我国卫星海洋遥感应用技术的新进展

潘德炉，龚 芳

（卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

院士专稿

我国卫星海洋遥感应用技术的新进展

潘德炉，龚 芳

（卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

21世纪以来，世界各国纷纷把目光投向海洋，向海洋要环境，向海洋要资源，向海洋要安全．海洋已成为国际上新一轮竞争的重要舞台．对海洋环境的认知能力是竞争的核心内容之一，由于卫星遥感的独特优势，它已成为提升广阔海洋环境认知度的重要高新技术手段．文章在概要介绍我国自主卫星发展过程及性能基础上，从自主卫星资料处理技术、海洋卫星资料的融合重构技术和新领域拓展应用技术等三方面论述了近年来我国卫星海洋遥感应用技术的新进展，最后描述了我国“十二五”期间海洋卫星系列的发展战略和规划，为从事海洋遥感的科技工作者提供了难得的机遇和挑战．

海洋遥感；国产卫星；资料融合；应用拓展

海洋占地球表面面积的71%，是生命的摇篮、资源的宝藏、风雨的温床、贸易的通道以及国防的屏障．进入21世纪，围绕海洋资源开发、海洋环境安全和海洋权益维护，国际上开展了新一轮的海洋竞争．当前新一轮海洋竞争已经完全不同于以往任何一次的海洋竞争，它是以高科技为依托的军事竞争、经济竞争和科技竞争．由于海洋现象千变万化，所有这些竞争都离不开对海洋环境认知能力的竞争，谁站在海洋认知度的制高点，谁就掌握了新一轮竞争的主动权，由此也就促进了卫星海洋遥感高新技术的发展．由于卫星遥感具有大范围、高频度和实时观测的优势，海洋卫星观测系统已成为全球海洋观测系统中的重要组成部分，卫星海洋观测能力自然也成为国际海洋竞争内容之一．卫星海洋遥感技术包括卫星、火箭、通信、测控和应用技术．本文着重介绍和论述海洋遥感应用技术的新进展．

1 自主海洋卫星资料处理技术的提升

自20世纪80年代，我国开始重视海洋卫星遥感事业的发展，在风云－1系列卫星遥感器的配置上，同时增配了海洋可见光和红外遥感载荷，实际上风云－1系列卫星是气象和海洋应用相结合卫星．在1998年9月和1990年9月发射的气象卫星FY－1A（风云－1A）和FY－1B（风云－1B）上，安装了甚高分辨率扫描辐射计（Very High Resolution Scanning Radiometer，VHRSR），该辐射计有5个探测通道，其中2个通道（B3、B4）用于海洋水色（可见光）探测，1个通道（B5）用于海洋水温探测，见表1．又分别于1999年5月和2002年5月发射了FY－1C和FY－1D气象卫星，这2颗卫星的VHRSR在性能上有很大提高，由原来的5个探测通道增加到10个，其中4个通道（B7、B8、B9和B10）用于海洋水色环境要素（如悬浮物浓度、叶绿素浓度、黄色物质等）的探测，2个红外通道用于海洋水温的探测，见表1．根据《联合国海洋法公约》规定，按我国主张可管辖的海域约300万km2，相当于陆地面积的1／3，海岸线1．8万km长．利用卫星技术监测海洋在维护我国权益、保护我国海洋环境、开发海洋资源、减灾防灾和海洋科学研究等方面都对卫星探测海洋的光谱分辨率、探测海域、时间覆盖率的提高提出了新的更高要求．我国于2002年5月发射了第1颗专用的海洋卫星HY－1A，在该卫星上安装了2个遥感器，用于探测海洋水色水温的水色水温扫描仪（Chinese Ocean Color and Temperature Sanner，COCTS）和海岸带成像仪（Coastal Zone Imaging，CZI）．其中COCTS有8个可用于测量海洋水色的通道和2个用于测量水温的通道，CZI有4个通道用于海岸带环境（如河口污染、海岸线变迁、岸带土地利用等）．5年后，于2007年4月又发射了第2颗海洋卫星，至今一直正常在轨运行．这一颗海洋卫星同样安装了COCTS和CZI遥感器，但在性能上有如下改进（见表1）．

表1 我国各种不同卫星水色遥感器的性能比较表

4）COCTS的近红外波段从原来HY－1A的730～770nm带宽改成了740～760nm，从而避开了760～770nm带宽范围内受臭氧的影响；

5）CZI的通道设置作了较大的改动以更能满足我国海岸带水环境的监测需求．

为充分发挥我国自主卫星的作用，对HY－1系列卫星以及FY－1卫星资料的处理技术近年来有了显著提升．

1．1 大气校正技术

我国第一代自主海洋卫星HY－1系列，配置的主要遥感器，主要用于测量海水成分，如悬浮泥沙、叶绿素、黄色物质等，以及水温．卫星遥感器从离开海面800km左右高度，接收到总辐射能量，包括大气瑞利散射、气溶胶散射、太阳耀光以及来自海面的辐射等，而其中来自海面的辐射只占到总辐射能量的5%～15%，如图1所示．于是，海洋水色卫星资料应用的第一个难题是去除来自大气的干扰辐射，即大气校正．由于中国近海海区大气受到灰尘和霾的影响而浑浊，另外沿岸水体高悬浮泥沙的背景，国际上自20世纪80年代逐渐发展起来的标准大气校正算法，如Gordon［1］基于近红外波段水体辐射为零的假设，提出了CZCS（海岸带水色扫描仪）的初步大气校正算法，Gordon、Brownd等［2］发展了大气校正模型，提出了逐次散射项法求解矢量大气辐射传递方程，提高了原来用单次瑞利散射近似法计算精度的大气校正．自从美国发射了专用海洋水色卫星——海星号（SeaStar）以来，针对星上第二代水色遥感器SeaWiFS（宽视场水色扫描仪）的灵敏度提高，Wang和Gordon［3］提出了多次气溶胶散射算法进行大气校正．Chuanmin Hu［4］利用“借用法”解决浑浊二类水体近红外波段不为零难题．Kevin［5］利用2个近红外的气溶胶反射比和离水反射率来提高二类水体大气校正精度．针对浑浊的二类水体的大气校正，国际上代表性算法有：1）直接“借用”邻近一类水体的气溶胶类型和光学厚度法；2）根据生物－光学模型，建立红波段、近红外3个波段的辐射值与水色要素之间关系的迭代法；3）给定近红外2个波段的离水辐射反射率比值及气溶胶模型法；4）根据水分子特性的迭代法．由于中国沿海是一个典型高浓度的水体，悬浮泥沙高达1 000mg／L，采用以上大气校正，依然存在蓝色波段（412nm）过校，校正出现负值［6］，针对此，潘德炉等［7］采用865nm近红外波段的气溶胶反照率来进行中国海区大气校正，何贤强等［6］通过总结沿海多站点实测光谱分析，提出了利用412nm蓝波段的离水辐射率对近红外波段反射法进行大气校正．另外何贤强等［8］提出了海洋－大气耦合矢量辐射传输模型，得到适于中国沿海大气校正的瑞利散射、气溶胶散射和大气穿透率的高精度查找表，并应用于我国自主卫星的HY－1A和HY－1B的COCTS的大气校正．

图1 卫星海洋可见光遥感器接收到辐射量示意图

1．2 星－星交叉辐射定标技术

辐射测量精度是卫星海洋水色遥感的关键技术之一，只有满足离水辐射率测量相对误差小于5%以内，才能满足一类水体叶绿素浓度反演相对误差小于30%．为此，在卫星入轨前，首先利用积分球对遥感器作了绝对定标，建立起卫星下传的数值与辐射量间转换关系．由于定标设备、工艺和技术所限，我国自主海洋卫星上无绝对实时的定标，必须依靠地面进行再定标，通常与卫星同步的海面－卫星的点对点定标，需要大量船只和浮标实测配合，十分昂贵．同时由于天气和海况的原因，很难得到满意的稳定定标系数．潘德炉等［9］提出利用美国高精度的SeaWiFS卫星资料对我国COCTS在轨定标的理论和方法，利用准同步的SeaWIFS数据，模拟得到两卫星交叉定标海区的COCTS的总辐射量，并与HY－1A和HY－1B，COCTS测得的辐射值进行比较，确立不同波段的交叉定标系数．交叉定标结果提取的离水辐射率再与少量现场测量得到离水辐射率以及SeaWiFS得到结果相比较，表明星－星交叉定标的精度能满足水色要素测量的要求，如图2所示．

图2 利用美国SeaWiFS资料对我国神三CMODIS资料交叉定标结果

1．3 水色要素的提取和初级生产率估算

海洋水色遥感基于海水可见光光谱特性，测量海水中叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质等海洋水色要素的遥感，对这些海洋水色参数和水温的遥感，已应用于我国FY－1C和FY－1D的资料处理，唐军武等［10］针对HY－1A与HY－1B的COCTS和CCD波段配置，以及海上的水色要素的水色光谱实测，利用不同波段离水辐射率组合，神经网络以及与实测课题回归等，建立了提取三大水色要素的算法，并应用于HY－1A与HY－1B的COCTS和CZI的水色要素产品制作．

海水透明度是一项海洋经典水光学参数，它是悬浮泥沙、叶绿素和其它带色物质等水成分的水体光学的综合反映，它直接影响水中浮游植物的光合作用，直接可用于海洋初级生产力的评估参数，同时可用于海洋水团分析和水质的评价．何贤强等［6］基于水体光学特征的半经验分析法，提出了反演透明度的模型并制作了透明度遥感产品，经与实测的556组数据比较，相对误差22．6%，如图3所示．

浮游植物的初级生产力（OPP）是海洋生物链的基础，复杂的海洋生态系统、碳循环乃至全球气候变化的研究都十分重要，我国学者近年来利用卫星水色水温遥感资料估算海洋初级生产力取得了较大进展．如潘德炉等［11］、官文江等［12］和白雁等［13］利用黄海和东海的两年实测，运用准同步卫星得到光学厚度、有效的光合作用辐射（PAR）以及海面温度（SST）（如图3所示），得到了估算中国海区的初级生产力算法．并利用我国自主海洋水色卫星HY－1A和HY－1B融合SeaWiFS和MODIS水色遥感资料，得到了我国海区的季节性初级生产力的遥感产品图．

图3 利用我国HY－1B卫星资料提取海水透明度、海表温度月平均图

2 海洋卫星资料的融合重构技术

卫星海洋遥感利用电磁波与大气和海洋的相互作用实现对地探测，根据电磁波波长不同，卫星遥感通常可分为可见光（0．4～0．7μm）、红外（1～100μm）和微波（0．3～100GHz）遥感，它们有各自优势和缺点，如可见光和红外遥感，与微波遥感相比有较高的光谱分辨率，提供了比微波更丰富的信息，但可见光和红外由于受到云、雾和霾的影响引起卫星资料的严重缺失．近几年，以中国海区［105°～130°］E，［10°～50°］N，如5天平均的海面温度SST数据的缺失率在40%左右［14］．而微波遥感能穿云破雾，不受大气条件的影响，于是可以利用微波探测来替补可见光和红外的缺失区域．微波海洋遥感与国际相比，我国起步较晚，直至20世纪90年代初，加强了星载微波遥感器的研制，2004年12月，“神舟”四号飞船成功发射，该飞船上对地观察的主载荷是多模态微波遥感器，是我国第一次进入太空集微波高度计、散射计和辐射计为一体，具有综合观察能力的遥感器，经过“神舟”四号飞船在轨运行为我国微波海洋遥感资料获取以及多源卫星资料的融合应用迈出了可喜的一步．另外，由于卫星过境对地观测的时间不一样，天气状况不一样，覆盖的区域不一样，不同时相的可见光与红外卫星资料同样可以互相替补，实现卫星资料重构，如在国内朱江等［15］对于检测出的云区，采用同期相近时相AVHRR资料的相对变化率来反演代替云区，大大提高了资料的利用率，但误差较大［16］．毛志华等［17］对云覆盖区综合采用了插值、平滑、匹配修正等方法，以及数值内插、曲面拟合和动力方程的数值替补方法，利用历史同期标准温度图进行时间域的替补．丁又专等［14］提出的结合经验模态分解（EMD）与经验正交函数（EOF）的自适应EMD－EOF资料重构方法，及应用该方法对2003年长江口的海表温度（SST）与表层悬浮泥沙浊度（SSC）遥感产品进行资料重构，SST重构的均方根误差小于0．9℃，SSC重构的对数均方根误差为0．137mg／L．EMD－EOF的方法同时还可以有效地剔除遥感反演中薄云而导致的噪声点，提高了原始图像的准确度，得到了全覆盖的遥感再分析产品，重构后的效果如图4所示．

通过多源、多时相卫星资料融合重构的卫星遥感资料对卫星遥感观测、现场观测和数值模拟三者有机结合研究全球海洋的现象，发现变化规律有着十分重要作用，如当前应对气候变化中“全球气候系统模型”，就用卫星遥感重构资料作为海－陆－气耦合模型的初始场，弥补了只用现场观察其空间与时间的离散性和独立性等不足，使得模拟结果逼近真实状态，包含了内在物理过程［18］．从而可见，融合重构后的卫星遥感资料在全球气候系统观测上有其独特的贡献．

图4 卫星遥感海表温度产品重构结果比较

3 新应用领域的拓展

随着海洋环境监测、资源利用与保护以及海洋权益维护等国家重大需求的牵引，我国卫星空间技术蓬勃发展，卫星遥感资料的应用领域从原有海洋水色要素（悬浮泥沙浊度、叶绿素浓度等）以及水温等海洋环境要素监测、赤潮和绿潮监测、海洋渔业中鱼群发现与定位，近年来又发展到沿海水质监测、CO2的监测、海岸带生态健康评价，以下对这三方面的新领域应用作概要介绍．

3．1 沿海海洋水质遥感监测

长江三角洲地区包括上海市、浙江省和江苏省，区域面积21．07万km2，只占全国2．1%的陆地面积、11%的人口．然而长江三角洲是中国经济实力发展的龙头，长三角的经济生产总值在全国GDP总量中的占比一直维持在20%～23%．虽然2009年金融危机对长三角经济产生了冲击，但从统计数据看，2009年其生产总值达71 794亿元，GDP总量首次超过1万亿美元，成为世界第11大经济体，同样创造了全国21．7%的国内生产总值、24．5%的财政收入和47．2%的进出口总额．其中海洋产业异军突起，2010年5月12日，根椐国家海洋局发布的《中国海洋发展报告2010》，2009年全国海洋生产总值31 964亿元，其中长三角经济区海洋生产总值9 466亿元，约占全国海洋生产总值比重的1／3．然而经济的快速发展给海洋环境状况造成了不可低估的影响：20世纪90年代以来，随着流域污染物排海量的增加，河口及其邻近海域环境的变化，使得近海生物的多样性降低，海洋资源和环境的承载力下降等；另一方面，生态环境的衰退、服务功能的下降与可持续利用能力的降低，已成为制约沿海经济持续发展的重要因素．针对我国沿海水质环境恶化、灾害（富营养化、赤潮和污染等）频发、水体服务功能下降和持续利用能力降低，每年国家海洋局组织沿海各级海洋行政主管部门对我国管辖海域水环境质量现状和趋势进行海洋常规监测，消耗大量的人力、物力、财力资源．而这种常规现场监测方法也仅是海洋站点、航次剖线的测量，一年只能得到一张全国水质沿海的水质图，无法满足大面积沿海水质环境实时动态监测、评价和服务决策的需求；长三角二省一市领导对沿海的环境十分重视，时任浙江省委书记习近平等领导亲临国家海洋局第二海洋研究所遥感实验室视察调研，科研人员提出的利用大范围高频度覆盖沿海海洋的优势，进行海洋水质遥感与实时监测和速报的想法，很快得到了长三角二省一市和国家海洋局领导的支持，相继实施了长三角二省一市科技联合攻关项目“长三角沿海水质遥感实时监视和速报的关键技术”、国家海洋局组织的国家公益专项“基于HY－1B等海洋水色卫星的沿海水质实时监测和速报业务体系”以及国家863项目“海岸海洋环境遥感精准探测与应用系统”．项目组经过多年的努力，开发了基于我国自主的HY－1B等海洋水色卫星测量沿海水质参数定量化遥感模型和水质分类技术，实现了从光化物质遥感到非光化物质遥感的跨越，填补了我国沿海水质遥感监测的空白，发展了适用于我国海域的水质遥感反演模型，该模型反演卫星资料所得水质分类精度，经2007年以来4年时间实测资料验证结果表明，正确率达到85%以上．2007年欧盟和科技部龙计划项目培训班（海洋水质）的教材软件向来自世界各地的学员展示，得到了国内社会公众和国际学者的广泛肯定．

通过这些项目的实施，建立了一套沿海水质遥感实时监测和速报业务系统，如图5所示．

该系统能自动接收中国自主卫星海洋卫星HY－1B、气象卫星 FY－1D和国外卫星 NOAA、MODIS等10颗卫星资料，经融合实时处理，从原始资料的预处理到水质因子遥感产品生成．项目组已制作了连续5年的遥感水质速报年、季、月、旬产品；并有不同等级用户的网络可视化查询和信息速报的功能；在上海和浙江省海域进行了连续多年（2007—2010年）的遥感水质速报试验表明，系统稳定可靠，使用方便，深受欢迎．该套遥感水质系统大大提高了水质速报的频率，从每年1次的公报提高到每旬1次和每月1次、每年1次的遥感水质分类图速报；同时降低了水质报的人力、物力等成本．沿海遥感水质实时监测与传统的常规水质报相比，综合性价比提高了1万倍．同时长三角地区的水质遥感技术入选2007年上海世界工业博览会，该套沿海水质监测和速报系统已成为从长三角推广到黄三角、珠三角，乃至全国范围应用的重要平台，为进一步建立全国海洋水质预警系统提供了技术支持；另外，项目攻克了我国海洋自主卫星HY－1B系列卫星资料处理关键技术并开发了实用应用软件，处理精度达到了国际先进水平，大气校正、水色水温信息提取和卫星资料融合等软件已推广集成到国家卫星海洋应用中心运行；基于HY－1B卫星的海温遥感产品作为海温预报的初始场，为每周中央电视台的海洋预报节目提供服务，标志着我国自主卫星的应用实质性地跨出了可喜一步，极大地推动了我国自主卫星的业务化应用．该成果正在计划推广到黄三角和珠三角，乃至全国沿海，希望在不远的将来能像天气预报一样，基于卫星遥感监测我国沿海水质的变化并实现水质变化趋势预测，服务大众．

3．2 海洋CO2遥感监测

人类活动每年向大气排放70亿t碳，在20世纪末开展的全球海洋通量联合研究（JGOFS）及其他一些针对大洋的国际研究计划经过10多年的研究表明：人类活动每年向大气排放大量的CO2，其中约一半存留在大气，另一半则被海洋和陆地生物圈吸收；海洋每年可从大气吸收1／3左右的人类排放碳量，其对全球气候变化的影响非常巨大．中国海洋国土面积约300万km2，它与陆地生态系统共同构成了我国的区域碳循环系统，调控我国总CO2收支．因此，对中国海域海－气CO2通量、碳储量及其变化的监测是我国海洋环境监测及应对全球气候变化的一项重要工作．从地球观测计划（EOS），到全球海洋观测计划（GOOS），再到海洋碳观测计划（OCOS）以及大尺度CO2观测计划（LSCOP），表明了海洋碳循环观测的显著地位，海－气界面CO2交换通量（即单位时间内单位面积上海洋向大气吸收或排放CO2的量，定义为：向大气释放CO2，称为碳源；从大气吸收CO2，则称为碳汇）正在日益得到重视．中国对邻近边缘海的CO2源汇格局进行过一些研究，由于监测的时空覆盖度低、时空代表性差，至今我们仍然不能就“中国近海总体上是源还是汇”这一重要问题做出定量的明确回答．为理清中国近海碳收支清单，研究碳循环调控机理是国家制定减排政策、应对环境外交谈判与提升履约能力的科学基础，国家973资助了“中国近海碳收支、调控机理及生态效应”项目，相继2010年，由国家海洋局第二海洋研究所牵头实施国家重大公益项目“中国近海海－气二氧化碳通量遥感监测评估系统研究与示范”，该项目充分发挥卫星遥感大面积同步、高时空频率、实时观测、长期稳定及经济性的观测优势，以及锚系浮标高时间分辨率、连续时间序列观测的特点，重点开发遥感和锚系浮标的观测技术，结合现有的走航CO2断面观测系统，形成中国近海较完整的CO2立体观测体系．现正在开展立体观测系统的关键技术研究，如碳循环关键生物地球化学参量的遥感探测机理和反演模型，从生物量（遥感叶绿素浓度）考虑的初级生产力，以及从离水辐射率考虑的水体组分信息反演，结合海水中CO2分压的遥感计算，能更精确地计算碳固定量，为海洋碳源和碳汇的定量化计算和生态响应机制研究提供数据和分析基础．海洋表层水中的CO2及其界面上的海－气分压差与表层海温的变化有很大的相关性，可以建立遥感反演海表温度SST与海洋分压差p CO2和溶解无机碳之间的关系；在有机碳部分，根据水体成分的表观光学性质和固有光学性质，同样有可能利用遥感离水辐射率建立水体DOC和POC的反演模型，实现海水无机碳和有机碳含量的探测．另外，估算遥感初级生产力和新生产力，可以从生态角度研究上层海水中的生物碳储存量及真光层有机碳的输出量．在以上研究基础上逐步建立立体遥感系统，利用遥感模型实现大面积和高频率重复观测，结合实测数据验证，同化到碳循环的数值模型，研究中国邻近海碳源汇格局、变化趋势及其生态响应．

图5 长三角海洋水质速报系统示图

3．3 海岸带生态健康遥感监测

海岸带位于陆地和海洋相互交绥的过渡地带，各种环境要素和资源构成一个有机的整体．中国的大陆海岸线长1．8万多km，另有海岛岸线1．4万多km，海岸线总长超过3．2万km，为世界上海岸线最长的国家之一．海岸带生态系统健康是实现社会经济可持续发展的基础，是提高人民生活质量和生活环境的重要保证．它可以满足人们多种需求，有效保护和改善环境，为动植物提供栖息场所，为人类提供食品、能源和游憩场所．健康状态下，海岸带生态系统能够保持稳定性、生物多样化以及对灾害性破坏的自我调节能力，能够从大范围的破坏中恢复、保持生态系统的平衡，并满足现在和将来人类所期望的多目标、多用途、多产品和多服务水平的需要．然而近年来我国海岸带除了受全球气候变暖的影响外，人类活动对它的压力逐渐加大，导致一系列的问题．我国沿海地区是经济发展最迅速的区域，其面积占全国的14%，沿海11个省、自治区、直辖市人口总数约为5．5亿，占全国的40%，人口平均密度约为700人／km2，GDP总产值占全国的60%以上，人均GDP约为3万元．2008年《中国海洋环境公报》研究结果显示，岸线人工化指数达到0．38，上海、天津、浙江、江苏和广东的沿海地区已经处于高强度开发状态．污染海域主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾、长江口、杭州湾、珠江口和部分大中城市近岸局部水域，海水中的主要污染物是无机氮、活性磷酸盐和石油类，海岸带生态系统承受巨大压力，面临极大风险，迫使人类对于自然资源和生态环境的态度，由仅仅追求经济利益转为同时兼顾生态利益．近年来，我国的遥感学家开展了基于遥感与地理信息系统技术，探讨了海岸带生态系统健康概念以及影响生态系统健康的因素，并用海岸带生态系统健康评价体系来定量化评价浙江省海岸带生态系统健康水平．分别对浙江省海岸带的沿海陆域子系统、海岸线以及水域子系统进行监测，并分析其变化和对海岸带生态系统健康状况的影响．在陆域子系统中，采用1998—2007年共10年的10天植被指数，研究城市扩张、人类活动对植被的破坏、植被活动能力的变化以及基于象元的斜率所表现的生态系统健康活力、组织力和恢复能力，并比较浙江省沿海县市陆域生态系统健康状况．对于用于健康评估的海岸线子系统采用1985、1995和2005三期遥感资料，通过遥感图像处理和信息提取获得每个时期的大陆海岸线，从而得到每个时段海岸线变迁和陆域面积增加状况，这些结果和分维数变化一起作为评价影响生态系统健康的因子，以海岸线变化剧烈的围垦区为例，探讨围垦的经济、环境和生态效益．对于用于健康评估的水域子系统，收集2005—2007年遥感反演的水质参数、政府公报等资料，分析每项参数对海岸带生态系统健康的影响方式和空间分布变化情况，对近年来浙江省水体状况深入了解并建立一个空间化的水体生态系统健康评价模型．建立动态的压力－状态－响应评价体系，确定了基准值和指标权重，评价了2005—2007年浙江省海岸带生态系统健康变化情况，发现：陆域子系统中由于城市化的进展和工业的快速发展，植被面积减少，平坦地区活动强度普遍下降，非植被的城镇斑块扩大，活力降低，稳定性下降，永久性建筑的修建造成物种交流隔断，生态脆弱性增强，生态系统的组织结构发生变化，反弹力也下降；海岸线子系统中由于人类围垦、填海造地、海洋工程等的影响，导致海岸线在不断地向海洋推进．这些活动在短时间、小尺度范围内改变自然海岸格局，对海岸带生态系统产生强烈扰动，造成新的不平衡，有时甚至会引发环境灾害，对海岸环境构成不可逆转的影响和损失．以杭州－绍兴－余姚典型围垦区为例，探讨围垦带来经济效益的同时，海岸线处于人工胁迫压力之下，受干扰强度大，岸线附近的陆生和水生动植物都受到扰动，甚至有的面临消失的危险．围海造地和工程开发不可避免带来水体、大气的污染，使海岸带生态系统健康受损；水域子系统中由于海洋资源开发强度加大，污染物排放、过度捕捞、有害藻类暴发，导致生态系统活力降低、抵御自然和人为干扰的能力下降、营养和有害物质的自然净化能力受阻、食品生产安全风险增加、生物多样性降低、渔业资源减少、休闲娱乐功能降低．总之，研究中选择的长江年径流量、污染物排放量、海洋经济生产总值、悬浮泥沙浓度、年平均NDVI、透明度、叶绿素浓度、赤潮暴发面积、非植被面积百分比共9个指标评价了2005—2007年浙江省海岸带生态系统状况，发现浙江海岸带生态总体上处于不健康水平，但是近3年来略有好转．其中海岸带承受的压力逐年增加，2006年的状态最好，另外两年较低，相应逐年增加．通过这一研究使海洋卫星遥感资料在海岸带监测中扩大了应用领域，提高了海岸带生态环境总体遥感水平．

4 机遇与挑战

2010年6月7日，胡锦涛主席在中国科学院第15次院士大会，中国工程院第10次院士大会讲话指出：“大力发展空间和海洋科学技术．要提高空间探测能力、对地观测能力、信息应用能力，在空间科学技术研究及其应用方面取得原创性重大突破，保证我国有效和平利用空间．要提高海洋探测及应用研究能力和海洋资源开发利用能力，使我国海洋科技水平进入世界前列，增强我国海洋能力拓展，支撑我国海洋事业发展，保护和利用海洋．”“十二五”期间，我国卫星海洋遥感的发展紧密围绕国家安全和海洋经济快速发展提供资源环境保障、全球气候变化应对策略和防灾减灾服务的重大战略任务，加快发展海洋业务卫星专项建设，强化海洋卫星地面系统基础设施建设，促进海洋卫星、卫星海洋应用和海洋科学的协调发展，建设“服务近海、开拓大洋、走向全球”的卫星海洋遥感应用体系，开创海洋卫星朝着“需求牵引、天地统筹、业务为基、数据共享、综合利用”的“十二五”发展新局面．其目标以满足国家资源环境调查与权益维护、全球气候变化应对策略和防灾减灾的需求为核心，围绕“十二五”三大海洋发展战略，建立4个海洋卫星系列，突破5项关键技术，构建6个业务应用系统的总体建设目标．三大海洋发展战略，即“服务近海、开拓大洋、走向全球”的海洋遥感发展战略．4个海洋卫星系列：海洋水色系列卫星、海洋动力环境系列卫星、海洋监视监测系列卫星和新型海洋系列卫星．5项关键技术：定量化遥感技术、多源卫星遥感资料的融合技术、海洋卫星资料分发技术、遥感业务化应用技术和新遥感器应用技术．6个业务应用系统：基于卫星遥感的海洋环境预报同化系统、海洋防灾减灾遥感应用辅助决策系统、应对全球气候变化的遥感应用系统、基于遥感的深远海环境与资源调查应用系统、海洋权益维护遥感服务系统和近海海洋环境动态监测技术．

2011—2020年的10年内，有可能发射5颗专用海洋业务卫星、2颗试验海洋卫星，基本建成4个海洋系列卫星．另外，计划发射的FY－2和FY－3系列卫星配置的遥感器，以及环境与灾害卫星配置遥感器中有很多同样可综合应用于海洋的环境监测，实现海洋水色和动力环境的业务化服务能力；基本建成具有国内外数据接收和数据分发服务保障能力的海洋卫星地面系统；开展我国卫星海洋辐射校正与真实性检验场的建设；完成6个业务化应用系统建设并投入运行，形成为“服务近海、开拓大洋、走向全球”的海洋战略目标提供业务化遥感服务的能力．

5 结 语

由于卫星遥感覆盖面大、频度高、实时性好的优势，占地球表面积70%的海洋离不开卫星遥感．在政府不同渠道的支持下，我国自主海洋卫星资料处理技术提升，海洋卫星资料的融合重构技术、新领域拓展应用技术等方面近10年来取得长足进展，开始步入国际先进行列．为大力发展海洋科学技术，提高海洋环境探测、资源开发和权益维护，我国将在今后10年中逐步形成海洋水色、动力、监视和新型遥感器试验等4个海洋卫星系列，提供海洋卫星和卫星海洋遥感应用的极好机遇和挑战．

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Abstract：Since the 21st century，various countries have cast their eyes on the ocean，focusing on seeking best prospects of ocean environment，resources，and security．The ocean has become the important stage for a new round of international competition．The cognition capability to the marine environment is one of core contents of competition．As a result of the unique superiority of satellite remote sensing，it has become important hi－tech methodology for deepening the cognition to the marine environment．This article briefly introduced the developing and performances of national satellite programs，discussed recent progress of application technology in oceanic satellite remote sensing in our country in detail，including the data processing technology of national satellites，the fusion and restructuring technology of remote sensing information as well as the expanding application to different new fields．The article also described the developmental strategies and plans for oceanographic satellite series during the 12th Five－Year Plan，which can provide rare opportunities and challenges for the scientists who are engaged in the oceanic remote sensing．

Key words：oceanic remote sensing；national satellite；data restructure；expanding application

Progress in Application Technology of Satellite Ocean Remote Sensing in China

PAN De－lu，GONG Fang

（State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics，Second Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Hangzhou 310012，China）

P715．7

A

1674－232X（2011）01－0001－10

10．3969／j．issn．1674-232X．2011．01．001

2010－11－01

潘德炉（1945—），男，浙江东阳人，中国工程院院士，国家海洋局第二海洋研究所研究员，海洋遥感专家，《海洋学报》主编，国际海洋水色遥感专家组成员．E－mail：pandelu＠sio．org．cn