* P' s. Q9 o6 |0 T2 w 海洋卫星是个经常被忽视、但却又十分重要的领域，近些年我国密集发射了多颗海洋卫星，足以显现出对它的重视程度。
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自从1957年苏联将第一颗人造卫星“斯普特尼克一号”送入太空以来，人类总共发射了近7000颗各式各样的人造卫星，到今天为止，地球周围每时每刻都有超过1000颗人类卫星正在工作，正是由于它们的存在，现代生活和几十年前相比已经截然不同：通过通讯卫星的传输，我们能收看丰富的电视节目；气象卫星的使用，让我们对天气的掌握更为精准；而更贴近生活的当属导航卫星了，要是没有它，恐怕像我这样的路痴出城就得迷路。
- y. i; @! z; V& r) W8 h1 z% Z 不过，密集的卫星群和它们在生活中处处体现的作用很容易让我们产生一个错觉：现在的卫星已经足够我们使用，我们只需要给它们进行更新换代就可以了。然而当我们细数这些人造卫星的种类，就能发现事实并非如此——无论是导航、气象还是通讯卫星，都主要是为服务生活在陆地上的我们，而占据全球表面积70%的广袤海洋，却很少听到相关卫星的消息。的确，迄今为止拥有人造卫星的国家有50多个，而能自主发射卫星的国家也有20多个，但拥有专门探测海洋的人造卫星的国家却只有寥寥几个，他们所发射的海洋卫星，加起来也只有几十颗而已。
) y/ o4 d+ W: J# \ 难道是因为海洋对人类生活并不重要，也不需要太多卫星去探索吗？当然不是。正相反，人类已经越来越离不开海洋：它不仅是我们连接世界的途径，也是满足越多越庞大的人口蛋白质需求的宝库，在不久之后，还会随着海底可燃冰和锰结核的开采，成为人类文明前进的动力来源。更重要的是，海洋对我们所生活的陆地也有着直接的影响，通过水循环和热量循环，它是维持气候的平衡器，而异常的海浪、海冰，还会冲击我们的海岸和港口。
$ c; I5 a; i7 {# A 其实对于海洋的研究，早在人造卫星时代之前就已经开始了。人们发现，海洋表层的温度，湿度和风速的变化，对整个地球的大气候有着直接的影响；海水盐度高低和浮游生物的多少，对渔业生产至关重要；而海水表层的气压变化，则会直接决定着是否会诞生破坏力惊人的台风和飓风。
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但是我们虽然已经掌握了这些原理，却依然无法对海洋展开监测，为什么呢？还不是因为海洋太大啦！单就一个太平洋，就已经比地球上所有的陆地面积都要大，传统的测量方式——比如用温度计测量水温，盐度计测量盐度，显微镜观察浮游生物等等，都需要采集某个地区的海水样本，如果要监测所有海域的这些信息，那就需要不计其数的科考船日夜不息的巡游在全球各个海域，这显然是不可能实现的。更不用说海洋的状态往往是瞬息万变的，前一天还风平浪静的大洋，第二天可能就已经巨浪滔天，而我们的科考船又怎么可能全天候的待在这里进行监测呢？
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这些困难并不仅仅发生在海上，在很久之前，陆地的广袤也曾给人们出过同样的难题，但在人造卫星投入使用之后，这些困难都迎刃而解了。比如在森林防火时，人造卫星上的红外探测器就可以快速锁定着火点，引导消防人员直抵火场中心扑救；沙尘暴爆发时，气象卫星可以根据云层的变动推测风向和风速，进而预测出沙尘暴的走向和规模，我们就可以提前做好防范。
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可这些办法一旦放在海上，就全都不管用了，因为海水的温度、盐度等变化，从卫星照片上完全看不出来，而我们虽然可以通过云层分辨出海洋上空大气的风速，但却无法测量更重要的海洋表面风速。
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直到上世纪70年代，科学家们才终于找到了海洋卫星监测的办法——人们发现，不同温度、不同盐度的海水，它反射来自太阳光中的微波辐射的特征是不一样的，如果可以用卫星上的微波辐射计采集这些数据，再通过一些算法的转换，就可以反向推算出来这里的水温和盐度信息，这个过程也被称为“反演”。根据相同的办法，还可以通过分析海洋表面的光滑程度来反演出波浪的剧烈程度，并通过一些数学计算反演出当地的海洋表层风速、风向；而通过检测海洋表面颜色的变化，就可以反演出这里的浮游植物密度等等。
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说起来容易，可要实现这一设想可并不简单，我们除了需要足够敏锐的传感器，更需要发明出分析这些数据的反演算法——比如温度的反演算法，就需要我们用卫星的传感器接受到了黄海某地区的微波信号，同时拥船在这片海域实地调查一下温度，那么才能在这个微波信号和实际温度找到一个公式，这也就是反演的算法。有了这个算法，那么我们以后再接收到微波信号时，就可以直接算出这里是多少温度了。
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1978年，美国发射了全球第一颗海洋卫星，1985年，我国也开始了海洋卫星的研究立项工作，但是由于各方面条件不成熟，我们的海洋卫星起步的很慢，甚至出现过暂时的中断。直到2002年，我国发射了第一颗海洋卫星——海洋1号A，至此拉开始中国海洋卫星宏大的序章。
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“察言观色”我最行——海洋1号水色卫星系列
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2002年5月15日发射升空的海洋1号A卫星，不仅仅是我国第一颗海洋卫星，也代表着一个新的卫星系列，也就是被统称为“海洋1号系列”的海洋水色卫星。
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什么是水色卫星呢？简单的说，就是通过观察海水颜色来监测海洋。有的同学要说了，海洋不都是蓝色的吗？这么说当然也没错，但在蓝色的大背景下，不同地区的海洋颜色还有一些细微的差别，而造成这些差别的原因，就是我们想要得到的重要信息。
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比如在我国黄海中北部，从2007年开始还持续爆发一种“绿潮”，这是由于人们往海洋里排放了大量富营养的污水导致藻类快速繁殖而产生的自然灾害，这些绿油油的藻类成片的漂浮在海面上，不仅会遮挡阳光，还会消耗海水中的氧气，更严重的是，它们有时还会漂浮到岸边来。2007年爆发的中国绿潮，主要是一种叫做浒苔的生物导致的，而它漂浮到岸边的位置，恰好是我国北方重要的沿海旅游城市青岛。在此之前，青岛人民从来没见过这种东西，面对铺天盖地的浒苔危害，他们也束手无策，但在第二年的夏天，北京奥运会的帆船比赛就要在青岛举办，被逼无奈之下，青岛市民只能忍受着浒苔腐烂后浓郁的臭味，用几百条小渔船日夜不息的打捞水面上的浒苔。
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饱受浒苔骚扰的青岛沿海而随着海洋1号系列卫星的投入使用，人们发现了这些浒苔的源头：卫星发现这些浒苔总是在每年的三四月份零星的出现在江苏外海，随后温度上升，它们也就快速繁殖，并慢慢靠拢到青岛附近的山东沿海。原来，从2003年开始，江苏沿海地区发展出了规模庞大的紫菜养殖产业，在养殖紫菜的竹架子上很容易长出浒苔，每年春天紫菜收获的季节，养殖户总会把这些恼人的浒苔从竹架上清理下来，并随意的丢弃在海滩上，但随着潮汐涌动，这些浒苔就被卷入到海洋中，并随着洋流漂到黄海中部，最终引发绿潮灾难。了解了浒苔的来龙去脉之后，浒苔的防治工作也就有章可循了，只要把堆积在江苏沿海的少量浒苔收集和填埋起来，绿潮灾害自然也就减少了。
$ k$ C8 h8 @) X' F9 N' R 除了防灾减灾，海洋1号水色卫星还能帮助渔民发现更多的鱼群。当然，潜伏在水下的鱼群是不能直接被卫星发现的，但卫星能发现浮在水面上的浮游植物，这些小生物需要在水面上贪婪地吸收阳光进行光合作用，而它们体内的叶绿素会在水面上呈现出浅浅的绿色，如果一个地区浮游植物很多，那么以它们为食的浮游动物也肯定很多，以浮游动物为食的鱼类资源当然也会很丰富。跟着海洋1号卫星的指引，渔民们就能收获颇丰。
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在日本东北部的黑潮和亲潮交接的区域，这里有大量浮游植物生存，这里的海水也因此出现了一些浅绿色，而这里往往孕育着丰富的渔业资源这其实还是海洋1号系列卫星的一小部分功能，在一些浅海地区，它们还能根据海底泥沙的颜色深浅来判断水深，或者根据海面上异常的颜色分析是否有船只漏油或沉没。在2002年海洋1号A卫星和2007年海洋1号B卫星发射成功后，中国科学家不断的提升卫星传感器精度，并发明了许多探测海洋的反演算法，最终在2018年9月，更先进的海洋1号C卫星发射成功，它和2020年6月发射的海洋1号D卫星一起，组成一个覆盖全球的海洋水色卫星星座。
3 l0 k! o" E9 F& v3 S8 R 微风细浪入我眼——海洋2号海洋动力环境卫星系列
) o5 f: K9 ~) h7 H2 L* b 看似平静的海洋，其实往往隐藏着涌动的暗潮，比如贯穿全球的洋流，以及周而复始的潮汐，而推送这些运动的动力就被统称为海洋动力。2011年8月我国发射的海洋2号A卫星，就是以监测海洋动力为目标的一个崭新的海洋卫星系列。
; Y& A, a# f' c, ^& D* d: E 海洋并非是一潭死水，各式各样的海洋动力推动着全球海水不断涌动，图中展现的就是北美东海岸的洋流我国对海洋动力的研究其实早就开始了。在神舟四号飞船升空的时候，它就搭载了一个海洋动力的传感器，但是海洋动力卫星和水色卫星不太一样，它对算法的要求更高。比如我们刚才说到的浒苔危害或者海面浮游植物的颜色变化，我们用肉眼也可以发现，只过具体变化了多少需要用算法来计算罢了，算法对于水色卫星来说并不是决定性的。但海洋动力卫星则截然不同，它们监测的目标是海水温度，盐度，波浪高度，海面高度等等，如果没有算法，这些数据我们就完全不可能得到。
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所以当海洋2号A卫星发射成功之后的7年时间里，我们再也没有发射海洋动力卫星，这就是因为科学家们正在通过整理这颗卫星的资料来研究相关的算法。通过卫星上的一个叫做微波散射计的设备，科学家发明了一种计算海面风速和风向的算法；通过卫星上的雷达高度计，可以测量当时海平面的高度变化，并计算出潮汐和海流的方向；而我们前边提到的通过分析海水反射的微波，不仅可以计算出海水的温度和盐度，还可以根据温度盐度的变化来预测台风。当这些计算方法都准备好之后，2018年，中国一口气发射了2颗海洋动力卫星，也就是海洋2号B卫星，以及中国和法国联合研制的中法海洋卫星。而2020年9月发射的海洋2号C，以及这次发射的海洋2号D，也是对这一系列海洋卫星的又一次技术提升。
5 |6 }( D |, n" j1 e1 J% Z1 k/ L) g 预测台风是海洋动力卫星最重要的工作之一了，由于台风总是诞生在热带海面，因为那里温度高，大量海水被蒸发到空中，空气就形成了一个低气压中心。海洋动力卫星会敏锐的捕捉到这个变化——随着海水的蒸发，海水的盐度会变高，这就是台风诞生的一个征兆，而持续监测这里海面的风速变化，就可以判断这个台风的规模大小。在台风形成之后，探测周边海域的风向变化，就可以推断出台风的走向，这对于饱受台风影响到额沿海地区来说至关重要。海洋2号A卫星工作的3年里，它完成了全部79次台风的监视工作，甚至还为美国提供了飓风“桑迪”的预警，充分展现了中国科技的实力。
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0 u# i2 m3 S; b1 v) Q$ J 我有独特的“千里眼”——海洋3号海洋监视卫星系列
# L$ }! u$ Y# q8 G/ r T4 @8 N 我们都知道，人造卫星中的一些可以被称为“千里眼”，通过巨大的光学镜头，它们能把地面上直径几米、甚至更小的物体拍摄成图像，这一技术最开始被使用在军事领域，当时的一些大国使用这种间谍卫星监视敌对国家的军事目标，而随着技术的进步，在今天，我们每个人都能很方面的使用类似谷歌地球这样的软件，查看世界上的任何角落。
k8 L# |+ f! \7 z4 B& X 但这种技术在海洋卫星领域就不是那么适用了。如果我要查看北京天安门的卫星图片，那么只要在卫星软件里输入坐标就可以看到——天安门是不会动的，而且它旁边还有很多参考物，我找到了王府井，只需再向西边挪到一下就能找到天安门。但在海面上可找不到这样的参考物，而且我们要在海面上搜寻的船只每时每刻都在移动，更重要的是，海面的气候变化剧烈，我们要查看的这片海域往往会被巨大的云层覆盖，这该怎么办呢？
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合成孔径雷达就是解决这些问题的法宝。和我们熟悉的那种普通雷达不同，合成孔径雷达不仅能测量目标和雷达之间的距离变化，还可以把目标的形状摸得一清二楚，这就相当于变相的用雷达给目标拍了照。而且它的扫描面积特别大，我国在2016年发射的海洋3号卫星（又叫高分3号），可以一次性的扫描宽度达到650公里的海面。虽然它拍摄的图像没有光学镜头那么清楚，但对于动辄长度几百米的巨轮来说已经足够用了；由于发射的是穿透力强大的雷达波，即便目标躲在云层下面，海洋3号也能把它看得清清楚楚。
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& k2 c# j% O- G! K 而如果把海洋3号卫星获取的图像和其他海洋卫星得到的数据结合起来，就会起到事半功倍的效果，这也就是为什么我们国家要建设一个由海洋1、2、3系列共同组成的卫星群的初衷。可以预见的，在接下来的很长一段时间里，还会陆续有其他海洋卫星加入这个大家族，在它们的监测下，我们或许就能揭开笼罩在浩瀚大洋上的神秘面纱，让它蜕变为更适合人类活动的广阔舞台。
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