|
|
一、海洋衛星的特點與用途
1． 特點
利用海洋衛星可以經濟、方便地對大面積海域實現實時、同步、連續的監測，它已被公認為是海洋環境監測的重要手段。
海洋衛星與陸地衛星和氣象衛星相比，具有以下特點：
（1） 海洋環境要素探測要求大面積、連續、同步或準同步探測。
（2） 海洋衛星可見光傳感器要求波段多而窄，靈敏度和信噪比高（高出陸地衛星一個數量級）。
（3） 為與海洋環境要素變化周期相匹配，海洋衛星的地面覆蓋周期要求2~3天，空間分辯率為250~1000m。
（4） 由於水體的輻射強度微弱，而要使輻射強度均勻，具有可對比性，則要求水色衛星的降交點地方時（發射窗口）選擇在正午前後。
（5） 某些海洋要素的測量，例如海面粗糙的測量、海面風場的測量，除海洋衛星探測技術外，尚無其他辦法。
2． 用途
海洋衛星有六個方面的用途。
一是為海洋專屬經濟區（eez）綜合管理和維護國傢海洋權益服務。海洋衛星一方面可為eez劃界的外交談判提供海洋環境和資源信息，尤其是那些調查船及飛機難以進入的敏感海域。
二是提高海洋環境監測預報能力。我國地處西北太平洋西岸，該海域是全世界38%熱帶風暴的發源地。我國深受其害，平常年份造成的直接經濟損失為60億元左右，嚴重年份超過100億元。1997年的“9711”特大風暴襲擊浙江沿海，僅浙江省直接經濟損失達170多億元。
三是為海洋資源調查與開發服務。海洋資源主要是海洋油氣、海洋漁業和海岸帶資源。我國40多個近海漁場普遍出現衰竭現象，迫切需要發展遠洋漁業。我國在海外現有1000多艘遠洋漁船，形成3億美元的資産和50萬噸的遠洋漁業生産能力，蛤全球漁場信息睏乏製約了遠洋漁業的進一步發展。
四是加強海洋軍事活動保障。人造衛星及中、遠程導彈發射後彈道軌道的計算必須以全球大地水準面、重力場為基本參量，而我國在這方面數據非常稀少，因而極大地影響了導彈命中率。另外，實時的海況、流場、海面風速資料對海軍水下艦艇的作戰與航行意義重大，這些資料是常規方法無法獲得的，特別是敵方海區的實時海況。
五是有利於實施海洋污染監測、監視，保護海洋自然環境資源。海洋污染主要是石油污
染和污水污染。海上石油污染來自陸源排放、海上油井泄漏及船舶排放等，其中陸源排放量最多。我國沿海約有250多處油污染源，每年排放量10萬t以上。
六是發展海洋衛星有利於加強全球氣候演變研究，提高對災害性氣候的預測能力。海水溫度是影響中長期天氣過程的重要因子。研究表明，臺風生成與海溫關係密切，中國南海臺風生成前24h海溫平均27℃；太平洋東岸鼕季海溫與西岸次年夏季風強度呈負相關。
二、現 狀
自美國1978年6月22日發射世界上第一顆海洋衛星seasat-a以後，蘇聯、日本、法國和歐洲空間局等相繼發射了一係列大型海洋衛星。這些衛星一般搭載有光學遙感器（如水色掃描儀、主動區微波遙感器、散射計、sar等）和被動式微波遙感器等多種海洋遙感有效載荷，可提供全天時，全天候海況實時資料。
按用途分，海洋衛星可分為海洋水色衛星、海洋動力環境衛星和海洋綜合探測衛星。
現在能研製和發射海洋水色衛星的國傢有中國、美國、俄羅斯、印度、韓國等。1997年8月1日，美國航天局發射了世界上第一顆專用海洋水色衛星seastar。美國計劃自seastar起，進行20年時序全球海洋水色遙感資料的連續積纍。1999年1月27日，中國臺灣省委托美國研製並發射一顆低軌道（600km）水色衛星rocsat-1，星上有效載荷為6通道水色遙感器（oci）2002年5月和2007年4月，中國海洋水色衛星海洋一號a和海洋一號b分別成功發射，海洋動力環境衛星海洋二號預計於2009發射，海洋綜合探測衛星海洋三號也已進入預先研究階段。
利用衛星遙感器測量海洋動力環境的構想在20世紀60年代就有人提出，70年代得以實施。發射海洋動力環境衛星的國傢有美國、俄羅斯、法國。美國的geosat係列衛星和topex/poseidon係列衛星具有代表性。
1991年，歐洲空間局發射ers-1衛星（圖1），星上裝有微波散射計、雷達高度計和微波輻射計等遙感器，主要目的是開展衛星測量海洋動力基本要素，為用戶進行業務服務及為世界大洋合作研究項目提供業務服務參數（包括海面風場、大地水準面、海洋重力場、極地海冰的面積、邊界綫、海況、風速、海面溫度和水氣等）。散射計風速測量精度為2m/s或10%、風嚮精度為±20°；高度計的測高精度為3cm；輻射計測量海面溫度精度為±5k。envisat-1衛星是ers衛星的後繼星，2001年底發射，是一顆篝的有軌對地觀察衛星，將進行為期5年的對大氣海洋、陸地、冰的測量。該星測驗數據連續，主要支持地球科學研究，並且可以對環境和氣候的變化做出評估，甚至可以為軍事、商業的應用提供便利。
海洋綜合探測衛星方面，1992年美國和法國聯合發射topex/poseidon衛星。星上載有一臺美國nasa的topex雙頻高度計和一臺法國cnes的poseidon高度計，用於探測大洋環流、海況、極地海冰，研究這些因素對全球氣候變化的影響。topex/poseidon高度計的運行結果表明其測高精度達到2cm。
jason-1星（圖2）是topex/poseidon的一顆後繼衛星，主要任務目標是精確的測量世界海洋地形圖。該星裝有高精度雷達高度計、微波輻射計、doris接收機、激光反射器、gps接收機等，其中雷達高度計測量誤差約2.5cm。jason衛星軌道高度1336km，傾角66°,設計壽命為3年，最大功耗為435w，總重量為500kg。
三、中國海洋衛星規劃
與世界先進水平相比，總體上我國差距較大，主要表現在我國海洋衛星工程起步晚、星載儀器的飛行會小、海洋衛星地面應用係統基本建成但業務化應用還需完善等方面。為此，要堅持獨立研製；建立海洋衛星體係，逐步形成業務化運行能力；要實行軍民結合，綜合利用；重視關鍵技術儲備；同時發展衛星海洋的應用；積極參與國際合作。
1． 我國海洋衛星發展目標
根據海洋專傢建議，總體發展目標是：2015年建立起海洋水色衛星、海洋動力環境衛星、海洋環境綜合衛星3個業務化運行的衛星係列；2015年使我國的海洋衛星及其應用水平達到國際2005年的水平，在國際社會中占有一席之地。
其中，“十五”期間要發射我國第一顆試驗業務型海洋水色衛星，此後每2~3年發射一顆業務型海洋水色衛星，使海洋水色形成係列化衛星。“十五”期間還要開展海洋動力環境衛星關鍵技術攻關，衛星研製立項。2005~2015年，將繼續發射海洋水色衛星係列衛星，發射三顆海洋動力環境衛星，兩顆海洋環境綜合衛星；建立三種類型係列衛星組成的我國地球海洋觀測係統框架，開始全面為國發經濟服務。
2． 海洋水色衛星
海洋水色衛星是對海洋水色要素（如葉緑素、懸浮沙和可溶性的黃色物質等）和水溫及
其動態變化的探測，有效載荷通常選用靈敏度高、信噪比高、光譜分辨率高、波段多、帶寬窄的海洋水色掃描儀。要求空間分辨率在250~1000m，地面覆蓋周期要求2~3天。
發展海洋水色係列衛星的目的是：掌握我國近海海洋初級生産力分佈、海洋漁業及養殖業資源狀況和環境質量，瞭解我國重點河口港灣的懸浮泥沙分佈規律，監測我國近海海面溢油油漠、赤潮富營養、電場循環水排海熱污染、海冰冰情、淺海地形等。
3． 海洋動力環境衛星
海洋動力環境衛星是對海面風場、海面高度、浪場、流場以及溫度場等協動力環境要素探測的衛星，有效載荷通常是微波散射計、微波輻射計、雷達高度計等，並具有多種模式和多種分辨率。
發展海洋動力環境係列衛星的主要目的是：利用微波散射計監控全球海洋表面風場，得到全球海洋上的風矢量場和表面風應力數據，利用雷達高度計提供全球海洋地形數據，得到全球高分辨率的大洋環流、海洋大地水準面、重力場和極地冰蓋的變異。
海洋動力環境衛星所獲取的海面動力和海底拓撲資料，具有明顯的軍事價值，美國把這類衛星資料置於五角大樓控製下，尤其是實時高精度資料控製嚴格，絶不嚮別國提供。
4． 海洋環境綜合衛星
海洋環境綜合衛星是對全球與近海（包括海岸帶）的海洋動態環境和水色環境各種信息的綜合遙感監測，有效載荷包括可見光、紅外，主動、被動遙感器，如多光譜成像儀、合成孔徑雷達、微波散射計、輻射計、高度計等。
發展海洋環境綜合衛星主要目標是：提供全天時、全天候海況實時資料，用於改進海況數值預報模式，提高中、長期海況預報準確率。同時提供海上目標、海岸帶調查、海洋污染的實時同步海洋要素，為海洋環境監測、維護海洋權益和海岸帶資源調查、綜合利用與管理服務。 |
|
利用海洋衛星可以經濟、方便地對大面積海域實現實時、同步、連續的監測，它已被公認為是海洋環境監測的重要手段。
海洋衛星與陸地衛星和氣象衛星相比，具有以下特點：
（1） 海洋環境要素探測要求大面積、連續、同步或準同步探測。
（2） 海洋衛星可見光傳感器要求波段多而窄，靈敏度和信噪比高（高出陸地衛星一個數量級）。
（3） 為與海洋環境要素變化周期相匹配，海洋衛星的地面覆蓋周期要求2~3天，空間分辨率為250~1000m。
（4） 由於水體的輻射強度微弱，而要使輻射強度均勻，具有可對比性，則要求水色衛星的降交點地方時（發射窗口）選擇在正午前後。
（5） 某些海洋要素的測量，例如海面粗糙的測量、海面風場的測量，除海洋衛星探測技術外，尚無其他辦法。 |
|
海洋衛星有六個方面的用途。
一是為海洋專屬經濟區（EEZ）綜合管理和維護國傢海洋權益服務。
海洋衛星一方面可為EEZ劃界的外交談判提供海洋環境和資源信息，尤其是那些調查船及飛機難以進入的敏感海域。
二是提高海洋環境監測預報能力。
我國地處西北太平洋西岸，該海域是全世界38%熱帶風暴的發源地。我國深受其害，平常年份造成的直接經濟損失為60億元左右，嚴重年份超過100億元。1997年的“9711”特大風暴襲擊浙江沿海，僅浙江省直接經濟損失達170多億元。
三是為海洋資源調查與開發服務。
海洋資源主要是海洋油氣、海洋漁業和海岸帶資源。我國40多個近海漁場普遍出現衰竭現象，迫切需要發展遠洋漁業。我國在海外現有1000多艘遠洋漁船，形成3億美元的資産和50萬噸的遠洋漁業生産能力，蛤全球漁場信息睏乏製約了遠洋漁業的進一步發展。
四是加強海洋軍事活動保障。
人造衛星及中、遠程導彈發射後彈道軌道的計算必須以全球大地水準面、重力場為基本參量，而我國在這方面數據非常稀少，因而極大地影響了導彈命中率。另外，實時的海況、流場、海面風速資料對海軍水下艦艇的作戰與航行意義重大，這些資料是常規方法無法獲得的，特別是敵方海區的實時海況。
五是有利於實施海洋污染監測、監視，保護海洋自然環境資源。
海洋污染主要是石油污染和污水污染。海上石油污染來自陸源排放、海上油井泄漏及船舶排放等，其中陸源排放量最多。我國沿海約有250多處油污染源，每年排放量10萬t以上。
六是發展海洋衛星有利於加強全球氣候演變研究，提高對災害性氣候的預測能力。
海水溫度是影響中長期天氣過程的重要因子。研究表明，臺風生成與海溫關係密切，中國南海臺風生成前24h海溫平均27℃；太平洋東岸鼕季海溫與西岸次年夏季風強度呈負相關。 |
|
自美國1978年6月22日發射世界上第一顆海洋衛星Seasat-A以後，蘇聯、日本、法國和歐洲空間局等相繼發射了一係列大型海洋衛星。這些衛星一般搭載有光學遙感器（如水色掃描儀、主動區微波遙感器、散射計、SAR等）和被動式微波遙感器等多種海洋遙感有效載荷，可提供全天時，全天候海況實時資料。
按用途分，海洋衛星可分為海洋水色衛星、海洋動力環境衛星和海洋綜合探測衛星。
現在能研製和發射海洋水色衛星的國傢有中國、美國、俄羅斯、印度、韓國等。1997年8月1日，美國航天局發射了世界上第一顆專用海洋水色衛星SeaStar。美國計劃自SeaStar起，進行20年時序全球海洋水色遙感資料的連續積纍。1999年1月27日，中國臺灣省委托美國研製並發射一顆低軌道（600km）水色衛星ROCSAT-1，星上有效載荷為6通道水色遙感器（OCI）2002年5月和2007年4月，中國海洋水色衛星海洋一號A和海洋一號B分別成功發射，海洋動力環境衛星海洋二號預計於2009發射，海洋綜合探測衛星海洋三號也已進入預先研究階段。
利用衛星遙感器測量海洋動力環境的構想在20世紀60年代就有人提出，70年代得以實施。發射海洋動力環境衛星的國傢有美國、俄羅斯、法國。美國的GEOSAT係列衛星和TOPEX/Poseidon係列衛星具有代表性。
1991年，歐洲空間局發射ERS-1衛星，星上裝有微波散射計、雷達高度計和微波輻射計等遙感器，主要目的是開展衛星測量海洋動力基本要素，為用戶進行業務服務及為世界大洋合作研究項目提供業務服務參數（包括海面風場、大地水準面、海洋重力場、極地海冰的面積、邊界綫、海況、風速、海面溫度和水氣等）。散射計風速測量精度為2m/s或10%、風嚮精度為±20°；高度計的測高精度為3cm；輻射計測量海面溫度精度為±5K。ENVISAT-1衛星是ERS衛星的後繼星，2001年底發射，是一顆篝的有軌對地觀察衛星，將進行為期5年的對大氣海洋、陸地、冰的測量。該星測驗數據連續，主要支持地球科學研究，並且可以對環境和氣候的變化做出評估，甚至可以為軍事、商業的應用提供便利。
海洋綜合探測衛星方面，1992年美國和法國聯合發射TOPEX/Poseidon衛星。星上載有一臺美國NASA的TOPEX雙頻高度計和一臺法國CNES的Poseidon高度計，用於探測大洋環流、海況、極地海冰，研究這些因素對全球氣候變化的影響。TOPEX/Poseidon高度計的運行結果表明其測高精度達到2cm。
JASON-1星是TOPEX/Poseidon的一顆後繼衛星，主要任務目標是精確的測量世界海洋地形圖。該星裝有高精度雷達高度計、微波輻射計、DORIS接收機、激光反射器、GPS接收機等，其中雷達高度計測量誤差約2.5cm。JASON衛星軌道高度1336km，傾角66°,設計壽命為3年，最大功耗為435W，總重量為500kg。 |
|
與世界先進水平相比，總體上我國差距較大，主要表現在我國海洋衛星工程起步晚、星載儀器的飛行會小、海洋衛星地面應用係統基本建成但業務化應用還需完善等方面。為此，要堅持獨立研製；建立海洋衛星體係，逐步形成業務化運行能力；要實行軍民結合，綜合利用；重視關鍵技術儲備；同時發展衛星海洋的應用；積極參與國際合作。
1． 我國海洋衛星發展目標
根據海洋專傢建議，總體發展目標是：2015年建立起海洋水色衛星、海洋動力環境衛星、海洋環境綜合衛星3個業務化運行的衛星係列；2015年使我國的海洋衛星及其應用水平達到國際2005年的水平，在國際社會中占有一席之地。
其中，“十五”期間要發射我國第一顆試驗業務型海洋水色衛星，此後每2~3年發射一顆業務型海洋水色衛星，使海洋水色形成係列化衛星。“十五”期間還要開展海洋動力環境衛星關鍵技術攻關，衛星研製立項。2005~2015年，將繼續發射海洋水色衛星係列衛星，發射三顆海洋動力環境衛星，兩顆海洋環境綜合衛星；建立三種類型係列衛星組成的我國地球海洋觀測係統框架，開始全面為國發經濟服務。
2． 海洋水色衛星
海洋水色衛星是對海洋水色要素（如葉緑素、懸浮沙和可溶性的黃色物質等）和水溫及
其動態變化的探測，有效載荷通常選用靈敏度高、信噪比高、光譜分辨率高、波段多、帶寬窄的海洋水色掃描儀。要求空間分辨率在250~1000m，地面覆蓋周期要求2~3天。
發展海洋水色係列衛星的目的是：掌握我國近海海洋初級生産力分佈、海洋漁業及養殖業資源狀況和環境質量，瞭解我國重點河口港灣的懸浮泥沙分佈規律，監測我國近海海面溢油油漠、赤潮富營養、電場循環水排海熱污染、海冰冰情、淺海地形等。
3． 海洋動力環境衛星
海洋動力環境衛星是對海面風場、海面高度、浪場、流場以及溫度場等協動力環境要素探測的衛星，有效載荷通常是微波散射計、微波輻射計、雷達高度計等，並具有多種模式和多種分辨率。
發展海洋動力環境係列衛星的主要目的是：利用微波散射計監控全球海洋表面風場，得到全球海洋上的風矢量場和表面風應力數據，利用雷達高度計提供全球海洋地形數據，得到全球高分辨率的大洋環流、海洋大地水準面、重力場和極地冰蓋的變異。
海洋動力環境衛星所獲取的海面動力和海底拓撲資料，具有明顯的軍事價值，美國把這類衛星資料置於五角大樓控製下，尤其是實時高精度資料控製嚴格，絶不嚮別國提供。
4． 海洋環境綜合衛星
海洋環境綜合衛星是對全球與近海（包括海岸帶）的海洋動態環境和水色環境各種信息的綜合遙感監測，有效載荷包括可見光、紅外，主動、被動遙感器，如多光譜成像儀、合成孔徑雷達、微波散射計、輻射計、高度計等。
發展海洋環境綜合衛星主要目標是：提供全天時、全天候海況實時資料，用於改進海況數值預報模式，提高中、長期海況預報準確率。同時提供海上目標、海岸帶調查、海洋污染的實時同步海洋要素，為海洋環境監測、維護海洋權益和海岸帶資源調查、綜合利用與管理服務。
為實施海洋開發戰略，落實《全國海洋經濟發展規劃綱要》，實現建設海洋強國的宏偉目標，海洋衛星及衛星海洋應用須盡快實現從“試驗型”嚮“業務服務型”的轉變，建立健全天地協調，佈局合理、功能完善、産品豐富、信息共享、服務高效的長期、連續、穩定運行的海洋衛星遙感應用體係。提升海洋遙感應用基礎和技術能力，達到産品多樣化、數據標準化、應用定量化、運行業務化，逐步滿足海洋監測監視現代化、科學化、信息化、全球化的要求。通過努力，力爭在“十一五”計劃期間實現以下目標：
（1）繼續推進3個係列的海洋衛星的發展，力爭實現發射海洋水色係列衛星3顆、海洋動力環境係列衛星2顆和海洋監視監測係列衛星1顆的發展目標。
（2）在海洋衛星地面應用係統方面，努力實現新建亞布力海洋衛星地面站、北京海洋衛星地面站、數據中心，擴建三亞海洋衛星地面接收站，力爭實現南、北極國傢級的衛星回放數據接收站建設和海上遙感衛星輻射校正與真實性檢驗場的建設。
（3）在衛星海洋應用方面，結合應用技術成熟程度和海洋衛星的發展計劃，有計劃地開展HY－1衛星在海洋資源調查、海洋生態災害預警、海洋環境污染監測、海溫海冰預報等應用；有計劃地開展HY－2衛星在海洋環境預報、海洋全球變化等方面的應用；有計劃地開展HY－3衛星的信息處理平臺、海洋監視和海洋動力現象的應用，推廣和普及衛星海洋應用工作，為實現我國國民經濟的發展戰略目標，維護國防安全，全面實現小康社會提供有效服務和可行支撐。 |
|
haiyang weixing
海洋衛星
oceanographic satellite
專門用於觀測海洋，為海洋研究、海洋環境調查和資源開發利用提供信息而設計發射的一種人造地球衛星。
在海洋衛星出現之前，海洋的遙感資料主要取自氣象衛星和陸地衛星。但海洋具有不同於陸地和大氣的特點，如海水的流體性質以及由此産生的運動特徵與陸地不同。海面發生的波動與照射其上的電磁波相互作用，使得遙感過程復雜化，但也提供了定量測量海洋參數的可能。電磁波不同譜段（主要為可見光）對海水具有不同程度的穿透能力，這就有可能透入海水內部進行定量測量。海洋現象與大氣現象的時空尺度相差懸殊，並且氣象衛星主要用來拍攝雲圖，而云恰恰是觀測海洋的障礙。此外，氣象衛星和陸地衛星的軌道參數和傳感器性能不完全適合於海洋。為了滿足觀測海洋的需要，必須設計專門用於海洋觀測的衛星。
世界上第一顆海洋衛星 “海洋衛星-1”號(見彩圖第一顆海洋衛星(Seasat-A)美國1978年6月28日發射)是美國於1978年 6月28日發射的。“海洋衛星-1”號星體呈圓筒形，高21米，總重量2290公斤，衛星采用高度為800 公裏的近圓形極地軌道，傾角108□。它每晝夜繞地球旋轉14圈，每36小時用二部寬刈幅傳感器將全球95％的海洋覆蓋一遍。發回地面的信息主要包括海面風、海面溫度、波高、內波、大氣水含量、海冰、大洋地形和海洋水準面等要素。
“海洋衛星-1”號裝載5部傳感器:雷達高度計、海洋衛星散射計、合成孔徑雷達、可見光和紅外輻射計、掃描多通道微波輻射計。利用這些傳感器測量海洋參數的精度相當高。其中高度計測高精度為 8釐米；測量有效波高精度達 10％（測量範圍0～10米）；散射計測量風速精度達1.3米/秒（測量範圍4～26米/秒）；微波輻射計測量海面溫度精度為1.0□C（測量範圍10□～30□C）；合成孔徑雷達測量波長精度為12％(測量範圍波長≥100米)。
除“海洋衛星-1”號之外，“雨雲-7”號氣象衛星與海洋學也有着密切關係。該衛星由美國於1978年10月24日發射,衛星重907公斤,采用高度為955公裏、傾角為99.28□的太陽同步極地軌道。衛星裝載 2部海洋遙感傳感器：掃描多通道微波輻射計和海岸帶水色掃描儀。其中水色掃描儀為第一部星載海洋水色傳感器,有6個譜段，主要用於測量海水散射光譜輻射，推算海洋近表面浮遊植物色素（主要為葉緑素a）濃度和懸浮物總量,研究海洋初級生産力。測量偏差約為30～40％。水色掃描儀的圖像資料還用於沿岸和河口泥沙運移分析、海冰觀測和海面溫度製圖等許多方面。
蘇聯於1979、 1980年發射過 2顆海洋衛星“宇宙-1076”和“宇宙-1151”。 1979年和1981年還和匈牙利、民主德國、捷剋斯洛伐剋等合作發射過 2顆海洋監測衛星“國際宇宙-20”、“國際宇宙-21”。這些衛星的主要任務是監測世界各大洋。
（鄭全安）
|
|
- : Seasat
|
|
|
|
|