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“卫星遥感技术可以通过另一种视角“看到大海”。% R1 d, K* A: [- m) F
作者：NOAA | & m3 t& q. W7 M) `1 n2 J- c
编译：唐诗 |
5 m X: c8 u/ Y5 S+ {3 P3 U2 A! W 出新推出“产业洞察”栏目，聚焦各细分领域，解析各行业发展前沿等问题。本周推出卫星遥感系列，本篇重点介绍卫星遥感产业在海洋开发中的应用，欢迎大家关注、阅读分享。
% L! @6 J* }+ t3 m, z- z 当今世界各国都有一个共识“21世纪是海洋的世纪”。因为海洋不仅可为人类提供生存空间、食品、矿物。运输及水资源等，而且将在新能源开发上扮演重要角色。
6 h. E! z; A" y/ n 海洋能是一种蕴藏量极大的可再生能源，通常包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐能等 5 种类型，作为未来地球新能源的源泉，海洋资源自然成为世界各国争夺的焦点。
* u5 ~, ~% z, i, ^ 海洋开放和利用对未来的经济发展、能源开发的驱动作用将会日趋明显，所以发展海洋技术显得尤为重要。其中，利用卫星遥感技术对海洋水文信息的监测与预报，对海洋资源的开发、海洋经济的发展、海洋生态的保护及海洋权益的维护方面至关重要。本文就卫星遥感技术在海洋开发中的应用简作概述。 " \! w9 _; P7 Q5 o" O
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国内外海洋遥感卫星发展现状
1 d# L+ d' z9 V# y8 \/ p; p 国外对海洋卫星的应用研究起步较早，世界上第一颗专用海洋卫星由美国于1978年发射，该卫星成功实现对海岸带水色的观测。
/ A: A! C1 `/ `7 x, J; n 1997年，美国NASA发射了世界上第一颗专用海洋水色卫星SeaStar，其于2002年发射的“水”卫星可进行海面风速测量，于2003年发射的“克罗里斯”号卫星可实现海面风场测量。 ! c8 k8 J e4 U, e
欧洲对海洋遥感卫星的研究主要集中在综合观测型卫星方面，在1991—2001年间先后发射多颗“欧洲遥感卫星”系列，于2010年发射的冷卫星-2可对海洋浮冰和极地冰层进行精确观测。
/ z- \ O/ t; h& Q# _ 俄罗斯在1965—1969年间先后发射了5颗试验型海洋监视卫星，从1967年开始发射实用型海洋监视卫星，至1989年共进行了32次发射。 ; C7 q1 m) l# ~+ G9 e1 A% P
日本最早在1987年发射了海洋观测卫星“樱花”，并于1990年发射了其后续卫星。2012年，日本发射了全球变化观测卫星“水珠”，该卫星搭载先进微波辐射计，空间分辨率为15km，幅宽为1450km。 - |, H: h6 S- {. r
印度于1999年发射的海洋遥感卫星主要用于海表叶绿素和浮游植物监测，于2009年发射的海洋遥感卫星又增加了扫描散射计，不仅可以探测海水中悬浮物，还可以对大气气溶胶进行研究。
/ H( c% O, r+ j% t3 p, ?8 L 国内海洋遥感卫星研究起步较晚，我国第一颗海洋水色卫星即海洋一号(HY-1A)于2002年5月发射，该卫星的发射大幅提高了我国海洋水色信息的提取水平。2011年8月，我国成功发射了第一颗海洋动力环境卫星HY-2A，实现了对浪高、海流、海面风场和海表温度等多种海洋动力环境参数的观测。2016年8月，GF-3卫星成功发射，这是我国首颗分辨率达到1m的C频段多极化合成孔径雷达成像卫星，可全天候、全天时监视监测全球海洋和陆地资源，有力支撑海洋环境监测、海洋目标监视、海域使用管理、海洋权益维护和防灾减灾等应用。
$ C0 U" c* b4 L4 b5 L5 n4 D 经过近几年的快速发展，我国逐渐形成了以海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋监视监测卫星为代表的海洋遥感卫星系列，为我国海洋环境保护、海洋资源开发、海域使用管理、海洋权益维护和极地大洋管理提供了技术支撑。
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8 {. q) A& a7 u 卫星如何用于观测海洋？
( R5 y$ N: R+ l6 Q& C' [6 s 卫星是观测地球和覆盖地球70%以上地球的蓝色海洋的绝佳工具。通过从地球上空的轨道遥感，卫星为我们提供了比仅从表面获得的信息更多的信息。 6 p' k2 J3 k$ q5 n9 W
利用卫星，研究人员仔细研究海洋。卫星收集的信息可以告诉我们有关海洋测深、海面温度、海洋颜色、珊瑚礁以及海冰和湖冰的信息。科学家还使用卫星上的数据收集系统将来自地面发射器的信号传递给现场研究人员——用于测量潮汐高度和鲸鱼迁徙等应用。卫星上的发射器还传递来自紧急信标的位置信息，以帮助在人们在船上、飞机或偏远地区遇险时挽救生命。以下是卫星帮助我们更多地了解海洋的众多方式中的几种： . J- k1 i$ K- e# l# ]$ w1 G
海面温度' R8 u B2 |. Y/ M4 b! @+ G; E2 J
8 A$ j3 w$ R. ^: q, s* Y$ x. e 地球物理流体动力学实验室的海面温度模拟 : C9 E% M5 J2 V2 {6 C
了解海面的温度可以告诉科学家很多关于海洋内部和周围发生的事情。温度变化会影响鱼类的行为，导致珊瑚漂白，并影响沿海天气。 7 n, U( ^# Y; e4 `
海面温度的卫星图像也显示了水循环的模式。例子包括上升流的位置，其特点是从深处升起的冷水，通常靠近海岸；和温水流，如墨西哥湾流。
1 n4 {6 Q+ n$ y, m1 Q 收集海面温度最常用的仪器是卫星上的可见红外成像辐射计套件（VIIRS）仪器。该传感器每天捕获新数据，使科学家能够拼凑出一系列地图，显示全球不同地区的海面温度随时间的变化。
$ C8 s6 G. R5 I' e ?1 B 海面颜色
" g2 `4 x# p% ^6 e# S! K 卫星还提供有关海洋颜色的信息。例如，颜色数据可帮助研究人员确定沿海洪水的影响，检测河流羽流，并定位可能污染贝类并杀死其他鱼类和海洋哺乳动物的有害藻类的大量繁殖。
! i9 I, c9 ?/ ]% ?& l6 c 来自卫星的海洋颜色数据不仅可以确定藻华形成的位置，还可以预测未来可能漂移的位置。处理厂还使用NOAA创建的藻华预测来决定何时更改其水处理配方以处理藻类。
+ |' R: l C! e9 \5 m 海平面变化& x6 Q0 ^5 _% N# s
( n- p' g5 i* S; p 自1993年以来海平面总变化的地图 - y6 L9 h/ S. t& q2 s
气候变化最重要的潜在影响之一是海平面上升，这可能导致沿海地区和岛屿被淹没、海岸线侵蚀以及湿地和红树林等重要生态系统的破坏。
3 |, y! W$ _, Y( l1 R 卫星高度计雷达测量可以与精确已知的航天器轨道相结合，以前所未有的精度在全球范围内测量海平面。测量全球平均海平面的长期变化为测试气候模型对全球变暖的预测提供了一种方法。 $ Q) V ?$ i. i* Q# l
映射
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! D( z; E8 v5 y$ ?3 M: V; t( Z; |& r 海洋表面向外和向内凸起，模仿海底的地形 : V7 ` q8 u3 q* V6 D' c9 D k
这些凸起太小而难以察觉，可以通过卫星上的雷达高度计进行测量
( `+ a' B1 ~" P 卫星图像也可用于绘制水中的特征，例如珊瑚礁。海底地质比大陆的地质简单得多，因为侵蚀率较低，也因为大陆遭受了与海洋盆地开放和关闭有关的多次碰撞。 5 M+ k$ X+ g" H3 ]9 s- `; z
尽管它相对而言地质较为简单，但大部分深海海底仍然知之甚少，因为它被海洋掩盖了。迄今为止，船只只绘制了海底的一小部分。但由于重力，海洋表面有宽阔的颠簸和凹陷，模仿海底的地形。这些颠簸和下降可以使用安装在卫星上的非常精确的雷达高度计进行测绘。
7 F- T/ u6 v$ m8 A* ^+ E) S! P 天气
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2004年9月15日的飓风伊万，在它袭击美国墨西哥湾沿岸之前 8 E/ @2 q# ]" A ~7 Q, j
海洋在调节地球的天气和气候方面发挥着重要作用。天气数据也许是卫星技术最广为人知的应用。 5 H) a$ S, @7 t/ I
气象卫星系统由两种类型的卫星组成：用于短程预报、警告和观测的地球静止业务环境卫星（GOES）;以及用于长期预测的极轨卫星。这两种类型的卫星对于提供完整的全球天气监测系统都是必要的。 3 M) ~+ `8 ?5 O- c
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渔业科学家将一只被标记的海龟操纵到船坡道的尽头
! C+ T# u% v" H; E. E2 ^% M1 d; a 提供环境图像的卫星也可以与从各种传感器接收数据的其他仪器联合使用。 9 N+ ^ |2 b! I$ Q
例如，海洋动物，如海龟和海牛，可以安装发射器，将有关其位置的信息传递给轨道卫星。类似的技术也用于人类搜索和救援。 ! v; @; m, s2 Q- s
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卫星如何用于观测海洋？ 7 s2 `0 d: ^& d5 R6 a8 V: H- u1 s
海洋卫星遥感技术对海洋资源管理和环境监测领域的影响日益增强，为研究、开发、利用和保护海洋提供了丰富的资料，成为人类认知海洋的关键技术。
8 v) d9 Z7 K& ]0 s3 `* d 随着遥感技术的发展及其与GIS技术结合的日臻紧密，遥感技术在各个领域中的应用必将更加广泛。 / ]- i2 w/ s/ k( z4 K/ z
21世纪是海洋的世纪，将卫星遥感技术中的科技生产力转化为海洋管理部门的现实生产力，卫星遥感技术是充分利用现有数据和信息资源的最佳途径，是实现海洋资源与环境可持续发展的关键技术和重要手段。在全球变化、资源调查、环境监测与预测中起着其它技术无法替代的作用。同时在维护海洋资源与环境可持续发展的过程中将极大地促进信息科学技术、空间科学技术、环境科学技术和地球科学的发展。
# w* E- R# J, l+ S/ F3 m2 x* ? 随着科学技术的发展，海洋遥感卫星相继升空，海洋探测技术越来越先进,水下地形测量、重力测量仪器不断更新换代，为海洋基础数据获取提供了保障。 * o& A% e+ w& H6 H
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