SMAP卫星海表盐度产品及其国内应用研究进展

黄妍

摘 要：海表盐度（Sea Surface Salinity，SSS）是全球水循环和大洋环流动力研究中的重要指标之一，在海洋动力循环和全球气候变化中发挥着极其重要的作用。但受限于传统的观测手段，盐度观测数据时空覆盖率低且分布不均匀，难以准确地反映海洋盐度在较大时空尺度上的变化，而卫星遥感探测手段填补了这块空白，通过卫星遥感可反演大范围、连续观测的盐度数据，为深入开展相关研究提供了更多的可能。作为Aquarius＼SAC-D卫星的接棒者，SMAP海表盐度产品引起了广泛的关注。本文首先介绍了SMAP卫星及其海表盐度产品的基本情况和主要参数，然后分析了SMAP海表盐度产品在国内的相关研究现状，旨在为日后SMAP海表盐度产品在国内的海洋应用技术和海洋科学研究提供参考。

关键词：SMAP卫星;海表面盐度（SSS）;遥感;研究进展

盐度是海水中含盐量的一个标度，它与温度、压力等是研究海水的物理过程和化学过程的基本参数，根据大洋中盐度分布的特征，可以鉴别水团和了解其运动的情况。海水盐度在全球水循环和大洋环流中扮演着重要角色，同时也是全球气候变化的重要指标之一，在海洋--大气这一复杂系统中发挥着极其重要的作用。海洋表面的降水、蒸发、河流径流和海冰的形成与融化都对海表面盐度产生了影响，这些变化会通过海水垂直运动被传输至深海，通过对流和扩散影响到其他区域，继而在不同水体之间产生溶盐量差等，最终影响了海洋动力循环和全球气候变化。

1 SMAP及其海表盐度产品

1.1 SMAP卫星

SMAP卫星于2015年1月31日搭载德尔塔2型火箭在加州范登堡空军基地（VandenbergAFB）发射，是美国宇航局的第一颗土壤水分探测卫星，也是继欧洲航天局发射的SMOS卫星之后第二颗专注于土壤水分观测的卫星。SMAP载有2个仪器：L波段雷达及辐射计，用于全球土壤湿度和冻融监测。雷达和辐射计在外部共享一个可旋转的天线，在内部有不同的信号处理设备。但从2015年7月起，雷达停止工作，目前原因还未清晰。SMAP卫星的相关信息参数如表1所示。

SMAP卫星的应用广泛，它将有助于提高我们对全球水循环、能量平衡和碳循环的理解，以及改善地表的全球水循环和能源通量的估算，天气和气候预报，洪水和干旱监测，农业生产力的预测以及北部区域净碳通量的量化。

1.2 SMAP海表盐度产品

SMAP卫星的首要任务是观测全球表面土壤湿度与表面冻融情況，但是其L波段辐射计可同时观测海表盐度和海表风场。

SMAP卫星海洋盐度产品可从遥感系统（Remote Sensing

System，RSS）获取，主要有L2C和L3级两种海表盐度产品，L2C为条带数据，L3为网格化数据，包括日均产品（实际为8天滑动平均）和月均产品（包括未过滤和已过滤雨水影响两种月均产品），其空间分辨率为0.25°，L3产品是对L2C产品进行质量控制后所得，剔除了质量标记为5，6和7的盐度数据以及风速大于20m/s时的盐度数据，均为NetCDF格式。

SMAP海表盐度产品经过了V2.0、V3.0、V4.0三个版本的优化升级，V3.0与V2.0产品的主要优化在于保持与最后发布的Aquarius卫星Version 5海表盐度产品的一致性，此外，SMAP V3.0产品还减小了在V2.0中在开阔海域观察到的时空偏差。

官方技术指导书提到，在SMAP 4.0版中，与Aquarius版本5的一致性以及在开放海洋上减少的虚假时间和纬向偏差保持一致，以上优化同样延续到SMAP V4.0产品中。V4.0与V3.0产品的主要优化在于提高了陆地校正效果，并获得更靠近近岸的SMAP盐度产品。与之前的版本不同，在SMAP V4.0产品中的40km和70km数据产品已合并为单个数据产品的一个变量，而不是作为单独的数据集使用。70km产品是经40km产品平滑所得，前者可视作官方产品，后者可用于实验目的。在开阔海域，相比于40km数据产品，因70km数据产品过于掉大部分噪声，表现出更优的数据质量。

因此，SMAP海表盐度产品不仅提高了空间分辨率，还更好地减轻了射频干扰和陆地干扰，对研究沿海地区有极大的应用前景。

2 SMAP海表盐度产品国内研究进展

目前国内外关于SMAP卫星海表盐度产品的应用研究整体较少，且集中于全球尺度或国外的局地海域的质量评估及其应用研究，国内的相关研究及其应用极少。作者对2016-2019年国内主要期刊上发表的SMAP卫星海表盐度产品相关的研究论文进行了统计和分析，发现仅有4篇相关文章，其中涉及到质量评估应用研究有3篇，海洋预报研究有1篇，海洋水动力过程研究有1篇。

王艺晴等以西太平洋为研究区域，利用两个ARGO单点每日浮标数据（WMOID：2901520以及WMOID：2901548）

和Argo月平均网格数据对2016年SMAP卫星每日、每月海表面盐度产品的反演质量在空间上和季节上进行评估。研究发现SMAP海表盐度产品与Argo实测数据具有显著的正相关关系，且变化趋势基本一致，研究区域内全年RMSE值处于0-0.35，在西太平洋南部海域偏差较大，在海表盐度较低的海域，两者的对比结果误差较大，该现象在夏秋两季尤为显著。

梁文浩等利用中国东海的冬、夏两次走航实测数据对SMAP海表盐度产品进行验证，结果表明夏季和冬季SMAP资料与实测SSS资料的均方根误差分别为3.55和1.14，该差异要远小于长江冲淡水附近海域的SSS的季节变化，因此SMAP海表盐度产品在该区域适用于进行SSS的分布特征分析以及长江冲淡水的扩散研究。

曹凯翔等以全球海域为区域，利用Argo浮标实测盐度数据与月均盐度网格产品对2016年SMAP日均、月均海表盐度产品与SMOS日均、月均海表盐度产品进行了质量评估，并开展了SMAP和SMOS盐度遥感产品间的交叉比对。结果发现SMAP两种数据产品更接近于Argo实测数据，SMAP海表盐度产品在12个月里的标准差均小于SMOS海表盐度产品，SMAP海表盐度产品年均偏差与标准差在大部分海域小于SMOS海表盐度产品，除高纬度地区，4种SSS产品与Argo数据的平均偏差和标准差随纬度变化浮动不大，SMAP海表盐度产品与SMOS海表盐度产品的年平均空间分布特征一致。

邹颖俊等为弥补现场观测空间分辨率不足的问题，利用SMAP海表盐度观测资料评价了HYCOM全球海洋预报系统的初始场精度及预报技巧，进行了SMAP海表盐度产品、CTD实测数据以及HYCOM初始场的比较，发现SMAP海表盐度产品更接近于CTD实测数据。

综合以上研究发现，SMAP海表盐度产品具有较好的时空分辨率和质量表现，在空间上，开阔海域的质量优于近岸，中低纬度的质量优于高纬度;在时间上，夏季低盐区的误差相对较大，但在趋势变化上与实测数据基本一致。目前国内研究主要是针对开阔海域的质量评估，在局部海域开展相关的应用研究还很少，因此中国近海区域SMAP海表盐度产品还具有极大的研究潜力和探索空间，但受陆地、径流、降雨等多种因素的影响，SMAP海表盐度产品在局地海域的应用研究中还需进行数据验证和评估。

综上所述、SMAP卫星已在轨运行5年，其海表盐度产品在质量评估比对、海洋水动力环境变化、海洋预报等方面已开展一定的相关研究工作，且在数据质量、时空分辨率、实时性等方面展现了其独特优势。但值得注意的是，该领域的应用研究仍显单薄，且以国外研究成果为主，我国科学家在上述相关领域的工作还比较少，SMAP海表盐度产品作为新兴的盐度数据来源之一，希望能引起我国科学家的充分重视，填补该领域研究的空白。

参考文献：

[1]李秀珍，梁卫，温之平，et al.南海盐度对南海夏季风响应的初步分析[J].热带海洋学报，2011（01）：31-36.

资助项目：国家海洋局南海分局海洋科学技术局长基金项目（180238）