为什么要用卫星看海洋（一） - 海洋观察卫星技术

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最近，名为“海丝二号”的卫星宣布完成了在轨测试，而且已经拍摄了2.6万多张图片。

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“海丝二号”海小卫星太空作业模拟动画

既然有“二号”，那就有一号。2020年12月“海丝一号”卫星升空，2021年6月“海丝二号”卫星升空。按照航天的惯例，它们进行了长时间的在轨测试，才算是正式“上工”。现在，它们一起构成“海丝”星座，闪耀于太空。

翱翔于太空的“海丝二号”卫星拍到的2.6万多张图片，都是拍的什么呢？是星空和宇宙吗？恰恰相反，它瞄准的是咱们生活的地球，并且是专注于海洋的，无愧于它名字当中的“海”字。

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“海丝二号”卫星有许多创新之处，不过并非独一无二，其实以往全世界已经发射过许多“海洋卫星”。海洋卫星是一类遥感卫星，主要采用光学的方法，远距离实施海洋生态环境的综合观测。我国早在2002年就发射了首颗海洋卫星——“海洋一号”卫星。

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卫星距离地表很远，不可能比靠近了看得更真切，为什么要从太空中用卫星看海洋呢？

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海洋卫星覆盖范围大，特别是要覆盖地球半球乃至全球

海洋非常广阔，占地球表面约70%，并且其海面、海浪等要素的变化也相当迅速，作为高飞在宇宙中的卫星，可以想见，海洋卫星的探测能覆盖庞大的海面区域，特别是对地球半球乃至全球探测能力，不仅能够探测尽可能大范围内的海洋信息，还能用来研究大气环流、厄尔尼诺现象等大尺度现象。

2015年12月太平洋海面温度随地理经度的大范围变化

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“海丝二号”卫星飞行于太阳同步轨道，这也是遥感类卫星经常选取的一类轨道。卫星绕着地球转，怎么跟太阳同步呢？利用轨道进动效应，太阳同步轨道选择了略微大于90°的轨道倾角，根据计算，进动的速度大约为1°，正好使轨道平面与太阳始终保持固定的取向。也就是说，卫星的轨道平面也在进行一年360°的旋转，正好总是垂直于太阳与地球的连线，那么在地球周围转圈的卫星就不会被地球挡住，可以充分照射太阳光，也就实现了“太阳同步”。因此，太阳同步轨道所“同步”的，其实是地球的公转。

这么做有两个好处，一是可以最大化利用太阳能发电，二是卫星每次飞越某地上空时，太阳都是从同一角度照射该地，通过对比拍摄的照片，可以获得更多的信息。所以海洋卫星选择这类轨道，对海洋图像信息的获取和比较非常有利。

从太空中看，太阳同步轨道是轨道平面绕地球自转轴旋转的，方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度（360°/年）。

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海洋卫星要能进行全天候全天时探测，地面覆盖周期要短

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首先海洋日日夜夜、年年岁岁都在变化，对海洋特征的探测不是一朝一夕，海洋卫星可以尽量不受天气制约的进行观测，并且是长年累月的观测。另外海洋上的动力学过程，诸如海面的风、浪、潮汐、浮冰等，它们随时间变化很快，所以要求持续观测并且绕地球飞行的周期短，尽可能早点转回来继续观测现象的变化。

国家卫星海洋应用中心利用中法海洋卫星观测台风“库奇马”

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我们刚才说到“海丝二号”卫星飞行于太阳同步轨道，这类轨道的高度一般在500-700千米左右，大多数卫星只需要1个半小时左右就可以绕地球一圈。虽然卫星转一圈时已经不在原先的海域上空，但海洋上的许多现象扩张范围极大，再加上卫星拍摄的区域也有一定的宽度，再与其他卫星结合，就能很好的完成任务。

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