从太空看海洋

李尉尉 梁捷 魏连雪

地球表面的71% 被海洋覆蓋着，海洋蕴藏着丰富的资源，是地球生命的摇篮，是人类赖以生存、发展的宝库。如此富饶、辽阔、与人息息相关的海洋，我们对它却知之甚少。但海洋遥感卫星的出现仿佛为人类安上了千里眼，让我们可以从遥远的太空以宽广的视角长时间地俯瞰神秘的海洋，探究它的奥秘。

海洋遥感卫星怎么工作？

为什么海洋遥感卫星能帮助我们探究海洋的奥秘呢？科学家发现，地球上所有的物体都能够辐射电磁波，而不同的物体具有不同的辐射特征。科学家还发现，电磁波与不同的物质相互作用时表现出的特征也是不同的。电磁波可以传播得很远很远，甚至可以传播到太空中，而且传播速度也是目前人类已知最快的。于是，科学家和工程师们就利用红外光、可见光、微波等不同频段的电磁波的反射、散射、辐射原理，研制出各种各样的传感器，并将它们搭载在卫星上，就形成了海洋遥感卫星。

中国海洋卫星家族的发展历程

20多年来，我国海洋卫星实现了“从无到有”“从少到多”“从单一到组网”的跨越。截至2022年，我国已经成功发射了11颗海洋卫星。

2002年5月15日是我国实现海洋卫星“零”突破的日子，在这一天，我国成功发射了第一颗海洋卫星——海洋一号A卫星，自此我国进入了海洋卫星观测时代。随后，我国陆续发射了海洋一号B、C、D卫星，大大提高了对海洋水色、海岸带资源与生态环境的有效观测能力。

2011年8月16日，我国发射了首颗海洋动力环境探测卫星——海洋二号A卫星。此后，我国又陆续发射了海洋二号B、C、D卫星，组成了首个海洋动力环境监测网，大幅提升了海洋观测的范围、效率和精度。除海洋一号、海洋二号系列卫星外，我国还发射了高分三号系列卫星，使得海洋卫星进入组网观测时代，形成对全球海域连续高频次观测覆盖能力。

海洋遥感卫星的看家本领

本领一：海洋遥感卫星能够测量海洋表面的温度。

海洋遥感卫星上的红外传感器通过接收海面热红外辐射来测量海表面的温度，这是卫星遥感中最成熟而且应用最广泛的技术。

科学家通过对海洋遥感卫星获得的海洋表面温度数据图像分析，发现了西太平洋暖池的位置以及与厄尔尼诺现象的联系，这就使我们能够更准确地预报厄尔尼诺现象。不仅如此，在海洋与大气热交换研究、全球气候变化研究、海洋污染监测等方面，海洋遥感卫星测量海表温度都发挥了非常重要的作用。

本领二：海洋遥感卫星能够观察海洋表面的颜色，即水色。

海洋遥感卫星上的水色扫描仪可以通过吸收海洋表面反射的太阳光和海水后向散射的可见光，辐射得到海洋表面的颜色。

水色与海水水质密切相关，根据生物光学特性观测水色，可以获得海水中的叶绿素浓度、悬浮物含量、可溶性有机物浓度等海洋环境要素。水色遥感是可穿透海水一定深度的卫星海洋遥感技术，它在评价沿岸及海洋生态环境，监测赤潮、绿潮、海冰等海洋灾害，预报渔情，研究全球气候变化和全球生态环境方面发挥着重要作用。

本领三：海洋遥感卫星可以探测海洋的运动。

海洋遥感卫星通过微波传感器探测海洋动力参数，从而描述海洋的运动。其中，高度计是最为成熟的。高度计应用雷达测距原理，采用微波和波形检测方法获取卫星到海面的高精度的瞬时距离。高度计曾作为核心设备被用于全球大洋环流实验，帮助人们得到了全球大洋环流分布图。

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风场是描述海洋环境变化的另一个重要参数。风场数据对海洋气象预报、海洋灾害监测、全球气候研究等具有重要作用。

微波传感器能够全天候、全天时工作，并且具有时效性高、覆盖面广的特点，能够有效地弥补常规海洋观测资料的不足，是海洋表面风场探测的主要手段之一。

微波散射器是一种主动式微波传感器，它向海面发射微波，再接收通过粗糙海面反射的回波数据，从而测算出风场的数据。

微波辐射器是一种被动式微波传感器，它被动接收来自粗糙海面的微波辐射，从而测算出风场的数据。

有了這些微波传感器，科学家就可以准确地获取全球大洋的海面风场，甚至可以做出海洋灾害性天气预警，例如监测台风移动路径，识别台风中心、测算台风登陆时间等。

本领四：海洋遥感卫星可以探测海上目标。

当探测一个目标的时候，我们经常使用的就是雷达。但海洋遥感卫星上搭载的可不是普通的雷达，而是合成孔径雷达。

合成孔径雷达是一种主动式微波成像雷达，与一般雷达最大的不同，就是它利用卫星的运动增大了雷达天线的孔径，从而获得更高分辨率的雷达图像。

在合成孔径雷达的帮助下，科学家可以探测和监视海上的船只、海岸、港口、机场等目标。

合成孔径雷达通过微波与海面微尺度结构相互作用，形成海面后向散射能量系数图像。比如观测内波，尽管内波发生在海面以下，但它可以引起海水表面粗糙度增加或降低，这在合成孔径雷达图像上表现为有规律的或亮或暗的区域。

而当海面上覆盖一层油膜时，海面会变得更为平滑，使海面后向散射降低，图像变暗，从而实现合成孔径雷达对溢油的监测。

合成孔径雷达还能够观测海浪方向谱、海面风场、海流、海冰、浅海地形等。它被认为是最有效、最有潜力的卫星传感器。

现在大家已经了解了海洋遥感卫星的四大本领。可是你们有没有想过，它们的本领会随着时间而退步吗？想要解决这个问题就需要进行一项重要的工作——海洋遥感卫星辐射校正和真实性检验。国家海洋技术中心为此进行了我国海洋系列卫星的在轨测试，海上现场同步观测试验，并承建了我国首个海洋定标检验场，为海洋卫星进行定标检验，让它们更好地工作