海洋衛星守護“藍色國土”

中國第二顆海洋衛星海洋1B 實現海洋立體監測

2008年01月10日10:22  來源:科學時報

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海洋1A水色儀3天覆蓋的區域。
海洋1A水色儀3天覆蓋的區域。
  21世紀是海洋世紀,海洋的開發和可持續利用是解決當今全球資源短缺、人口膨脹、環境惡化的重要出路之一。不久前,中國第二顆海洋衛星海洋1B完成了在軌交付使用,接替海洋1A衛星執行預定的海洋水色遙感觀測使命。

   海洋衛星守護“藍色國土”

  
從海洋1B運行半年來的情況看,與海洋1A相比,探測效率大大提高了。海洋1A兩年內1830軌,境外隻有619軌,而海洋1B僅6個多月,就總計達到905軌,境外436軌。


  長期以來,我國的領土面積在教科書上總是被寫成“960萬平方公裡”,而除此之外更有300多萬平方公裡的海洋面積。“吃飯的問題,主要靠陸地來解決,而談到可持續發展,海洋則起著越來越重要的作用。”日前,《科學時報》記者採訪了國家海洋局海洋衛星地面應用系統副總設計師林明森研究員,他介紹了海洋衛星在資源利用與保護方面的重要作用,並描繪了未來的發展方向。

  實現海洋立體監測:

  國外驚呼“中國國力強大了!”


  和其他國家一樣,我國也是先有陸地和大氣探測衛星,后有海洋衛星,海洋衛星是海洋立體監測體系中最重要的環節。在海洋一號(海洋1A)成功發射前,我國對海洋的監測隻有“點”和“線”兩種方式。“點”式的監測靠的是近海地區的水文站,目前陸續建成的海洋水文站大小共數十個,監測能力非常有限。“線”式監測指季節性的遠航艦船出海和航空遙感的監測,但受到時間和航線的約束,無法做到全面、大面積和實時。而隻有發射海洋衛星才能夠作到高時間重返和大面積的“面”觀測,海洋立體監測系統離不開海洋衛星的監測。

  相比之下,陸地環境相對穩定,幾天內變化不大,而海洋則是多變的,常常在數小時甚至幾分鐘內形成巨變。瞬息萬變的海洋是一個四維的環境,比陸地多出了一個時間的維度。“大海看上去藍茫茫一片,如果輻射分辨率不夠,看見的隻有藍色。海洋衛星觀測需要高輻射分辨率(高信噪比)的傳感器才能精確定量化測量到海洋環境參數。”林明森說:“傳統常規調查受時間、線路的約束,往往會出現很尷尬、可惜的局面。”

  以赤潮為例,這是一種具有突發性,又不容易被常規手段監測、預報的嚴重海洋災害。據統計,僅幾年前香港的一次赤潮,水產品損失就高達4億元。“定期定航線的調查很容易錯過。有可能在我們的調查船剛剛離開數天就出現了赤潮,而我們卻無法得知,又或者是災情就發生在固定航線可以監測的范圍外數海裡,與我們擦肩而過。”

  長期以來,我國管轄的300多萬平方公裡海域的資料非常匱乏,不能及時監控海洋環境的變化,無法有效監測預報海洋災害。

  20世紀70年代,海洋衛星SeaSat-A的發射是海洋觀測進入空間遙感時代的主要標志,海洋衛星和衛星遙感海洋應用已成為現代海洋觀測的主要手段。我國從上世紀70年代末就試圖將氣象衛星遙感應用於海洋研究和海洋環境預報,並想著有中國自己的海洋衛星。

  自從2002年海洋一號(海洋1A)成功發射以來,目前我國已初步建成了由航空遙感、衛星遙感等組成的海洋環境立體監測系統。外國人驚呼說:“中國的經濟發展了。”到目前為止,通過這顆衛星監測水體的光譜響應變化、海水溫度變化,共監測到海上赤潮20余次。而剛剛開始履行職責不久的海洋1B,也已經成功監測到2次海上赤潮。

  有經驗的漁民可以根據海水環境的因素,判斷漁場的位置。上世紀60年代以來,美國、日本就嘗試利用衛星資料進行漁場快速報,由於我國漁場快速報技術方面的落后,我國漁民常常跟在日本漁船后面尋找漁場。海洋一號通過對海洋水色環境的監測,可以為漁民提供漁場快速報,結束“跟在別人屁股后面找魚”的尷尬。

  資源與海洋權利:

  一場速度與精度的較量


  准確地進行漁場快速報,為漁民節省了找魚的時間,增加了捕撈時間,節約了船隻的能源消耗。林明森說,海洋的漁場數量眾多,有了衛星遙感的技術支持,可以為我國的漁業爭取更多的配額、爭取更多的海洋資源。

  預計到2020年,我國將發射3個系列共11顆海洋衛星。其中將在2009年開始發射的海洋二號系列,是一組海洋動力環境衛星,利用微波散射計、雷達高度計與微波輻射計,對海面風場、海面高度、浪場、流場以及溫度場等動力環境參數進行全天候、全天時探測。我國大陸沿海11個省(市、區) 的面積佔全國總面積的13.6%,但人口佔全國的41%,國民生產總值佔全國的60%,集中了60%以上的社會總財富,海岸帶的承載力和資源可持續發展問題越來越嚴重。因此,對海洋動力環境的變化分析,對海岸帶淤積、沖刷的變化影響,海水環境淨化總量等環境承載力變化和環境的長期影響評估,是確保其環境安全的重要環節。

  科學認識海岸帶地質環境的形成與演化規律及人類活動對海岸帶環境的影響,是一個重要的科學問題。海岸帶動態變化的監測亟須高技術手段的支撐。

  我國目前的海洋、海浪預報,依靠全球船舶報和國外衛星監測的數據。如果海洋二號衛星能成功運行和應用,將縮短預報時間,並將提高監測精度5%∼10%,為沿海地區的減災防災和生態維護提供服務,提供更有時效、更精確的科學監測數據支撐。

  在我國的海域面積中,有一半以上與其他國家存在權益之爭,涉及日本、朝鮮、菲律賓、印尼等多個國家。由於常規調查在維護資源與權利方面有些捉襟見肘,周邊國家在有爭議的海域內大肆掠奪資源。僅南沙海域內的捕魚量每年就達到200多萬噸,海底石油開採每年超過1000萬噸,我國經濟損失每年200億∼300億元。

  維護資源與權利,是一場速度與精度的較量。林明森介紹說,時有發生的我國漁船進入有爭議海域的事件,目前主要的原因是有效的監測手段不夠。誰能更好地維護自己的海上資源,除了需要外交手段外,從技術上說,就要看誰能准確、及時地實現對管轄海域海上權益的維護。

  被命名為海洋三號的系列衛星,將在2011年開始發射,屬於海洋監視監測衛星,可以為劃界等外交談判提供海洋環境和資源信息,尤其是對那些飛機、調查船等難以進入的敏感海域。同時可以提供對方轄區內的海洋環境特征、資源利用情況和海面船隻的實施監視信息,為海上快速響應體系服務,提高海上資源維護的速度與精度。

  未來:

  提高海洋衛星應用能力


  從2002年海洋1A發射以來,已過去了5年多的時間,其數據與相關成果正在“十五”科技攻關、“863”、“973”等國家重大計劃和國家重大專項中得到應用。從海洋1B運行半年來的情況看,與海洋1A相比,探測效率大大提高了。海洋1A兩年內1830軌,境外隻有619軌,而海洋1B僅工作6個多月,總計達到905軌,境外436軌。

  然而,林明森介紹說,現有的海洋1A、海洋1B衛星都是試驗型衛星,海洋1A衛星已經結束了壽命期,海洋1B衛星的壽命為期3年,而此后海洋水色業務衛星的發展還沒有后續計劃,不能滿足海洋事業發展的需要。

  現有的地面應用系統是針對海洋1A、海洋1B衛星設計的,這種按試驗型衛星任務目標設計的地面系統,從長遠看不能滿足3個系列衛星的業務運行及其發展的需要。

  此外,由於應用基礎能力不足,海洋一號的應用效益沒有得到充分發揮。針對目前海洋衛星在應用方面的薄弱,在我國海洋衛星2030年規劃中,強調了加強業務應用的目標:初步建立3個系列海洋衛星和相應的衛星海洋應用體系﹔“十一五”期間,實現海洋水色系列衛星穩定的業務化運行,從“試驗型”向“業務服務型”轉變﹔實現海洋動力環境衛星的業務化試驗運行﹔結合應用國內外衛星遙感和航空遙感資源,重點開展好國家急需的業務應用。

  在“十二五”期間,我國將建立海洋水色系列衛星的業務化持續發展,實現海洋動力環境衛星的業務化運行,完成海洋監視監測衛星的成功發射,並按時發射與其他國家航天部門合作的海洋衛星。到2020年,我國將實現水色衛星的新一代高性能載荷上天,海洋動力環境衛星達到業務化應用,海洋監視監測衛星進入業務化運行。2030年前,完成以靜止軌道和衛星綜合組網技術實現對海洋環境的高時間分辨率,達到分鐘級別的應急事件海洋觀測。(洪蔚)

(責編:張文君)
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