自然灾害未卜先知各路卫星大显神通

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进入夏季以来，我国很多省市都发生了不同程度的地质灾害和洪涝灾害，并造成大量的经济损失。我国作为世界上自然灾害最严重的国家之一，土地面积辽阔，地理气候条件复杂，自然灾害种类多且发生频繁，因此，加强对自然灾害的准确、及时预测和预警十分重要。

随着航天技术的发展，人类利用各类卫星获取的信息对自然灾害的发生、发展和演变进行预测和监测的能力逐步加强。通过卫星采集各种地面灾害和环境的信息，可为天气气候的观测、精细化预防提供科学依据，对防灾减灾具有重要作用。

▲风云四号卫星

气象卫星：气象灾害的先知者

气象卫星是利用所携带的各种气象遥感器，接收和测量来自地球、海洋和大气的可见光辐射、红外线辐射和微波辐射信息，再将它们转换成信号传输给地面的接收站。

气象卫星最重要的作用是观察地球表面的天气变化，从而给天气预报及监测提供依据。气象人员根据收集到的信息，并经过处理后得出全球大气温度、湿度等气象要素资料，从而做出长期天气预报，确定台风中心位置和变化，预报台风和其它风暴。

气象卫星主要分为两类，一种是极轨气象卫星，另一种是静止气象卫星。前者分辨率较高，但对特定地区的扫描周期较长，这样的卫星每天在固定时间内经过同一地区上空2次，因而每隔12小时就可获得一份全球的气象资料，如果有6颗卫星同时在轨运转，就能每隔2小时更新一次。后者的分辨率则较低，但覆盖区域广，5颗这样的卫星就可形成覆盖全球中、低纬度地区的观测网，并每隔1小时更新一次气象数据。

我国从1988年9月7日发射第一颗气象卫星——风云一号太阳同步轨道气象卫星开始，至今已使用气象卫星30载，并发展出了多个系列的卫星，为我国的气象事业发展起到了巨大的推动作用。

如今，气象卫星已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，除森林大火外，台风、暴雨、沙尘暴、大雾、干旱、洪涝、雪灾等，各种天气都可以找到气象卫星的应用。利用气象卫星预警恶劣气候，对保证航海和航空的安全，保证农业、渔业和畜牧业生产等，都有很大作用。

另外，我国科研人员还曾利用气象卫星对积雪进行过测量和计算，这对祁连山、天山等地区高度依赖融雪灌溉的农业区有重要意义。随着人们对生活质量的要求越来越高，大气灾害的定义范围也越来越广，包括雾霾在内的很多污染也被归纳为灾害，气象卫星同样能够在预测这些灾害方面发挥重要作用。

▲风云三号卫星

▲风云四号气象卫星及仪器示意图

高分卫星：长期防灾显身手

遥感卫星的分辨率高，且都部署在低轨道上，但通过任何地区上空时都是一掠而过，很难大范围观测。部署在静止轨道上的气象卫星可以凝视地球，但分辨率都是以公里计算。能不能把两者的优势结合起来呢？答案是：可以。

高分辨率卫星在长期防灾方面是能手，但很难将其直接用于灾害的短临预报。这里有两个方面的因素，一方面是遥感卫星只在固定的时间飞过某个地区上空。作为太阳同步轨道的遥感卫星，星下点的当地时间永远是上午10点前后，每天最多只有一次观测机会，这就意味着很难进行灾前的短临预报。

另一方面，全球性遥感星座的建设会大幅度提高时间分辨率，而破坏性的自然灾害往往由气象因素引发，这并不是高分辨率遥感卫星的专长。因此，高分卫星在防灾方面更重要的作用是预先探查一个地区的地理、地质条件，结合多方面信息，为土地规划、工业布局、交通管理提供决策依据，为长期防灾做贡献。

2010年，我国正式启动“高分专项”，其中，“高分一号”“高分二号”“高分四号”和高分三号卫星分别于2013年、2014年、2015年和2016年成功发射，2018年5月、6月又相继成功发射了“高分五号”“高分六号”。这种卫星在灾害风险预警预报、林火灾害监测、地震构造信息提取等方面，可以提供远优于传统遥感卫星或气象卫星的信息。

以“高分四号”为例，其部署在静止轨道上，可以用50米的分辨率凝视某个地区，单幅照片的覆盖范围达到16万平方公里。2016年6月，江西省上饶市的鄱阳县发生洪涝灾害，通过“高分四号”获取的数据为灾区评价次生灾害预测工作提供了有利支持。总之，高分家族在灾害预防、应急救灾等方面屡立战功。

▲张衡一号电磁监测试验卫星

张衡一号：地震预测的基石

我国地震区域分布广、强度大、震源浅，是世界上大陆地震活动最强烈、灾害最严重的国家之一。地震灾害的潜在危险对于我国社会发展造成的影响不容轻视，而地震预测更是世界性难题。

目前，世界各国监测地震的主要手段是地面台站观测，但这种观测方式具有很大的局限性，因为受观测环境、生活环境等诸多客观条件限制，在国境边界、海洋、高山、原始森林等地区建台站比较困难，导致目前全球的地震观测台站分布不均匀，存在很多监测空白区。

相反，由于对地观测卫星具有覆盖范围广、电磁环境好、动态信息强、无地域限制等优点，使用卫星研究地球电磁环境，能够从更大尺度上提高对地震孕育发生规律的研究和认识，弥补常规地面地震监测手段的不足。

例如，在高原、海洋等地震台站网不能完全覆盖的地区，其通过卫星就可以实现全疆域实时观测。同时，卫星图像可用于描述地球的新构造运动结构，确定地震风险带的地震构造条件；空间探测能克服地面勘探测量中的很多限制，已成为评估地球断层、板块边界运动、位移情况的有力工具，精度甚至可达毫米级。

那么，卫星可以预测地震吗？理论上，地震发生前，震中附近会发生局部地表温度升高的现象，因此，利用遥感卫星上携带的红外相机就能感知。近年来，我国陆续开展了利用航拍影像和中高分辨率遥感数据进行地震判读与快速评估，以及利用卫星红外数据进行地震热红外监测的研究工作。

不过，地震卫星也存在很多问题。例如，红外遥感容易受到云层遮挡影响，不能作为一种不间断监测的手段。在2008年5月12日汶川大地震发生前夕，由于当地连日阴雨天，受云层干扰，卫星热红外辐射计探测不到云层下低空大气的温度，所以无法做出临震前预报。

另外，通过卫星电磁监测的方法来发现地壳异动，获得地震即将发生的信息还是被广大科研人员接受，并逐渐成为发展趋势。一方面，地震发生前，地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波，并传播至大气层。另一方面，地壳运动会切割磁力线，造成磁力线扭曲。

今年2月2日，我国研制的首颗电磁监测试验卫星“张衡一号”在酒泉卫星发射中心发射成功，“张衡一号”主要用于地震孕育机理研究，为未来建立地震监测体系进行前期技术储备。

这颗卫星每5天实现对地球上同一地点的重访，观测区域可覆盖地球南北纬65度内，重点观测区域覆盖我国陆地全境、陆地周边约1000公里区域以及全球主要地震带。

该电磁监测试验卫星会在轨运行5年，将以标准手段来监测我国6级以上、全球7级以上的地震，并通过大量数据积累和震例分析，推动我国地震观测技术发展。

不过，也必须看到，目前利用电磁监测试验卫星尚不能直接预测预报地震，现在讨论地震预测预报还为时过早，但我国和世界科学界在该领域不断积累，希望在未来攻克这个难题。

“张衡一号”是我国地球物理场探测卫星计划的首发星，未来将以该卫星为基础，继续推进综合空间信息应用研究，加快推进后续卫星的研制进程和地球物理场探测卫星规划论证，全面提高我国对全球地球物理场信息的获取能力。

▲高分五号卫星

▲海洋二号卫星

“兼职”卫星不容小觑

在预测自然灾害方面，除上述提到的几种典型卫星外，一些“兼职”卫星的作用也不容小觑。例如，气象监测也可以通过测量导航卫星信号的变化来发现。科研人员在研究美国GPS导航卫星系统的应用时发现，空气中的水汽含量、温度、气压都会影响导航卫星信号的传播。因此，科研人员一方面要设法消除空气对GPS系统传播的不利影响，另一方面也可以通过GPS系统的信号传播变化来测量大气参数。

海洋卫星也是灾害监测“小能手”。这种卫星包括海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋环境卫星。海洋卫星会监测一些专业性的数据，例如，测量对渔业生产有影响的叶绿素、温度、风速、盐度等。如果这些数据发生严重异常，则意味着灾害即将发生，轻则影响渔业生产，影响到人们的“菜篮子”，重则直接影响到人的生命安全。

另外，由于卫星只是部署在太空的一种探测器，更多的数据分析和判断决策工作，还需要在地面上进行，而把探测数据传送到分析部门和指挥部门，需要通信卫星发挥作用。

总之，利用卫星进行自然灾害的准确预测与预报已经发挥了超乎寻常的作用。未来，随着卫星技术的飞速发展，卫星预报将会为人类的生活带来更为重要的影响，将有越来越多的优秀“成员”加入到灾害预测和预警的大军中，为保护地球和人类的安全贡献力量。