“衛(wèi)星遙感技術(shù)可以通過(guò)另一種視角“看到大?！?。

作者：NOAA|

(相關(guān)資料圖)

編譯：唐詩(shī) |

出新推出“產(chǎn)業(yè)洞察”欄目，聚焦各細(xì)分領(lǐng)域，解析各行業(yè)發(fā)展前沿等問(wèn)題。本周推出衛(wèi)星遙感系列，本篇重點(diǎn)介紹衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)在海洋開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，歡迎大家關(guān)注、閱讀分享。

當(dāng)今世界各國(guó)都有一個(gè)共識(shí)“21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)”。因?yàn)楹Ｑ蟛粌H可為人類(lèi)提供生存空間、食品、礦物。運(yùn)輸及水資源等，而且將在新能源開(kāi)發(fā)上扮演重要角色。

海洋能是一種蘊(yùn)藏量極大的可再生能源，通常包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽能等 5 種類(lèi)型，作為未來(lái)地球新能源的源泉，海洋資源自然成為世界各國(guó)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。

海洋開(kāi)放和利用對(duì)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)作用將會(huì)日趨明顯，所以發(fā)展海洋技術(shù)顯得尤為重要。其中，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)海洋水文信息的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、海洋生態(tài)的保護(hù)及海洋權(quán)益的維護(hù)方面至關(guān)重要。本文就衛(wèi)星遙感技術(shù)在海洋開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用簡(jiǎn)作概述。

01

國(guó)內(nèi)外海洋遙感衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)海洋衛(wèi)星的應(yīng)用研究起步較早，世界上第一顆專(zhuān)用海洋衛(wèi)星由美國(guó)于1978年發(fā)射，該衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)對(duì)海岸帶水色的觀測(cè)。

1997年，美國(guó)NASA發(fā)射了世界上第一顆專(zhuān)用海洋水色衛(wèi)星SeaStar，其于2002年發(fā)射的“水”衛(wèi)星可進(jìn)行海面風(fēng)速測(cè)量，于2003年發(fā)射的“克羅里斯”號(hào)衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)海面風(fēng)場(chǎng)測(cè)量。

歐洲對(duì)海洋遙感衛(wèi)星的研究主要集中在綜合觀測(cè)型衛(wèi)星方面，在1991—2001年間先后發(fā)射多顆“歐洲遙感衛(wèi)星”系列，于2010年發(fā)射的冷衛(wèi)星-2可對(duì)海洋浮冰和極地冰層進(jìn)行精確觀測(cè)。

俄羅斯在1965—1969年間先后發(fā)射了5顆試驗(yàn)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星，從1967年開(kāi)始發(fā)射實(shí)用型海洋監(jiān)視衛(wèi)星，至1989年共進(jìn)行了32次發(fā)射。

日本最早在1987年發(fā)射了海洋觀測(cè)衛(wèi)星“櫻花”，并于1990年發(fā)射了其后續(xù)衛(wèi)星。2012年，日本發(fā)射了全球變化觀測(cè)衛(wèi)星“水珠”，該衛(wèi)星搭載先進(jìn)微波輻射計(jì)，空間分辨率為15km，幅寬為1450km。

印度于1999年發(fā)射的海洋遙感衛(wèi)星主要用于海表葉綠素和浮游植物監(jiān)測(cè)，于2009年發(fā)射的海洋遙感衛(wèi)星又增加了掃描散射計(jì)，不僅可以探測(cè)海水中懸浮物，還可以對(duì)大氣氣溶膠進(jìn)行研究。

國(guó)內(nèi)海洋遙感衛(wèi)星研究起步較晚，我國(guó)第一顆海洋水色衛(wèi)星即海洋一號(hào)(HY-1A)于2002年5月發(fā)射，該衛(wèi)星的發(fā)射大幅提高了我國(guó)海洋水色信息的提取水平。2011年8月，我國(guó)成功發(fā)射了第一顆海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星HY-2A，實(shí)現(xiàn)了對(duì)浪高、海流、海面風(fēng)場(chǎng)和海表溫度等多種海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)的觀測(cè)。2016年8月，GF-3衛(wèi)星成功發(fā)射，這是我國(guó)首顆分辨率達(dá)到1m的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)成像衛(wèi)星，可全天候、全天時(shí)監(jiān)視監(jiān)測(cè)全球海洋和陸地資源，有力支撐海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋目標(biāo)監(jiān)視、海域使用管理、海洋權(quán)益維護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展，我國(guó)逐漸形成了以海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星為代表的海洋遙感衛(wèi)星系列，為我國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)、海洋資源開(kāi)發(fā)、海域使用管理、海洋權(quán)益維護(hù)和極地大洋管理提供了技術(shù)支撐。

02

衛(wèi)星如何用于觀測(cè)海洋？

衛(wèi)星是觀測(cè)地球和覆蓋地球70%以上地球的藍(lán)色海洋的絕佳工具。通過(guò)從地球上空的軌道遙感，衛(wèi)星為我們提供了比僅從表面獲得的信息更多的信息。

利用衛(wèi)星，研究人員仔細(xì)研究海洋。衛(wèi)星收集的信息可以告訴我們有關(guān)海洋測(cè)深、海面溫度、海洋顏色、珊瑚礁以及海冰和湖冰的信息。科學(xué)家還使用衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)將來(lái)自地面發(fā)射器的信號(hào)傳遞給現(xiàn)場(chǎng)研究人員——用于測(cè)量潮汐高度和鯨魚(yú)遷徙等應(yīng)用。衛(wèi)星上的發(fā)射器還傳遞來(lái)自緊急信標(biāo)的位置信息，以幫助在人們?cè)诖?、飛機(jī)或偏遠(yuǎn)地區(qū)遇險(xiǎn)時(shí)挽救生命。以下是衛(wèi)星幫助我們更多地了解海洋的眾多方式中的幾種：

海面溫度

地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的海面溫度模擬

了解海面的溫度可以告訴科學(xué)家很多關(guān)于海洋內(nèi)部和周?chē)l(fā)生的事情。溫度變化會(huì)影響魚(yú)類(lèi)的行為，導(dǎo)致珊瑚漂白，并影響沿海天氣。

海面溫度的衛(wèi)星圖像也顯示了水循環(huán)的模式。例子包括上升流的位置，其特點(diǎn)是從深處升起的冷水，通?？拷０?；和溫水流，如墨西哥灣流。

收集海面溫度最常用的儀器是衛(wèi)星上的可見(jiàn)紅外成像輻射計(jì)套件（VIIRS）儀器。該傳感器每天捕獲新數(shù)據(jù)，使科學(xué)家能夠拼湊出一系列地圖，顯示全球不同地區(qū)的海面溫度隨時(shí)間的變化。

海面顏色

衛(wèi)星還提供有關(guān)海洋顏色的信息。例如，顏色數(shù)據(jù)可幫助研究人員確定沿海洪水的影響，檢測(cè)河流羽流，并定位可能污染貝類(lèi)并殺死其他魚(yú)類(lèi)和海洋哺乳動(dòng)物的有害藻類(lèi)的大量繁殖。

來(lái)自衛(wèi)星的海洋顏色數(shù)據(jù)不僅可以確定藻華形成的位置，還可以預(yù)測(cè)未來(lái)可能漂移的位置。處理廠還使用NOAA創(chuàng)建的藻華預(yù)測(cè)來(lái)決定何時(shí)更改其水處理配方以處理藻類(lèi)。

海平面變化

自1993年以來(lái)海平面總變化的地圖

氣候變化最重要的潛在影響之一是海平面上升，這可能導(dǎo)致沿海地區(qū)和島嶼被淹沒(méi)、海岸線侵蝕以及濕地和紅樹(shù)林等重要生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

衛(wèi)星高度計(jì)雷達(dá)測(cè)量可以與精確已知的航天器軌道相結(jié)合，以前所未有的精度在全球范圍內(nèi)測(cè)量海平面。測(cè)量全球平均海平面的長(zhǎng)期變化為測(cè)試氣候模型對(duì)全球變暖的預(yù)測(cè)提供了一種方法。

映射

海洋表面向外和向內(nèi)凸起，模仿海底的地形

這些凸起太小而難以察覺(jué)，可以通過(guò)衛(wèi)星上的雷達(dá)高度計(jì)進(jìn)行測(cè)量

衛(wèi)星圖像也可用于繪制水中的特征，例如珊瑚礁。海底地質(zhì)比大陸的地質(zhì)簡(jiǎn)單得多，因?yàn)榍治g率較低，也因?yàn)榇箨懺馐芰伺c海洋盆地開(kāi)放和關(guān)閉有關(guān)的多次碰撞。

盡管它相對(duì)而言地質(zhì)較為簡(jiǎn)單，但大部分深海海底仍然知之甚少，因?yàn)樗缓Ｑ笱谏w了。迄今為止，船只只繪制了海底的一小部分。但由于重力，海洋表面有寬闊的顛簸和凹陷，模仿海底的地形。這些顛簸和下降可以使用安裝在衛(wèi)星上的非常精確的雷達(dá)高度計(jì)進(jìn)行測(cè)繪。

天氣

2004年9月15日的颶風(fēng)伊萬(wàn)，在它襲擊美國(guó)墨西哥灣沿岸之前

海洋在調(diào)節(jié)地球的天氣和氣候方面發(fā)揮著重要作用。天氣數(shù)據(jù)也許是衛(wèi)星技術(shù)最廣為人知的應(yīng)用。

氣象衛(wèi)星系統(tǒng)由兩種類(lèi)型的衛(wèi)星組成：用于短程預(yù)報(bào)、警告和觀測(cè)的地球靜止業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星（GOES）;以及用于長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的極軌衛(wèi)星。這兩種類(lèi)型的衛(wèi)星對(duì)于提供完整的全球天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是必要的。

跟蹤

漁業(yè)科學(xué)家將一只被標(biāo)記的海龜操縱到船坡道的盡頭

提供環(huán)境圖像的衛(wèi)星也可以與從各種傳感器接收數(shù)據(jù)的其他儀器聯(lián)合使用。

例如，海洋動(dòng)物，如海龜和海牛，可以安裝發(fā)射器，將有關(guān)其位置的信息傳遞給軌道衛(wèi)星。類(lèi)似的技術(shù)也用于人類(lèi)搜索和救援。

03

衛(wèi)星如何用于觀測(cè)海洋？

海洋衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)海洋資源管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的影響日益增強(qiáng)，為研究、開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)海洋提供了豐富的資料，成為人類(lèi)認(rèn)知海洋的關(guān)鍵技術(shù)。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展及其與GIS技術(shù)結(jié)合的日臻緊密，遙感技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用必將更加廣泛。

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，將衛(wèi)星遙感技術(shù)中的科技生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化為海洋管理部門(mén)的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，衛(wèi)星遙感技術(shù)是充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)和信息資源的最佳途徑，是實(shí)現(xiàn)海洋資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和重要手段。在全球變化、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)中起著其它技術(shù)無(wú)法替代的作用。同時(shí)在維護(hù)海洋資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中將極大地促進(jìn)信息科學(xué)技術(shù)、空間科學(xué)技術(shù)、環(huán)境科學(xué)技術(shù)和地球科學(xué)的發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，海洋遙感衛(wèi)星相繼升空，海洋探測(cè)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn),水下地形測(cè)量、重力測(cè)量?jī)x器不斷更新?lián)Q代，為海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取提供了保障。

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