HY-1C/D海洋水色衛(wèi)星產(chǎn)品體系及其典型應(yīng)用

劉建強(qiáng)，葉小敏，宋慶君，丁靜，鄒斌

1.國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心, 北京 100081;

2.自然資源部空間海洋遙感與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

1 引 言

中國(guó)自2002年發(fā)射第一顆海洋衛(wèi)星以來(lái)，已發(fā)射了12 顆海洋衛(wèi)星（含高分三號(hào)衛(wèi)星、1 m CSAR 衛(wèi)星和中法海洋衛(wèi)星），初步形成了海洋衛(wèi)星組網(wǎng)業(yè)務(wù)化觀測(cè)能力；在研的新一代海洋水色衛(wèi)星等其他海洋衛(wèi)星，也將于近幾年內(nèi)發(fā)射。多種類、多數(shù)量海洋衛(wèi)星組網(wǎng)后，具備了全天時(shí)、全球性觀測(cè)特點(diǎn)，可高頻次、周期性、長(zhǎng)期、近實(shí)時(shí)、快速獲得全球多尺度多要素海洋信息，不受地理位置和人為條件限制，并與現(xiàn)場(chǎng)海洋監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合，取得了單純用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段無(wú)法替代的重大成果，是認(rèn)識(shí)、研究、開(kāi)發(fā)、利用海洋不可替代的工具，已成為現(xiàn)代海洋觀測(cè)的主導(dǎo)手段之一（林明森 等，2019；蔣興偉 等，2019）。2002年5月15日成功發(fā)射的中國(guó)第一顆海洋衛(wèi)星HY-1A（海洋一號(hào)A 星），實(shí)現(xiàn)了中國(guó)海洋衛(wèi)星零的突破，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生重大影響，極大地推動(dòng)了中國(guó)海洋立體監(jiān)測(cè)體系和衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)體系的發(fā)展。星上搭載了2個(gè)有效載荷，分別是十波段海洋水色水溫掃描儀COCTS（Chinese Ocean Color and Temperature Scanner）和四波段海岸帶成像儀CZI（Coastal Zone Imager）。通過(guò)HY-1A 衛(wèi)星工程的研制，促進(jìn)了海洋遙感技術(shù)的發(fā)展，水色信息提取與定量化應(yīng)用水平得到了提高（何賢強(qiáng)和潘德?tīng)t，2010；何賢強(qiáng) 等，2005，2008；Pan 等，2004；He等，2008），為中國(guó)的海洋系列衛(wèi)星的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)（林明森 等，2019）。2007年4月11日成功發(fā)射的HY-1B 衛(wèi)星為HY-1A 的后續(xù)星，該衛(wèi)星針對(duì)HY-1A 衛(wèi)星設(shè)計(jì)中的不足，對(duì)衛(wèi)星技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，并將衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命提高到3 a，基本實(shí)現(xiàn)了HY-1 系列衛(wèi)星由試驗(yàn)型向業(yè)務(wù)型的轉(zhuǎn)變。HY-1B 衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)8 a，超過(guò)設(shè)計(jì)壽命5 a多，2016年2月停止運(yùn)行。

中國(guó)第一顆海洋業(yè)務(wù)衛(wèi)星——海洋一號(hào)C（HY-1C）衛(wèi)星于2018年9月7日在山西太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，降交點(diǎn)時(shí)間10：30 am±30 min；海洋一號(hào)D（HY-1D）衛(wèi)星于2020年6月11日成功發(fā)射，升交點(diǎn)地方時(shí)1：30 pm±30 min。HY-1C、HY-1D 配置了相同的5 個(gè)有效載荷，即海洋水色水溫掃描儀COCTS、海岸帶成像儀CZI、紫外成像儀UVI（Ultra-Violet Imager）、星上定標(biāo)光譜儀SCS（Satellite-based Calibration Spectrometer）和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS（Automatic Identification System）。單顆衛(wèi)星COCTS 可實(shí)現(xiàn)全球海洋、陸地每日覆蓋觀測(cè)，每天獲取全球海洋水色/陸地信息1 次，海表溫度白天、晚上各1 次；UVI 為雙波段、雙動(dòng)態(tài)范圍設(shè)計(jì)，是中國(guó)乃至世界上首次獲取針對(duì)海洋目標(biāo)觀測(cè)應(yīng)用的工作于紫外波段的遙感載荷；CZI主要實(shí)現(xiàn)中國(guó)及鄰近區(qū)域的海岸帶遙感觀測(cè)，單顆衛(wèi)星CZI 可每3 天完成一次中國(guó)近海區(qū)域的完整覆蓋觀測(cè)，CZI還可進(jìn)行側(cè)擺觀測(cè)，覆蓋能力最高可達(dá)3000 km，能夠更有效地服務(wù)于中國(guó)海洋/海岸帶突發(fā)事件應(yīng)急處置。

HY-1C 和HY-1D 具有完全相同的衛(wèi)星平臺(tái)和載荷設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)上下午衛(wèi)星星座組網(wǎng)觀測(cè)，填補(bǔ)了中國(guó)海洋水色衛(wèi)星無(wú)下午觀測(cè)數(shù)據(jù)的空白。針對(duì)海洋水色而言，如上午被太陽(yáng)耀斑影響的海域下午觀測(cè)能夠避免，上午被云覆蓋的觀測(cè)海域和未被觀測(cè)到的區(qū)域下午有機(jī)會(huì)得到彌補(bǔ)，通過(guò)雙星組網(wǎng)，覆蓋頻次增加一倍，可提供快速、高精度的業(yè)務(wù)化的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)服務(wù)（劉建強(qiáng) 等，2021a，2021b，2022a）。HY-1C/D 組網(wǎng)后全球海洋水色、海岸帶資源與生態(tài)環(huán)境的有效觀測(cè)能力大大提高，不僅用于全球大洋水色水溫環(huán)境業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)，也為地方省市自然資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急處置、南北極監(jiān)測(cè)以及氣象、農(nóng)業(yè)、水利等行業(yè)提供數(shù)據(jù)服務(wù)（Cui 等，2018；Cai 等，2020；Suo 等，2021，2022；梁超，2020；周屈 等，2020；王利民 等，2019；劉建強(qiáng) 等，2020，2021b；陸應(yīng)誠(chéng) 等，2019；蔣興偉 等，2019，2013；沈亞峰 等，2020；王鑫華 等，2021）。HY-1C/D 衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)開(kāi)啟了中國(guó)民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的海洋業(yè)務(wù)衛(wèi)星觀測(cè)（劉建強(qiáng) 等，2021b）。

本文詳細(xì)闡述了HY-1C/D 衛(wèi)星及其載荷性能、產(chǎn)品處理流程與分級(jí)，并給出了HY-1C/D 衛(wèi)星數(shù)據(jù)在滸苔綠潮、海冰、近海養(yǎng)殖、內(nèi)陸水體和臺(tái)風(fēng)遙感監(jiān)測(cè)方面的典型應(yīng)用場(chǎng)景。最后，對(duì)中國(guó)海洋水色衛(wèi)星未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

2 HY-1C/D衛(wèi)星及載荷

2.1 衛(wèi)星概況

中國(guó)海洋水色系列（HY-1）衛(wèi)星中的HY-1A和HY-1B 均為科研星，用于中國(guó)近海的近實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但由于星上存儲(chǔ)容量大小的限制，境外區(qū)域的觀測(cè)通過(guò)定制觀測(cè)計(jì)劃進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

相比HY-1A 和HY-1B，HY-1C 和HY-1D 則實(shí)現(xiàn)了全球水色水溫的每日觀測(cè)。HY-1C/D 衛(wèi)星概況如下：

（1）設(shè)計(jì)觀測(cè)要素。海水光學(xué)特性、葉綠素a濃度、懸浮泥沙含量、可溶有機(jī)物、海表溫度。兼顧要素包括：海冰冰情、綠潮、赤潮、海洋初級(jí)生產(chǎn)力、海岸帶要素、植被指數(shù)、海上大氣氣溶膠、大洋船舶信息。

（2）觀測(cè)范圍。衛(wèi)星實(shí)時(shí)觀測(cè)區(qū)包括：北京、三亞、牡丹江地面站接收覆蓋區(qū)，包括西北太平洋區(qū)域，即渤海、黃海、東海、南海和日本海、中國(guó)海岸帶區(qū)域以及部分鄰國(guó)區(qū)域等。

非實(shí)時(shí)觀測(cè)區(qū)包括：西北太平洋區(qū)域之外的全球其他觀測(cè)區(qū)域。

（3）覆蓋特性。海洋水色水溫掃描儀全球海洋水色觀測(cè)覆蓋周期單顆衛(wèi)星為1 d，雙星組網(wǎng)為0.5 d；海岸帶成像儀覆蓋周期單顆衛(wèi)星為3 d，雙星組網(wǎng)為1.5 d；紫外成像儀覆蓋周期單顆衛(wèi)星為1 d，雙星組網(wǎng)為0.5 d。

（4）軌道參數(shù)。HY-1C 和HY-1D 衛(wèi)星軌道類型均為太陽(yáng)同步回歸軌道；軌道高度標(biāo)稱值782 km。衛(wèi)星觀測(cè)地方時(shí)如下：HY-1C 星為降交點(diǎn)地方時(shí)10：30 am±30 min；D 星為升交點(diǎn)地方時(shí)1：30 am±30 min。HY-1C/D衛(wèi)星相關(guān)技術(shù)特性詳見(jiàn)表1。

表1 HY-1C/D衛(wèi)星參數(shù)Table 1 Specifications of HY-1C/D satellites

HY-1C 和HY-1D 均使用CAST2000 衛(wèi)星平臺(tái)，所有光學(xué)載荷有序排列，各鏡頭均指向天底方向。HY-1C 和HY-1D 衛(wèi)星各載荷安裝的模型效果圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 HY-1C和HY-1D衛(wèi)星載荷裝配模型效果圖Fig.1 Model picture of HY-1C and HY-1D satellites and their equipped playloods

2.2 有效載荷

HY-1C/D 衛(wèi)星除包括和HY-1A/B 相同的有效載荷COCTS和CZI外，還新增了UVI、SCS和AIS。

（1）COCTS。COCTS 主要用于探測(cè)海洋水色要素（葉綠素a濃度、懸浮泥沙濃度和可溶性有機(jī)物等）和海表溫度等（Ye 等，2021a，2021b，2022）。空間分辨率為星下點(diǎn)1.1 km，幅寬大于2900 km。通過(guò)連續(xù)獲取長(zhǎng)時(shí)序的中國(guó)近海及全球水色水溫資料，主要用于研究和掌握海洋初級(jí)生產(chǎn)力分布、海洋漁業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)資源狀況和環(huán)境質(zhì)量等，為海洋生物資源合理開(kāi)發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)；為全球變化研究、海洋在全球CO2循環(huán)中的作用及為El Ni?o 探測(cè)提供大洋水色水溫資料（林明森 等，2019；蔣興偉 等，2019；劉建強(qiáng) 等，2020，2022a）HY-1C/D 衛(wèi)星COCTS 波段設(shè)置與性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 HY-1C/D衛(wèi)星COCTS波段設(shè)置與性能指標(biāo)Table 2 Bands and Specifications of COCTS onboard the HY-1C/D Satellites

（2）CZI。CZI 主要用于獲取海陸交互作用區(qū)域的實(shí)時(shí)圖像資料進(jìn)行海岸帶監(jiān)測(cè)，了解重點(diǎn)河口港灣的懸浮泥沙分布規(guī)律，并對(duì)包括海冰、赤潮、綠潮、污染物等海洋環(huán)境災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警（劉建強(qiáng) 等，2020，2022b）?？臻g分辨率50 m，幅寬約1000 km，具有較高分辨率，大幅寬觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)（劉建強(qiáng) 等，2021b）。HY-1C/D 衛(wèi)星CZI波段設(shè)置和性能指標(biāo)信息詳見(jiàn)表3。

表3 HY-1C/D衛(wèi)星CZI波段設(shè)置與性能指標(biāo)Table 3 Bands and specifications of CZI onboard HY-1C/D satellites

（3）UVI。主要用于提高海洋水色水溫掃描儀近岸高渾濁水體大氣校正精度，并可應(yīng)用于海上溢油等領(lǐng)域（Suo 等，2021，2022），其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 HY-1C/D衛(wèi)星UVI波段設(shè)置及性能指標(biāo)Table 4 Bands and specifications of UVI onboard HY-1C/D satellites

（4）SCS。SCS 為海洋水色水溫掃描儀8 個(gè)可見(jiàn)近紅外波段和紫外成像儀2個(gè)紫外譜段提供星上同步校準(zhǔn)功能，監(jiān)測(cè)水色水溫掃描儀可見(jiàn)光/近紅外譜段和紫外成像儀在軌輻射穩(wěn)定性（Song 等，2019）?？梢?jiàn)光/近紅外譜段具備400—900 nm 范圍內(nèi)5 nm 帶寬連續(xù)光譜數(shù)據(jù)下傳的能力；具有在軌太陽(yáng)定標(biāo)的能力，覆蓋2 個(gè)紫外波段及水色水溫掃描儀8 個(gè)可見(jiàn)光/近紅外波段（Song 等，2019）。SCS 覆蓋的2 個(gè)紫外和8 個(gè)可見(jiàn)光/近紅外定標(biāo)波段及性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 HY-1C/D衛(wèi)星SCS定標(biāo)波段性能指標(biāo)Table 5 Specifications of calibration bands of SCS onboard HY-1C/D satellites

（5）AIS。HY-1C/D 衛(wèi)星搭載的AIS 主要用于獲取大洋船舶位置和屬性信息，為海上權(quán)益維護(hù)、海洋防災(zāi)減災(zāi)和大洋漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等提供數(shù)據(jù)服務(wù)（張可立 等，2019；陳一凡 等，2022）。主要功能包括：在軌全球偵收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)AIS 報(bào)文，并具備4 個(gè)頻點(diǎn)同時(shí)偵收的能力；可監(jiān)測(cè)幅寬：≥3000 km。

3 產(chǎn)品體系

HY-1C/D 衛(wèi)星各有效載荷的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品依據(jù)處理流程及用途進(jìn)行分級(jí)生產(chǎn)。COCTS和CZI的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品劃分為L(zhǎng)0、L1、L2 和L3 等不同等級(jí)，其中COCTS 產(chǎn)品與其他衛(wèi)星遙感產(chǎn)品融合，構(gòu)成其L4級(jí)產(chǎn)品；依據(jù)UVI和AIS產(chǎn)品的用途，其產(chǎn)品等級(jí)僅保留至L1級(jí)。

3.1 產(chǎn)品處理流程與分級(jí)

HY-1C/D 衛(wèi)星各載荷對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)地面站接收后，經(jīng)過(guò)處理形成二進(jìn)制格式的L0 級(jí)分幅數(shù)據(jù)。對(duì)L0 數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后形成經(jīng)地理定位和輻射定標(biāo)的L1 級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中L1 數(shù)據(jù)產(chǎn)品依據(jù)定標(biāo)情況與用途分為L(zhǎng)1A、L1B 和L1C 數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中L1A 為載荷觀測(cè)數(shù)據(jù)的灰度值（即DN值），L1B產(chǎn)品為經(jīng)過(guò)輻射定標(biāo)后的各波段輻亮度，L1C產(chǎn)品為L(zhǎng)1B數(shù)據(jù)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)地理投影的遙感影像產(chǎn)品。對(duì)L1B 產(chǎn)品進(jìn)行輻射定標(biāo)的定標(biāo)系數(shù)來(lái)自海洋衛(wèi)星定標(biāo)結(jié)果（在軌測(cè)試、星星交叉定標(biāo)和黃東海光學(xué)檢驗(yàn)平臺(tái)等）（Song等，2019）。

L2 級(jí)產(chǎn)品為L(zhǎng)1B 數(shù)據(jù)產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)大氣校正的產(chǎn)品及海洋要素反演產(chǎn)品。L2 級(jí)產(chǎn)品按照處理流程和產(chǎn)品要素探測(cè)反演成熟度分為L(zhǎng)2A、L2B 和L2C產(chǎn)品，其中L2A數(shù)據(jù)產(chǎn)品為大氣校正后的各波段遙感反射比（或歸一化離水輻亮度）；L2B 數(shù)據(jù)產(chǎn)品為海洋水色標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（CZI 的L2B 產(chǎn)品還包括歸一化植被指數(shù)，NDVI）；L2C 數(shù)據(jù)產(chǎn)品為海洋水色試驗(yàn)性的測(cè)試要素產(chǎn)品；L2D產(chǎn)品是為滿足應(yīng)急快交付應(yīng)用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中僅包含葉綠素a 濃度、海表溫度等常用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，但業(yè)務(wù)處理速度更快（實(shí)際處理速度≤20 min）。由于UVI只用于輔助COCTS 的近海高渾濁水體的大氣校正處理，因此UVI 沒(méi)有單獨(dú)的L2 級(jí)產(chǎn)品。為了控制產(chǎn)品文件大小，L1 和L2 產(chǎn)品均是進(jìn)行了分軌的產(chǎn)品，每個(gè)文件包含一定連續(xù)遙感觀測(cè)時(shí)間的數(shù)據(jù)，其中COCTS和UVI為5 min，CZI為1 min。

L2 級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)網(wǎng)格化后，形成規(guī)則網(wǎng)格化的L3級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中COCTS載荷L3產(chǎn)品包括9 km 和4 km 空間分辨率全球產(chǎn)品，L3A 為單天單星網(wǎng)格化產(chǎn)品，L3B 為L(zhǎng)3A 產(chǎn)品的多天統(tǒng)計(jì)平均產(chǎn)品，包括8 d 滾動(dòng)、月、季和年等多種時(shí)間尺度的統(tǒng)計(jì)平均；CZI 載荷L3 產(chǎn)品為區(qū)域多天統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品。

COCTS 的L3A 級(jí)產(chǎn)品要素經(jīng)過(guò)多星數(shù)據(jù)融合后，形成單天全球網(wǎng)格化的L4A 產(chǎn)品，對(duì)L4A 產(chǎn)品進(jìn)行多天統(tǒng)計(jì)平均形成L4B 產(chǎn)品，統(tǒng)計(jì)時(shí)間尺度和L3B 產(chǎn)品相同，即包括8 d 滾動(dòng)、月、季和年尺度。

HY-1C/D 衛(wèi)星COCTS（含UVI）和CZI 各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品及處理流程見(jiàn)圖2 和圖3；HY-1C/D 衛(wèi)星各載荷L0—L4各級(jí)產(chǎn)品信息說(shuō)明見(jiàn)表6。

表6 HY-1C/D衛(wèi)星產(chǎn)品信息表Table 6 Products information of HY-1C/D satellites

續(xù)表

圖2 HY-1C衛(wèi)星COCTS和UVI數(shù)據(jù)各級(jí)產(chǎn)品級(jí)處理流程圖Fig.2 Flow-process diagram of products from COCTS and UVI on the HY-1C/D satellites

圖3 HY-1C/D衛(wèi)星CZI數(shù)據(jù)各級(jí)產(chǎn)品級(jí)處理流程圖Fig.3 Flow-process diagram of products from CZI on the HY-1C/D satellites

HY-1C/D 衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品中，L0 級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品為二進(jìn)制文件，L1C 文件數(shù)據(jù)格式為GeoTIFF，其余各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品格式均為HDF5。各數(shù)據(jù)產(chǎn)品文件同時(shí)還包括各相應(yīng)影像或要素產(chǎn)品的快視圖、記錄觀測(cè)時(shí)間和地理范圍信息的元數(shù)據(jù)文件（txt 文本格式）。產(chǎn)品文件名命名方式包含衛(wèi)星名、載荷名、數(shù)據(jù)觀測(cè)開(kāi)始時(shí)間、終止時(shí)間、接收軌道號(hào)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理版本號(hào)和文件格式后綴標(biāo)識(shí)組成，其中L3和L4產(chǎn)品還包括要素名。

3.2 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)

HY-1C/D 衛(wèi)星的L1至L4級(jí)產(chǎn)品均通過(guò)“中國(guó)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)”（https：//osdds.nsoas.org.cn/［2022-02-15］）的“海洋水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)”接口向用戶免費(fèi)分發(fā)。衛(wèi)星遙感觀測(cè)產(chǎn)品自地面站接收后，L1 和L2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品生產(chǎn)和分發(fā)時(shí)效優(yōu)于2 h，實(shí)現(xiàn)了海洋與海岸帶環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)的近實(shí)時(shí)處理與分發(fā)，以滿足海洋應(yīng)用需求。

4 典型產(chǎn)品與應(yīng)用

自2018年9月HY-1C 衛(wèi)星發(fā)射至今，HY-1C和HY-1D 組網(wǎng)運(yùn)行對(duì)地觀測(cè)，HY-1C/D 衛(wèi)星各級(jí)產(chǎn)品可在海洋生態(tài)環(huán)境要素監(jiān)測(cè)、海洋生態(tài)災(zāi)害、海冰、臺(tái)風(fēng)、濱海濕地和內(nèi)陸湖庫(kù)水體監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用（劉建強(qiáng) 等，2020，2022a，2022b；鄒亞榮 等，2020）。本文分別以葉綠素a 濃度和海表溫度產(chǎn)品以及HY-1C/D 衛(wèi)星數(shù)據(jù)在滸苔綠潮、海冰、近海養(yǎng)殖、內(nèi)陸湖泊水體藻華和臺(tái)風(fēng)遙感監(jiān)測(cè)等方面的典型應(yīng)用為例，展示HY-1C/D 衛(wèi)星典型數(shù)據(jù)產(chǎn)品及其遙感監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)和效能。

4.1 葉綠素a濃度

海洋水色要素監(jiān)測(cè)是HY-1C 和HY-1D 衛(wèi)星的主要監(jiān)測(cè)任務(wù)之一。葉綠素a 濃度是COCTS 的主要產(chǎn)品，沿軌產(chǎn)品記錄并存儲(chǔ)于L2B 數(shù)據(jù)產(chǎn)品中。HY-1C 衛(wèi)星的葉綠素a 濃度探測(cè)平均相對(duì)誤差優(yōu)于40%（Ye 等，2021b）；全球網(wǎng)格化葉綠素a 濃度存儲(chǔ)于L3 和L4 數(shù)據(jù)產(chǎn)品。CZI 也可用于葉綠素a 濃度觀測(cè)，然而僅作為科學(xué)測(cè)試產(chǎn)品存儲(chǔ)于其L2C 產(chǎn)品中。圖4 展示的是HY-1D 衛(wèi)星COCTS 觀測(cè)的2020年8月1日9 km 網(wǎng)格化全球葉綠素a 濃度分布圖示例（L3A 產(chǎn)品）。由圖4 可見(jiàn)，HY-1D 衛(wèi)星已實(shí)現(xiàn)了葉綠素a 濃度探測(cè)的全球海洋覆蓋。

4.2 海表溫度

利用COCTS 的兩個(gè)熱紅外通道數(shù)據(jù)，可反演獲得海表溫度，其中HY-1C 或HY-1D 單星均可實(shí)現(xiàn)無(wú)云條件下的1 天2 次（白天和夜間各1 次）的全球探測(cè)（Ye 等，2021a，2021b）。COCTS 的SST記錄和存儲(chǔ)方式與葉綠素a濃度相同，分別存儲(chǔ)于L2B、L3 和L4 級(jí)產(chǎn)品中。HY-1C 和HY-1D 衛(wèi)星COCTS 探測(cè)的海表溫度與VIIRS 和MODIS 同類產(chǎn)品均有較高的一致性，相對(duì)于海洋實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均方根誤差均不大于0.8 ℃（Ye 等，2021a 和2022）。圖5 為HY-1C 衛(wèi)星COCTS 觀測(cè)的9 km 網(wǎng)格化全球L3A 產(chǎn)品白天海表溫度分布圖示例（L3A 產(chǎn)品），展示了HY-1C 衛(wèi)星具有海表溫度的全球海洋單天覆蓋觀測(cè)能力。

圖5 HY-1C衛(wèi)星COCTS網(wǎng)格化全球L3A產(chǎn)品白天分布圖（2020年8月1日）Fig.5 Map of daytime Sea Surface Temperature acquired on August 1，2020 from gridded global L3A products of COCTS on the HY-1C satellite

4.3 近海綠潮監(jiān)測(cè)

自2008年對(duì)青島海域爆發(fā)的滸苔綠潮進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)以來(lái)，衛(wèi)星遙感在滸苔信息獲取和防控方面發(fā)揮了重要的支撐作用（蔣興偉 等，2009）。2018年9月后，隨著中國(guó)HY-1C 衛(wèi)星的發(fā)射，CZI以其50 m 的相對(duì)高空間分辨率和3 天2 次的高覆蓋率逐步取代國(guó)外遙感數(shù)據(jù)源，成為了滸苔遙感業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)的主要數(shù)據(jù)源，在滸苔綠潮防控工作中，發(fā)揮了不可替代的作用（Suo 等，2022；劉錦超等，2022）。圖6為2019年6月11日HY-1C衛(wèi)星觀測(cè)的CZI遙感影像局部圖。

圖6 HY-1C衛(wèi)星CZI滸苔遙感影像（2019年6月11日）Fig.6 Image covering enteromorpha prolifera acquired by CZI onboard the HY-1C satellite on June 11，2019

CZI遙感數(shù)據(jù)的真彩色（第3、第2和第1波段合成）影像上滸苔顯現(xiàn)為綠色條帶狀分布，根據(jù)其光譜和形態(tài)特征可提取滸苔分布位置和覆蓋面積等本信息。在滸苔綠潮遙感監(jiān)測(cè)中，主要利用CZI 的L1C 遙感影像數(shù)據(jù)（圖6）和L1B 數(shù)據(jù)產(chǎn)品的輻亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到植被指數(shù)等監(jiān)測(cè)信息（蔣興偉 等，2009）。

4.4 海冰遙感

每年冬季中國(guó)黃海北部和渤海均會(huì)出現(xiàn)海冰，對(duì)船舶航行和海上養(yǎng)殖造成影響。衛(wèi)星遙感可對(duì)海冰覆蓋范圍等進(jìn)行大面積監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)評(píng)估海冰的嚴(yán)重程度并作為重要觀測(cè)資料應(yīng)用于海冰災(zāi)害預(yù)報(bào)（孫從容 等，2022；臧金霞 等，2022）。

HY-1C 和HY-1D 衛(wèi)星COCTS 和CZI 均可對(duì)近海海冰進(jìn)行觀測(cè)。相比較而言，COCTS 由于幅寬較寬，可每天對(duì)相同海域進(jìn)行觀測(cè)，但空間分辨率較低（星下點(diǎn)1.1 km）；CZI 對(duì)近海進(jìn)行海冰觀測(cè)，空間分辨率較高（50 m），提取的海冰信息更加精準(zhǔn)；目前HY-1C和HY-1D衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)2次/3 d的覆蓋觀測(cè)。圖7 為2021年1月17日HY-1D 衛(wèi)星CZI 對(duì)遼東灣海冰的遙感監(jiān)測(cè)圖（L1C 產(chǎn)品），圖中海冰顯現(xiàn)明亮的圖像特征，與陸地、水體像元具有顯著的差異且海冰分布細(xì)節(jié)清晰。在渤、黃海冬季海冰業(yè)務(wù)化遙感監(jiān)測(cè)中，相比于利用MODIS 等國(guó)外衛(wèi)星作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源，HY-1C/D 衛(wèi)星CZI 具有更高的空間分辨率（MODIS：250 m，CZI：50 m）且遙感監(jiān)測(cè)時(shí)效具有充分保障（小于2 h）。

圖7 HY-1D衛(wèi)星CZI遼東灣海冰監(jiān)測(cè)遙感影像圖（2021年1月17日）Fig.7 Image covering sea ice in Liaodong Bay acquired by CZI onboard the HY-1D satellite on January 17，2021

HY-1C/D 衛(wèi)星數(shù)據(jù)除近海海冰監(jiān)測(cè)的用途外，還可對(duì)極地冰川變化、冰架斷裂過(guò)程與移動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)序動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（劉建強(qiáng) 等，2021c）。

圖8 為利用HY-1C 和HY-1D 衛(wèi)星CZI 影像數(shù)據(jù)得到的2019年9月至2022年2月期間南極冰山的漂移足跡監(jiān)測(cè)結(jié)果（漂移軌跡如圖8 中紅線所示）。2019年9月25日HY-1C 衛(wèi)星COCTS 遙感圖像顯示，南極埃默里冰架（Amery ice shelf）上有冰山脫落（美國(guó)冰雪中心編號(hào)為D28），2020年4月開(kāi)始，該冰山漂離普利茲灣與海岸幾乎平行向西漂移。2019年9月25形成冰山至2022年2月6日共865 d 時(shí)間里由東向西移動(dòng)移動(dòng)距離約4800 km，平均移動(dòng)速度0.064 m/s。在2021年1月15日至2022年2月6日387 d時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)距離約3500 km，平均每天移動(dòng)9.04 km，平均移動(dòng)速度為0.105 m/s。圖8 中還展示了HY-1C/D 衛(wèi)星2019年10月8日、2021年1月15日、2022年1月4日和2022年1月30日4個(gè)時(shí)相的CZI冰山監(jiān)測(cè)影像。以上示例表明CZI數(shù)據(jù)不僅可用于極冰的直接監(jiān)測(cè)，也能間接進(jìn)行極地海區(qū)洋流的監(jiān)測(cè)與研究。

圖8 HY-1C/D衛(wèi)星CZI監(jiān)測(cè)的南極冰山及其漂流軌跡圖中紅線時(shí)間：2019年9月25日—2022年2月6日Fig.8 The image and its drift path（red line in the figure）of an Antarctic iceberg monitored by CZI onboard the HY-1C/D satellites in a period from September 25，2019 to February 6，2022

4.5 近海養(yǎng)殖設(shè)施監(jiān)測(cè)

近海養(yǎng)殖是中國(guó)用海面積最大的用海類型。利用HY-1C/D 衛(wèi)星CZI 遙感影像可較清晰地識(shí)別近海養(yǎng)殖海域的養(yǎng)殖筏架，獲得近海的海水養(yǎng)殖情況及其動(dòng)態(tài)變化（王鑫華 等，2021）。CZI 為準(zhǔn)確掌握海域資源使用、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展均具有重要支撐和服務(wù)作用。圖9為2021年2月9日HY-1D衛(wèi)星CZI對(duì)連云港附近養(yǎng)殖海域遙感圖像。圖中養(yǎng)殖設(shè)施像元相較于水體像元，其顯示為色調(diào)相對(duì)較暗且排列規(guī)則的圖像特征（見(jiàn)圖9中紅線包絡(luò)線內(nèi)圖像區(qū)域）。

圖9 HY-1D衛(wèi)星CZI連云港附近養(yǎng)殖用海遙感圖像（2021年2月9日）Fig.9 Image of covering aquaculture sea near Lianyungang City acquired by CZI onboard the HY-1D satellite on February 9，2021

4.6 內(nèi)陸湖庫(kù)水體觀測(cè)

HY-1C/D 衛(wèi)星也是內(nèi)陸湖泊、大型水庫(kù)和河流水體的重要遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源。CZI 在湖泊洪水淹沒(méi)面積、湖泊水質(zhì)與富營(yíng)養(yǎng)化、大型河流堰塞湖、湖泊與水庫(kù)冰雪監(jiān)測(cè)等方面均可得到重要應(yīng)用（劉建強(qiáng) 等，2020，2022b）。圖10 為HY-1C 衛(wèi)星CZI對(duì)2020年5月3日的太湖藍(lán)藻遙感影像圖（CZI第3、第2、第1 波段合成）。由圖10 可見(jiàn)CZI 圖像能很好的顯示其藍(lán)藻水華覆蓋情況，藻華呈顯的準(zhǔn)真彩色圖像特征為對(duì)比強(qiáng)烈的綠色調(diào)。分析其藍(lán)藻水華像元和非藍(lán)藻水華水體像元的輻亮度，可發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻水華像元除第2（綠光波段）和第3 波段（紅光波段）偏高外，第4 波段（近紅外波段）也明顯增高（圖11）。

圖10 2020年5月3日HY-1C衛(wèi)星CZI太湖藍(lán)藻水華遙感圖像Fig.10 Image of covering cyanobacterial bloom in Taihu Lake acquired by CZI onboard the HY-1C satellite on May 3，2020

圖11 CZI觀測(cè)的太湖藍(lán)藻水華和正常水體的輻亮度分布Fig.11 Radiances of cyanobacterial bloom and normal water in Taihu Lake at wave bands of CZI

4.7 臺(tái)風(fēng)云系監(jiān)測(cè)

HY-1C/D 衛(wèi)星通過(guò)雙星組網(wǎng)觀測(cè)，COCTS 和UVI 均可在1 天內(nèi)2 次（白天）獲取同一個(gè)地區(qū)的可見(jiàn)光/近紅外和紫外波段的遙感圖像，COCTS 可得到1 天4 次（白天和夜間各2 次）熱紅外波段亮溫觀測(cè)數(shù)據(jù)（Ye 等，2021a，2022）。紫外波段和熱紅外圖像數(shù)據(jù)均可清晰獲得熱帶氣旋位置及其云圖平面分布的結(jié)構(gòu)信息（見(jiàn)圖12 示例）。圖12為HY-1D 衛(wèi)星UVI對(duì)2020年9月5日12：30（北京時(shí)間）臺(tái)風(fēng)“海神”觀測(cè)的紫外云圖。根據(jù)多時(shí)相的時(shí)序圖像信息可得到熱帶氣旋的影響范圍和移動(dòng)路徑，結(jié)合中國(guó)海洋動(dòng)力環(huán)境系列衛(wèi)星（即海洋二號(hào)系列衛(wèi)星，HY-2）的海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，可為海洋災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)提供及時(shí)準(zhǔn)確的遙感觀測(cè)信息（劉建強(qiáng) 等，2020）。

圖12 HY-1D衛(wèi)星UVI臺(tái)風(fēng)云圖（北京時(shí)間2020年9月5日12：30）Fig.12 Cloud image of tropical cyclone acquired by UVI onboard the HY-1D satellite at 12：30（BJT）on September 5，2020

5 未來(lái)發(fā)展規(guī)劃

為更好地滿足海洋生態(tài)與資源環(huán)境觀測(cè)需求，中國(guó)在未來(lái)幾年將進(jìn)一步發(fā)射新一代海洋水色衛(wèi)星，該衛(wèi)星將搭載改進(jìn)的海洋水色水溫掃描儀、中分辨率可編程成像光譜儀和海岸帶成像儀，以及船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。與HY-1C/D 衛(wèi)星相比，新一代海洋水色衛(wèi)星的有效載荷在譜段優(yōu)化配置與性能指標(biāo)上均有改進(jìn)，將極大提升海洋水色衛(wèi)星的應(yīng)用效能（蔣興偉 等，2019）。新一代衛(wèi)星海洋水色水溫掃描儀仍將用于全球海洋水色和海表溫度環(huán)境監(jiān)測(cè)，其空間分辨率提升至星下點(diǎn)500 m，掃描幅寬達(dá)3000 km，可實(shí)現(xiàn)每天全球覆蓋觀測(cè)。中分辨率可編程成像光譜儀主要用于中國(guó)近海和近岸水體環(huán)境監(jiān)測(cè)，空間分辨率設(shè)計(jì)為100 m，掃描幅寬950 km，單星可實(shí)現(xiàn)3 天1 次對(duì)中國(guó)近海、內(nèi)陸湖泊以及大型河流的覆蓋探測(cè)。中分辨率可編程成像光譜儀既可進(jìn)行多光譜探測(cè)，也可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光/近紅外波段范圍的高光譜探測(cè)，同時(shí)具有4 個(gè)短波紅外探測(cè)通道。海岸帶成像儀主要用于中國(guó)近岸海域、圍填海、海島、港口以及應(yīng)急事件的監(jiān)測(cè)調(diào)查，空間分辨率為20 m（多光譜波段）和5 m（全色波段），具備側(cè)擺功能，可實(shí)現(xiàn)每月1 次對(duì)海岸帶、江河湖海的詳查。船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，每天2次獲取全球大洋船舶位置信息，與海岸帶成像儀同時(shí)使用，獲取更加精準(zhǔn)的船舶信息。

同時(shí)，為了滿足中國(guó)海岸帶及近海區(qū)域的高時(shí)高空間分辨率監(jiān)測(cè)需求，中國(guó)還將規(guī)劃靜止軌道海洋與海岸帶環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)更高時(shí)空分辨率的中國(guó)及其鄰近海域海洋水色和海岸帶生態(tài)與資源環(huán)境觀測(cè)。

6 結(jié) 語(yǔ)

HY-1C 和HY-1D 是中國(guó)首次形成的業(yè)務(wù)化海洋觀測(cè)衛(wèi)星網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了全球海洋水色要素的上、下午快速監(jiān)測(cè)覆蓋，以及每天4 次的全球海表溫度信息獲取，空間分辨率達(dá)星下點(diǎn)1.1 km。同時(shí)，HY-1C/D 能夠?qū)崿F(xiàn)中國(guó)近海及海岸帶區(qū)域和全球其他重點(diǎn)區(qū)域3 天2 次較高頻次的覆蓋觀測(cè)，獲取50 m空間分辨率的CZI影像數(shù)據(jù)。

依據(jù)海洋水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理流程、產(chǎn)品要素探測(cè)技術(shù)成熟度和應(yīng)用，構(gòu)建形成了L0-L4共5級(jí)的HY-1C/D 衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，其中L1-L4級(jí)產(chǎn)品均可于“中國(guó)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)”免費(fèi)獲取。隨著新型海洋衛(wèi)星的發(fā)射、HY-1C/D衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用需求的拓展以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)重處理和質(zhì)量提升的需要，HY-1C/D 衛(wèi)星產(chǎn)品體系也將進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整優(yōu)化。

HY-1C/D 遙感產(chǎn)品在海洋生態(tài)環(huán)境、極地環(huán)境和自然資源監(jiān)測(cè)、海洋防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急管理領(lǐng)域均可進(jìn)行有效應(yīng)用。其中CZI遙感影像可應(yīng)用于近海綠潮、海冰和近海養(yǎng)殖設(shè)施的分布位置和面積等信息提取；利用長(zhǎng)時(shí)序CZI遙感影像，已監(jiān)測(cè)得到了南極冰架脫落及其漂移過(guò)程。除近海和海岸帶環(huán)境的監(jiān)測(cè)應(yīng)用外，HY-1C/D 遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品在內(nèi)陸水體藻華覆蓋情況監(jiān)測(cè)、臺(tái)風(fēng)云圖及其移動(dòng)路徑等方面也得到了應(yīng)用。HY-1C/衛(wèi)星的典型產(chǎn)品和應(yīng)用示例表明其具有較高的應(yīng)用價(jià)值。