海洋卫星守护“蓝色国土”

中国第二颗海洋卫星海洋1B 实现海洋立体监测

2008年01月10日10:22  来源:科学时报

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海洋1A水色仪3天覆盖的区域。
海洋1A水色仪3天覆盖的区域。
  21世纪是海洋世纪,海洋的开发和可持续利用是解决当今全球资源短缺、人口膨胀、环境恶化的重要出路之一。不久前,中国第二颗海洋卫星海洋1B完成了在轨交付使用,接替海洋1A卫星执行预定的海洋水色遥感观测使命。

   海洋卫星守护“蓝色国土”

  
从海洋1B运行半年来的情况看,与海洋1A相比,探测效率大大提高了。海洋1A两年内1830轨,境外只有619轨,而海洋1B仅6个多月,就总计达到905轨,境外436轨。


  长期以来,我国的领土面积在教科书上总是被写成“960万平方公里”,而除此之外更有300多万平方公里的海洋面积。“吃饭的问题,主要靠陆地来解决,而谈到可持续发展,海洋则起着越来越重要的作用。”日前,《科学时报》记者采访了国家海洋局海洋卫星地面应用系统副总设计师林明森研究员,他介绍了海洋卫星在资源利用与保护方面的重要作用,并描绘了未来的发展方向。

  实现海洋立体监测:

  国外惊呼“中国国力强大了!”


  和其他国家一样,我国也是先有陆地和大气探测卫星,后有海洋卫星,海洋卫星是海洋立体监测体系中最重要的环节。在海洋一号(海洋1A)成功发射前,我国对海洋的监测只有“点”和“线”两种方式。“点”式的监测靠的是近海地区的水文站,目前陆续建成的海洋水文站大小共数十个,监测能力非常有限。“线”式监测指季节性的远航舰船出海和航空遥感的监测,但受到时间和航线的约束,无法做到全面、大面积和实时。而只有发射海洋卫星才能够作到高时间重返和大面积的“面”观测,海洋立体监测系统离不开海洋卫星的监测。

  相比之下,陆地环境相对稳定,几天内变化不大,而海洋则是多变的,常常在数小时甚至几分钟内形成巨变。瞬息万变的海洋是一个四维的环境,比陆地多出了一个时间的维度。“大海看上去蓝茫茫一片,如果辐射分辨率不够,看见的只有蓝色。海洋卫星观测需要高辐射分辨率(高信噪比)的传感器才能精确定量化测量到海洋环境参数。”林明森说:“传统常规调查受时间、线路的约束,往往会出现很尴尬、可惜的局面。”

  以赤潮为例,这是一种具有突发性,又不容易被常规手段监测、预报的严重海洋灾害。据统计,仅几年前香港的一次赤潮,水产品损失就高达4亿元。“定期定航线的调查很容易错过。有可能在我们的调查船刚刚离开数天就出现了赤潮,而我们却无法得知,又或者是灾情就发生在固定航线可以监测的范围外数海里,与我们擦肩而过。”

  长期以来,我国管辖的300多万平方公里海域的资料非常匮乏,不能及时监控海洋环境的变化,无法有效监测预报海洋灾害。

  20世纪70年代,海洋卫星SeaSat-A的发射是海洋观测进入空间遥感时代的主要标志,海洋卫星和卫星遥感海洋应用已成为现代海洋观测的主要手段。我国从上世纪70年代末就试图将气象卫星遥感应用于海洋研究和海洋环境预报,并想着有中国自己的海洋卫星。

  自从2002年海洋一号(海洋1A)成功发射以来,目前我国已初步建成了由航空遥感、卫星遥感等组成的海洋环境立体监测系统。外国人惊呼说:“中国的经济发展了。”到目前为止,通过这颗卫星监测水体的光谱响应变化、海水温度变化,共监测到海上赤潮20余次。而刚刚开始履行职责不久的海洋1B,也已经成功监测到2次海上赤潮。

  有经验的渔民可以根据海水环境的因素,判断渔场的位置。上世纪60年代以来,美国、日本就尝试利用卫星资料进行渔场快速报,由于我国渔场快速报技术方面的落后,我国渔民常常跟在日本渔船后面寻找渔场。海洋一号通过对海洋水色环境的监测,可以为渔民提供渔场快速报,结束“跟在别人屁股后面找鱼”的尴尬。

  资源与海洋权利:

  一场速度与精度的较量


  准确地进行渔场快速报,为渔民节省了找鱼的时间,增加了捕捞时间,节约了船只的能源消耗。林明森说,海洋的渔场数量众多,有了卫星遥感的技术支持,可以为我国的渔业争取更多的配额、争取更多的海洋资源。

  预计到2020年,我国将发射3个系列共11颗海洋卫星。其中将在2009年开始发射的海洋二号系列,是一组海洋动力环境卫星,利用微波散射计、雷达高度计与微波辐射计,对海面风场、海面高度、浪场、流场以及温度场等动力环境参数进行全天候、全天时探测。我国大陆沿海11个省(市、区) 的面积占全国总面积的13.6%,但人口占全国的41%,国民生产总值占全国的60%,集中了60%以上的社会总财富,海岸带的承载力和资源可持续发展问题越来越严重。因此,对海洋动力环境的变化分析,对海岸带淤积、冲刷的变化影响,海水环境净化总量等环境承载力变化和环境的长期影响评估,是确保其环境安全的重要环节。

  科学认识海岸带地质环境的形成与演化规律及人类活动对海岸带环境的影响,是一个重要的科学问题。海岸带动态变化的监测亟须高技术手段的支撑。

  我国目前的海洋、海浪预报,依靠全球船舶报和国外卫星监测的数据。如果海洋二号卫星能成功运行和应用,将缩短预报时间,并将提高监测精度5%~10%,为沿海地区的减灾防灾和生态维护提供服务,提供更有时效、更精确的科学监测数据支撑。

  在我国的海域面积中,有一半以上与其他国家存在权益之争,涉及日本、朝鲜、菲律宾、印尼等多个国家。由于常规调查在维护资源与权利方面有些捉襟见肘,周边国家在有争议的海域内大肆掠夺资源。仅南沙海域内的捕鱼量每年就达到200多万吨,海底石油开采每年超过1000万吨,我国经济损失每年200亿~300亿元。

  维护资源与权利,是一场速度与精度的较量。林明森介绍说,时有发生的我国渔船进入有争议海域的事件,目前主要的原因是有效的监测手段不够。谁能更好地维护自己的海上资源,除了需要外交手段外,从技术上说,就要看谁能准确、及时地实现对管辖海域海上权益的维护。

  被命名为海洋三号的系列卫星,将在2011年开始发射,属于海洋监视监测卫星,可以为划界等外交谈判提供海洋环境和资源信息,尤其是对那些飞机、调查船等难以进入的敏感海域。同时可以提供对方辖区内的海洋环境特征、资源利用情况和海面船只的实施监视信息,为海上快速响应体系服务,提高海上资源维护的速度与精度。

  未来:

  提高海洋卫星应用能力


  从2002年海洋1A发射以来,已过去了5年多的时间,其数据与相关成果正在“十五”科技攻关、“863”、“973”等国家重大计划和国家重大专项中得到应用。从海洋1B运行半年来的情况看,与海洋1A相比,探测效率大大提高了。海洋1A两年内1830轨,境外只有619轨,而海洋1B仅工作6个多月,总计达到905轨,境外436轨。

  然而,林明森介绍说,现有的海洋1A、海洋1B卫星都是试验型卫星,海洋1A卫星已经结束了寿命期,海洋1B卫星的寿命为期3年,而此后海洋水色业务卫星的发展还没有后续计划,不能满足海洋事业发展的需要。

  现有的地面应用系统是针对海洋1A、海洋1B卫星设计的,这种按试验型卫星任务目标设计的地面系统,从长远看不能满足3个系列卫星的业务运行及其发展的需要。

  此外,由于应用基础能力不足,海洋一号的应用效益没有得到充分发挥。针对目前海洋卫星在应用方面的薄弱,在我国海洋卫星2030年规划中,强调了加强业务应用的目标:初步建立3个系列海洋卫星和相应的卫星海洋应用体系;“十一五”期间,实现海洋水色系列卫星稳定的业务化运行,从“试验型”向“业务服务型”转变;实现海洋动力环境卫星的业务化试验运行;结合应用国内外卫星遥感和航空遥感资源,重点开展好国家急需的业务应用。

  在“十二五”期间,我国将建立海洋水色系列卫星的业务化持续发展,实现海洋动力环境卫星的业务化运行,完成海洋监视监测卫星的成功发射,并按时发射与其他国家航天部门合作的海洋卫星。到2020年,我国将实现水色卫星的新一代高性能载荷上天,海洋动力环境卫星达到业务化应用,海洋监视监测卫星进入业务化运行。2030年前,完成以静止轨道和卫星综合组网技术实现对海洋环境的高时间分辨率,达到分钟级别的应急事件海洋观测。(洪蔚)

(责编:张文君)
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