成像衛(wèi)星，可用于海冰和溢油監(jiān)測。TerraSAR-X衛(wèi)星2007年6月15日發(fā)射。

二、海洋衛(wèi)星發(fā)展趨勢

1. 提高觀測精度與時空分辨率

日益增長的海洋研究水平和海洋應用能力對海洋衛(wèi)星觀測精度與時空分辨率提出了更高的要求，這也是海洋衛(wèi)星的發(fā)展方向。在海洋環(huán)境要素的反演精度方面，目前葉綠素濃度達到35%；海面溫度由1k提高至0.3 ～ 0.5k；衛(wèi)星測高精度由米級提高至2 ～ 3cm；海面風場觀測精度優(yōu)于2 m / s，風向優(yōu)于20°等等。伴隨著海洋遙感技術的發(fā)展和數(shù)據(jù)處理技術的提高，海洋環(huán)境要素的觀測精度還會不斷提高。隨著電腦運算能力的提高，海洋環(huán)境預報模式的空間網(wǎng)格越來越細，未分辨的海洋環(huán)境過程具有更精細的尺度，這對海洋遙感的空間分辨率提出了更高的要求，需要提供亞中尺度或更精細尺度以及高時效的海洋過程的觀測信息。

2. 提升定量遙感水平

定量化應用是海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用的特點。由海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)生產(chǎn)的葉綠素、懸浮泥沙、海溫、海面高度、海面風場、海浪場等遙感產(chǎn)品，都屬于定量化反演應用的范疇?？煽客晟频亩思夹g和檢驗手段是確保高質(zhì)量海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的關鍵。早期的海洋水色遙感器、雷達衛(wèi)星數(shù)據(jù)都沒有經(jīng)過定標，雷達高度計衛(wèi)星也沒有精密定軌載荷，這些嚴重影響了海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)的應用。目前典型的星載海洋遙感器定標精度不斷提高，如海洋水色遙感器總幅亮度絕對定標精度已優(yōu)于5%，雷達衛(wèi)星絕對輻射精度提升至1.0dB，這保證了海洋衛(wèi)星定量化應用進一步的需求。

3. 發(fā)展新型海洋遙感載荷

積極發(fā)展新型海洋遙感載荷是海洋衛(wèi)星發(fā)展的重要推動力。世界各國都在積極發(fā)展海洋遙感載荷技術，使得海洋衛(wèi)星可觀測要素不斷增加，測量精度不斷提高，拓展了衛(wèi)星應用領域，有力推動了衛(wèi)星應用水平的不斷提高。從目前國際上列入研制計劃的新型海洋遙感載荷的技術指標來看，今后技術創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①星載雷達遙感器體積小型化，電子部件低功耗；②高頻段（尤其Ka頻段）高效、高功率發(fā)射機；微波遙感載荷向高頻、多頻、多極化等方向發(fā)展以及微波與光學遙感器的協(xié)同使用；③星上數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)下傳能力進一步提高；④針對不同空間尺度的海洋環(huán)境要素或海洋目標設計專用的工作模式；⑤多角度、多譜段、多通道成像光譜儀，進一步提高穩(wěn)定性、信噪比和大氣訂正能力；⑥在開發(fā)新型遙感載荷和技術不斷創(chuàng)新的同時，可采用穩(wěn)定可靠的多星組網(wǎng)方式來進一步提高海洋要素觀測的時空分辨率。

三、國外海洋衛(wèi)星遙感應用進展

1. 海洋動力環(huán)境遙感技術及業(yè)務化產(chǎn)品

美國和歐洲等在海面風場、海浪、海表層流、海面溫度、水汽含量等海洋動力環(huán)境數(shù)據(jù)方面發(fā)布了多種多源遙感融合數(shù)據(jù)產(chǎn)品。NASA基于多源散射計和輻射計數(shù)據(jù)生成了高時空分辨率全球海洋海面風場數(shù)據(jù)集CCMP等。ESA項目Globwave基于多源衛(wèi)星高度計和SAR數(shù)據(jù)提供了全球海洋海浪波高二級產(chǎn)品數(shù)據(jù)。法國CNES的業(yè)務高度計多任務系統(tǒng)（AVISO）基于多源高度計數(shù)據(jù)制作了全球海洋每天1°×1°的海浪波高數(shù)據(jù)產(chǎn)品和每天0.25°×0.25°的地轉(zhuǎn)流數(shù)據(jù)產(chǎn)品，同時還提供空間分辨率高達1 / 8°× 1 / 8°的付費數(shù)據(jù)產(chǎn)品。美國 的 RSS （Remote Sensing Systems）制 作 了 基 于 AVHRR、MODIS、AMSR-E、TMI、WindSat等遙感數(shù)據(jù)的多個版本SST數(shù)據(jù)產(chǎn)品和水汽含量數(shù)據(jù)產(chǎn)品等。

2. 海洋生態(tài)環(huán)境遙感產(chǎn)品

NASA的OceanColor已經(jīng)形成一套完善的海洋生態(tài)環(huán)境要素遙感產(chǎn)品生產(chǎn)和發(fā)布體系，包括遙感數(shù)據(jù)收集、產(chǎn)品制作、評估和發(fā)布，以及開放的全球檢驗數(shù)據(jù)和成熟的數(shù)據(jù)處理軟件；產(chǎn)品內(nèi)容涵蓋了水體光場分布和水體物質(zhì)組成等多種生態(tài)環(huán)境要素；其業(yè)務化遙感產(chǎn)品的空間分辨率為4km和9km，時間分辨率為單天、8天及月平均產(chǎn)品。目前融合多源遙感數(shù)據(jù)，生成具有最大空間和時間覆蓋的海洋生態(tài)環(huán)境要素遙感監(jiān)測產(chǎn)品已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。ESA和NASA已相繼開展全球海洋生態(tài)環(huán)境要素融合項目，包括 ESA 的 GlobColour、OC_CCI和NASA的MEaSUREs項目。截至目前，GlobColour項 目 基 于 MERIS、MODIS、SeaWiFS、VIIRS數(shù)據(jù)生成并發(fā)布了全球（4km）和歐洲區(qū)域（1km）的海洋生態(tài)環(huán)境要素融合產(chǎn)品，涉及海洋生態(tài)、大氣光學、海洋光學等共計48個參數(shù)。

3. 海洋地球物理遙感產(chǎn)品

國外基于 CHAMP、GRACE、GOCE重力衛(wèi)星和Geosat、GFO、T/P、Jason-1 / 2、ERS-1 / 2、Envisat RA-2、HY-2、CryoSat-2 等衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)，已開展了全球重力場和海底地形探測。美國Scripps海洋研究所利用CryoSat-2衛(wèi)星和 Jason-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)研制了精度達2mGal、空間分辨率為1′×1′的全球海洋重力異常模型，該模型中清晰可見海底斷裂帶和海底山脊等海底特征。目前已有船測海底地形資料僅為全球海洋的10%左右，衛(wèi)星測高反演已是彌補船測空白區(qū)的重要手段，隨著測高衛(wèi)星的時空分辨率的提高，結合公開的船載測深數(shù)據(jù)，目前已獲得分辨率為1′×1′、精度在100m的全球海底地形。

4. 漁業(yè)遙感應用及商業(yè)化服務

目前，美、日、法、加拿大、挪威等世界海洋漁業(yè)大國都建立了基于衛(wèi)星資料的漁海況預報服務系統(tǒng)。美國、法國采用半商業(yè)企業(yè)化模式，代表性的有美國的ROFFS公司和法國的CATSAT公司，可業(yè)務化提供漁場海表溫度等溫線圖、海流信息、100m、200m、300m次表層溫度信息、混合層深度信息以及海水葉綠素信息等。日本漁場信息服務工作主要由日本專門的水產(chǎn)機構即日本漁業(yè)情報服務中心來完成，主要負責搜集、分析、歸檔、分發(fā)資料，每天以一定頻率定時向本國漁民發(fā)布漁海況速報圖，速報圖因子包括海溫、流隔、流向、渦流、水色等十幾項漁場環(huán)境情報。此外，韓國、英國、印度等國家也都開展了漁業(yè)遙感研究工作。遙感技術已成為各國開展?jié)O場漁情服務的重要技術手段。

5. 海洋遙感定標與檢驗基礎設施及技術

世界上第一臺光學浮標布放在夏威夷拉奈島西20km處，從1996年 開 始 已 為 SeaWiFS、MODIS、MERIS、VIIRS等遙感器做過定標；第二臺光學浮標布放在地中海西北部，該浮標從2003年開始工作。從2006年開始，該自動氣溶膠觀測網(wǎng)很多沿岸站點更名為AERONET-OC，廣泛應用于SeaWiFs、MERIS、MODIS等水色產(chǎn)品的真實性檢驗。法國Bio-Argo小組通過在Argo浮標加裝光學探頭實現(xiàn)了海洋光學參數(shù)的三維測量，成為海洋光學遙感真實性檢驗的一種新的方式。1992年開始Harvest石油平臺定標場對T/P高度計進行了一系列定標和檢驗，針對后續(xù)高度計衛(wèi)星，除了已有的Harvest石油平臺專用定標場外，法國南部的科西嘉島（Corsica）、西班牙伊比薩島（Ibiza）、希臘加夫多斯島（Gavdos）等也被建成專用定標場。此外，各類浮標網(wǎng)、浮標陣以及浮標群為海洋溫度、鹽度、風場、波浪的遙感反演產(chǎn)品真實性檢驗提供了強大的數(shù)據(jù)支撐，而很多調(diào)查船裝載的紅外輻射計以及其他走航設備也提供了大量的真實性檢驗現(xiàn)場數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

四、我國海洋衛(wèi)星遙感應用進展

1. 海洋動力環(huán)境遙感監(jiān)測與應用

我國海洋動力環(huán)境遙感監(jiān)測與應用取得長足進步。HY-2A衛(wèi)星有效提高了全球海洋衛(wèi)星觀測在時間和空間上的采樣頻率，極大地拓展了我國在全球海域的實時探測能力，推動了我國海洋動力環(huán)境調(diào)查應用技術的迅猛發(fā)展。HY-2A衛(wèi)星3個微波遙感器有效載荷測量準實時獲取的中國海洋動力環(huán)境參數(shù)，以及延時獲得的全球海洋動力環(huán)境參數(shù)，已直接為災害性海況預報提供初始場和檢驗場數(shù)據(jù)，并應用于海洋防災減災、海洋權益維護、海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護、遠洋漁業(yè)生產(chǎn)、極區(qū)信息監(jiān)測、航行安全保障、海洋科學研究以及國防建設等多個領域，提高了我國對海洋經(jīng)濟生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、海洋事務管理的現(xiàn)代化水平。

2. 海洋生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測與應用

我國海洋生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測與應用初具規(guī)模。HY-1衛(wèi)星作為我國海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，在海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋災害監(jiān)測、海洋資源開發(fā)與管理、全球氣候變化、海洋科學研究及國際與地區(qū)合作等多個領域取得了可喜成果。其應用呈現(xiàn)定量化、高精度、業(yè)務化和全球化發(fā)展的趨勢。我國第一顆海洋水色衛(wèi)星HY-1A在軌運行期間，研發(fā)并制作了42種海洋相關產(chǎn)品。在HY-1A基礎上研制的HY-1B衛(wèi)星，觀測能力和探測精度方面進一步提高，實現(xiàn)了衛(wèi)星由試驗型向業(yè)務服務型的過渡。除海洋衛(wèi)星外，利用其他具備海洋觀測能力的對地觀測衛(wèi)星也在積極開展衛(wèi)星海洋應用工作。

3. 海洋地球物理遙感調(diào)查與應用

HY-2A衛(wèi)星雷達高度計測高數(shù)據(jù)可改善海洋大地水準面的求定精度，這將是HY-2A衛(wèi)星雷達高度計對大地測量學和地球物理學研究的一個重要貢獻。采用與HY-2A衛(wèi)星同類型的衛(wèi)星雷達高度計實際計算結果表明，衛(wèi)星測高已經(jīng)能夠提供海洋地區(qū)具有統(tǒng)一高程基準以及具有較高精度和分辨率的大地水準面起伏。HY-2A衛(wèi)星雷達高度計測高在大地測量學中的間接應用是推求海洋區(qū)域的重力異常。利用HY-2A衛(wèi)星雷達高度計測高數(shù)據(jù)可計算得出大地水準面高度，再根據(jù)Stokes或Hotine反解公式，可推算出海洋區(qū)域的重力異常。此外，衛(wèi)星測高信息含有大量的高頻成分，通過HY-2A衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)推算得到的重力異常還可作為求解和改進地球重力場模型中高階次項的一個重要數(shù)據(jù)源。

4. 衛(wèi)星遙感海洋漁業(yè)應用服務技術

我國衛(wèi)星遙感海洋漁業(yè)生產(chǎn)服務起步較晚，發(fā)展很快。我國在“六五”期間，開始漁場遙感分析的研究，經(jīng)過多年聯(lián)合攻關，在自主衛(wèi)星海洋遙感信息獲取、大洋漁業(yè)漁情預報、業(yè)務化漁海況信息系統(tǒng)及應用等方面取得了長足進步，已突破自主衛(wèi)星業(yè)務化全球海洋漁業(yè)生產(chǎn)綜合信息共享服務技術，實現(xiàn)陸地到現(xiàn)場作業(yè)漁船的雙向、準實時的數(shù)據(jù)通信。目前已建成了具有自主知識產(chǎn)權的一體化衛(wèi)星遙感監(jiān)測平臺、漁場信息預報平臺、信息發(fā)布平臺，并在北京、上海兩地實現(xiàn)了分布式運行，每周一次的漁情分析與預報，實現(xiàn)了準業(yè)務化運行。

5. 海洋遙感定標與檢驗技術及基礎設施

在國內(nèi)遙感定標與真實性檢驗方面，從2002年發(fā)射首顆海洋衛(wèi)星HY-1A后，我國就一直致力于海上定標場的謀劃工作。為配合HY-1A衛(wèi)星COCTS的定標與水色產(chǎn)品檢驗，對我國海區(qū)進行了海洋光學的斷面調(diào)查，基本確定南海北部為水色遙感器定標場備選區(qū)，黃海、東海為水色產(chǎn)品真實性檢驗備選區(qū)，其后的我國近海海洋光學調(diào)查進一步印證了這一結論。2011年海洋動力衛(wèi)星HY-2A發(fā)射后，國家衛(wèi)星海洋應用中心在南海的PY30-1平臺上集成了海洋微波、紅外以及光學觀測設備，建立了綜合觀測系統(tǒng)，完成了基本的海洋動力環(huán)境參數(shù)、海洋光學參數(shù)的遙感產(chǎn)品真實性檢驗。目前正在開展海上專用定標場的建設。

五、國內(nèi)外的主要差距

近些年來，我國在全球海洋遙感觀測領域取得了長足的發(fā)展，但與國外先進國家相比仍存在較大差距。主要表現(xiàn)在：1）我國海洋衛(wèi)星遙感定標和真實性檢驗與國外相比存在明顯差距。美歐在水色衛(wèi)星的定標和產(chǎn)品真實性檢驗、高度計衛(wèi)星定標及其風、浪等產(chǎn)品的真實性檢驗方面形成了完備的技術體系和業(yè)務能力，而我國存在基礎設施薄弱，缺少長期運行的定標觀測站，數(shù)據(jù)積累少，遙感機理與反演算法的研究投入不足等問題。2）我國在全球海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作、分發(fā)和服務等方面尚處于起步階段。國外已形成了完整的全球海洋遙感產(chǎn)品體系和完備的產(chǎn)品分發(fā)服務能力，并提供后續(xù)的數(shù)據(jù)應用技術支持。國內(nèi)通過HY-1A/B和HY-2A衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)建設，海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在各級政府管理部門、科研院所、軍事部門等大量單位使用，在海洋維權執(zhí)法、海洋防災減災、海洋環(huán)境保護、海洋開發(fā)管理、海洋調(diào)查和科學研究中發(fā)揮了重要作用。然而，目前我國海洋衛(wèi)星應用主要以數(shù)據(jù)服務為主，增值產(chǎn)品和服務較少，在全球海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作、分發(fā)和服務等方面尚處于起步階段。3）我國海洋遙感應用方向雖然較多，但業(yè)務化應用程度較低。尚未形成可業(yè)務化的全球海洋遙感產(chǎn)品和再分析產(chǎn)品體系，現(xiàn)有海洋遙感數(shù)據(jù)的共享、分發(fā)服務與美歐差距也較大，同時遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品支撐業(yè)務化應用能力還亟待發(fā)展和提升。

六、展 望

通過分析國內(nèi)外海洋衛(wèi)星應用發(fā)展歷程與趨勢可以看出，隨著衛(wèi)星平臺、載荷技術、地面數(shù)據(jù)處理和應用技術的不斷進步，海洋遙感衛(wèi)星觀測的精度與時空分辨率不斷提高，衛(wèi)星數(shù)據(jù)定量化應用不斷深入。不斷出現(xiàn)的新型海洋遙感載荷，將具備更快、更精確獲取更大范圍、更多種海洋觀測信息的能力。隨著海洋對全球氣候和環(huán)境的影響越來越受到重視，與世界各國經(jīng)濟、軍事的影響越來越密切，世界各國對海洋衛(wèi)星的投入不斷加大，可以預見海洋衛(wèi)星遙感未來將獲得更大的發(fā)展空間，取得更顯著的應用成果。隨著我國后續(xù)海洋衛(wèi)星的發(fā)展，完整的海洋遙感立體觀測體系將逐步形成，健全的衛(wèi)星應用體系將逐步建立，將顯著提高面向海洋綜合管理、公共服務、安全保障等領域的能力。海洋遙感衛(wèi)星必將在建設海洋強國的進程中發(fā)揮出重要作用。

[1]林明森，張有廣，袁欣哲.海洋遙感衛(wèi)星發(fā)展歷程與趨勢展望[J].海洋學報，2015，37 (1)：1-10.

[2]國家衛(wèi)星海洋應用中心. HY-2A在軌測試總結報告[R]. 2012.

[3] Xingwei Jiang, Mingsen Lin, Jianqiang Liu, Youguang Zhang, Xuetong Xie,Hailong Peng & Wu Zhou (2012): The HY-2 satellite and its preliminary assessment, lnternational Journal of Digital Earth, 5:3, 266-28.

[4]國家海洋局. 2017年中國海洋衛(wèi)星應用報告[R]. 2017.