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海洋卫星:监测预警的一把利器

2020-05-12 10:53:37    来源: 中国自然资源报    作者:赵宁

今年5月12日是我国第12个全国防灾减灾日,主题是“提升基层应急能力,筑牢防灾减灾救灾的人民防线”。众所周知,要实现防灾减灾救灾,有一个重要的先决条件:预警监测。

从人力的严防死守,到利用各种监测预报手段,人类社会在与自然灾害的抗争中不断向前发展。其中,卫星遥感技术的应用,形成了“天-空-地-海”的立体监测网络,可为防灾减灾救灾提供更为科学的技术支撑。

目前,我国已经发射并运行的海洋卫星中,就有海洋水色、海洋动力、海洋监视监测等多种类型,形成系列,组网“星座”。它们不仅应用于科研等领域,也服务于自然灾害的监测预警;不仅应用于海洋领域,在陆地资源与生态环境动态监测、江河湖泊水资源监测、森林火灾监测、冰川变化监测等领域也有着广泛的应用潜力……近日,国家卫星海洋应用中心副主任刘建强为我们介绍了海洋卫星在防灾减灾中的应用。

——编者

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海洋一号C卫星南极埃默里冰架遥感影像图

记者:一段时间以来,我们注意到,白格堰塞湖、青岛小珠山山火、太湖蓝藻、深圳附近海域赤潮……海洋一号C卫星等海洋卫星传回的遥感影像,有力支撑了当地的防灾减灾救灾。请介绍一下海洋卫星的需求背景。

刘建强: 当前,我国海洋卫星按海洋水色、海洋动力与海洋监测监视3个系列规划,配置可见光、红外、主被动微波遥感载荷及辅助载荷,每天24小时工作,建立包括北京、牡丹江、海南(陵水、三亚)、杭州地面接收站、船载移动地面站、南极地面站、定标场网及数据处理中心,用户负责星地一体化运行管理,星地系统链条完整,产品时效快,可快速发现地球表面的多尺度、多要素环境信息变化与异常,在海洋、陆地自然资源环境与自然灾害监测方面有很好的应用潜力。

灾害形成的过程有长有短,有缓有急。当致灾因素的变化超过一定强度与承载力时,就会在几天、几小时甚至几分钟内表现为突发性自然灾害行为,如地震、台风、风暴潮、巨浪、海啸、海冰、冰川断裂、溢油、赤潮、绿潮、蓝藻暴发、森林火灾、沙尘暴、龙卷风、泥石流、洪涝、干旱、山体滑坡等。还有一些灾害是在致灾因素长期发展的情况下,逐渐显现成灾的,如海平面上升、海岸与生态环境恶化等。

面对这些灾害特点,卫星就显示了其在监测方面的“长处”。组网运行的多种与多颗海洋卫星,具备全天时、全天候、全球性观测特点,可高频次、周期性、长期、近实时、快速获得全球多尺度多要素信息,不受地理位置和人为条件限制,可覆盖环境条件恶劣的海区,与现场海洋监测手段相结合,取得了过去单纯用现场监测手段无法替代的重大成果,是认识、研究、开发、利用海洋不可替代并已成为现代海洋观测的主导手段。

记者:我国目前在轨的海洋卫星有哪些?具有什么样的性能?

刘建强:目前我国在轨的海洋卫星包括海洋一号C卫星、海洋二号A/B卫星、中法海洋卫星、高分三号卫星。

海洋一号系列卫星用于全球水色水温探测和海岸带动态环境监测,配置光学载荷,陆海兼顾,载荷具有多种空间分辨率、高信噪比、高动态范围等优点。

海洋二号系列卫星用于全球全天候海面风场、浪高、海面高度、海面温度等多种海洋动力环境参数监测,直接为灾害性海况预警预报提供实测数据。

高分三号卫星用于全天候全球海洋和陆地信息的监视监测,载荷为合成孔径雷达(SAR),通过左右姿态机动提升快速响应能力、扩大对地观测范围,其获取的C频段多极化SAR图像可以用于海洋、减灾、水利及气象等多个领域,是我国实施海洋开发、进行陆地环境资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑。

中法海洋卫星为国际合作科研试验卫星,主要任务是获取全球海面波浪谱、海面风场、南北极海冰信息,进一步加强对海洋动力环境变化规律的科学认知,提高对巨浪、海洋热带风暴、风暴潮等灾害性海况预报的精度与时效;同时获取极地冰盖相关数据,为全球气候变化研究提供基础信息。

上述卫星每天的探测计划通常提前3天做出,载荷按计划自动观测,从地面站接收卫星数据、数据传输、处理、存档制作,一般在1小时内完成。根据应急要求,处理与制作专题图也在1小时内完成。

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海洋一号C卫星太湖遥感影像图

记者:在海洋灾害中,海洋卫星发挥着哪些重要作用?

刘建强:近年来,我国海洋卫星在台风、海冰、溢油、蓝藻、赤潮、绿潮等海洋灾害监测方面发挥了巨大的作用。

西北太平洋海域台风监测是国家卫星海洋应用中心的主要职责之一,目前中心利用海洋二号A/B卫星、中法海洋卫星以及欧空局Metop-A/B卫星上的微波散射计数据形成了全球海面风场融合产品,同时开发了海洋卫星遥感实况小程序,打通了遥感数据产品服务公众的“最后一公里”。大众可通过手机直接查看全球近5天内台风、气旋分布、位置及变化。

2019年,我们利用海洋一号C卫星、高分卫星等多颗卫星资料,对渤海及黄海北部的冬季海冰冰情开展了业务化监测,制作了遥感专题图与海冰冰情要素分布图,向国家、海区、省(区、市)三级部门和单位提供服务,为海冰冰情监测与灾害评估、应急响应提供了不可或缺的信息支撑。

海洋溢油能被微波雷达、光学遥感、热红外、紫外等不同遥感器探测到。在2018年发生的“桑吉”轮碰撞燃爆事故中,我们利用高分三号卫星SAR图像进行了连续监测,得到溢油分布及漂移扩散实况。去年至今,中心利用海洋一号C卫星监测到我国近海以及全球多起溢油事件。

我们利用海洋一号C卫星海岸带成像仪监测到太湖、巢湖、洱海蓝藻频发,以及辽东湾、惠州沿海、天津滨海新区、深圳海域的多次赤潮,并及时提供给了有关部门,为地方政府的蓝藻、赤潮综合治理提供了依据。

2008年,青岛奥帆赛前,青岛海域出现大面积浒苔。当时我们动用包括海洋一号B卫星在内的17颗卫星进行了长达3个月的监测,为浒苔打捞与防控提供了有序、有力的技术支撑。

2019年,我们还利用海洋一号C卫星、EOS/MODIS、高分一号、高分二号、高分三号、高分四号等卫星资料对我国近海的绿潮开展业务化监测及黄海跨区域浒苔绿潮联防联控保障工作,制作和发布《绿潮卫星遥感监测报告》129期,实现了绿潮灾害早期发现和全过程跟踪监测,为绿潮漂移路径预测和防灾减灾提供了准确及时的信息服务。

记者:一般理解,海洋卫星是应用于海洋领域的。但在过去的报道中,我们也看到海洋卫星在陆地灾害监测预警上发挥的作用。请介绍一下海洋卫星在这方面的应用情况。

刘建强:近年来,海洋卫星数据的应用深度和广度得到进一步加强和拓展,除开展海温、海冰、台风、绿潮、海域海岛管理等涉海业务化监测应用以外,我们对森林火灾、洪涝、山体滑坡等也开展了监测。

2018年,针对金沙江“11·03”山体滑坡堰塞湖应急事件,国家卫星海洋应用中心利用当时刚刚发射的海洋一号C卫星的海岸带成像仪(CZI)数据开展连续应急监测,11月1日~23日,共获取堰塞湖区域数据20余景,制作遥感监测影像图10期。数据及时提供给应急管理部国家减灾中心,为前线联合指挥提供了客观准确的决策辅助信息。

由于森林火灾发生后,其辐射值与周边有明显的差异,特别是海洋一号C卫星的海洋水色扫描仪可以做到每天一次覆盖,海岸带成像仪可以做到3天一次覆盖,数据获取频次高,火灾前后图像做比对更容易判断,由此可计算过火面积,为相关部门提供数据支撑。

两极冰川的变化已成为全球海平面升降的最重要因素之一,其中松岛冰川是南极最大、移动速度最快的冰川,是西南极冰层内部所发生的任何大变动的一个指示器,受到多国科学家关注,并采用现场、航空、卫星等多手段进行了多年观测与测量。我们采用海洋一号C卫星上的海洋水色扫描仪与海岸带成像仪对南极进行观测,通过调试设置合理的工作模式,安排探测计划,获得数据后,经一系列的处理分析,发现松岛冰川靠海洋的一端有一条冰缝隙逐渐加大,并已分离出巨大的冰山,验证了所设计冰雪探测模式有效可用,现已经积累了南极、北极以及我国山岳冰川的大量遥感数据,应用潜力很大。

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关键词: 海洋勘探
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