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+ K* E. `0 {9 a4 i1 p: H+ P# n- M# t% A 出品：中国科普博览 , V3 c" s, ^ p5 t
作者：储小青 中国科学院南海海洋研究所 " n* R7 X1 w/ B* R) J9 l) b+ z
注：本文内容节选自热带海洋环境国家重点实验室（中国科学院南海海洋研究所）编撰图书《探海观澜——海洋观测的奥秘》。 & v$ ~ s. b4 n; D
今天是第十四个世界海洋日和第十五个全国海洋宣传日。
9 X' G' r) L0 X k N. l7 h 一直以来，我国高度重视海洋资源监测与调查研究，我国的海洋遥感技术始于20世纪70年代，并制定了长远的自主海洋卫星发展规划。2002年5月15日，第一颗海洋一号A卫星（HY-1A）发射升空，填补了我国海洋卫星领域的空白，开启了“海洋一号”系列卫星发展的新纪元。
Q: L; f2 P5 p+ G# A& b; y 截至目前，我国已发射海洋水色系列卫星（即“海洋一号”系列卫星）、海洋动力环境系列卫星（含“海洋二号”系列卫星和中法海洋卫星）、海洋监视监测卫星（即“海洋三号”系列卫星）。
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" ?% _8 K C4 f- b 海洋水色系列卫星* P1 Z! S! H }6 x* P+ E" v
海洋水色系列卫星是以可见光和红外成像观测为手段的海洋遥感卫星，主要为已发射的“海洋一号”系列卫星，即海洋一号A卫星（HY-1A）、海洋一号B卫星（HY-1B）、海洋一号C卫星（HY-1C）、海洋一号D卫星（HY-1D）。 , Y6 k m) B& f0 m
( d3 q% b- E6 N" S; \& { HY-1A于2002年发射，搭载一台10波段的水色扫描仪和一台4波段的成像仪，主要任务是探测海洋水色环境要素（如叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶性有机物）、水温、污染物及浅海水深和水下地形。2007年发射的HY-1B为HY-1A的接替星，载荷及性能与HY-1A基本相同。
& o9 \/ L+ U5 Z( U' j HY-1C于2018年9月7日成功发射，开启了中国自然资源卫星陆海统筹发展的新时代。H Y - 1 C配置了海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、星上定标光谱仪、船舶自动识别系统等5大载荷，与HY-1A和HY-1B相比，观测精度、观测范围均有大幅度提升。
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% W5 d5 n1 C8 c1 L* B! T3 k7 i 图注：HY-1C卫星拍摄的黄河口影响
7 |, V9 \# I% }; ? HY-1D于2020年6月11日发射成功，其技术性能与HY-1C基本相同。海洋水色探测条件要求高，同时受到太阳耀斑、海上泡沫及云层阴影影响。HY-1D与HY-1C组成中国首个海洋民用业务卫星星座，拉开了中国海洋卫星组网的大幕。通过HY-1C与HY-1D上、下午组网观测，可使每天观测频次与获取的观测数据提高一倍：上午被太阳耀斑影响的海域，下午观测能够避免；上午被云层覆盖的观测海域和未被观测的区域，下午有机会得到弥补。此举可大幅度提高全球海洋水色、海岸带资源与生态环境的有效观测能力，并为气象、农业、水利、交通等行业应用提供支持，标志着中国跻身国际海洋水色遥感领域前列。 ) d: O5 n! e# V* x5 J! ]5 R
自2002年5月15日HY-1A发射升空以来，我国已在海洋卫星领域成功打造出以“海洋一号”命名的中国海洋水色观测卫星家族。“海洋一号”系列卫星已从试验应用转向业务服务，在自然灾害监测、资源调查、南北极考察、生态文明建设及海洋强国建设中发挥着重要作用。以HY-1C为例，这颗卫星在远洋渔业巴布亚新几内亚金枪鱼渔场海域、黄海和东海出现的浒苔、可可西里盐湖封冻结冰及海冰、赤潮、溢油、围填海等监测中做出了突出贡献。
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图注：利用HY-1C、HY-2B、EOS/MODIS等卫星数据制作的巴布亚新几内亚金枪鱼概率图
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- A& R8 C! {7 N) O7 S 图注：HY-1C卫星对渤海海冰的持续监测（图示为2019年1月9日）
* ` @! j4 O5 @5 ?. e# D 图注：HY-1C卫星数据三亚溢油应急遥感检测图（对三亚附近船舶溢油的持续遥感监测，为海上溢油事件快速响应、应急处理和海洋生态环境保护与修复提供了辅助决策支持） * o; I8 \# v6 r/ c1 f5 p, m" L' @3 Q ~
海洋动力环境系列卫星/ U( F0 J4 H4 T1 O" k- V
海洋动力环境系列卫星包含“海洋二号”系列卫星和中法海洋卫星。“海洋二号”系列载荷包括微波散射计、雷达高度计和微波辐射计等，集主、被动微波遥感器于一体，具有高精度测轨、定轨能力与全天时、全天候、全球探测能力，获得包括中国近海和全球范围的海面风场、海面高度、海浪波高、海洋重力场、海流、海面温度等海洋动力环境信息，极大地提升了我国海洋监管、海权维护和海洋科研的能力。
9 t0 b- P+ W) p' } 中法海洋卫星（CFOSAT）于2018年10月29日在中国酒泉卫星发射中心用长征二号丙运载火箭成功发射。作为中法两国合作研制的首颗卫星，CFOSAT在国际上首次实现海洋表面风浪的大面积、高精度同步联合观测。CFOSAT获取全球海面波浪谱、海面风场、南北极海冰信息，促进理解海-气相互作用，预测洋面风浪，监测海洋状况，同时还能在大气-海洋界面建模、海浪在大气-海洋界面作用的分析、海冰和极地研究、气候变化等方面发挥作用。CFOSAT将增强中国和法国的海洋遥感观测能力，为双方应用研究合作和全球气候变化研究奠定基础，意义重大，影响深远。
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1 g- H9 x% v# h HY-2A自2011年8月成功发射以来，获取了大量全球海洋动力环境遥感数据，并向全国海洋、气象、防灾、减灾、农业和科学研究等领域的数十家用户分发了数据产品，同时还向欧洲等国提供了产品服务，实现了业务化运行。
+ I, W& L; y- `# ~& B3 |9 K) H HY-2B于2018年10月发射，是我国第二颗海洋动力环境卫星，也是我国民用空间基础设施规划的海洋业务卫星。HY-2B增加了校正辐射计、数据收集系统和船舶自动识别系统等载荷，具有高精度测轨、定轨能力与全天候、全天时、全球海洋探测能力。 * R; n% u5 ]+ h' j/ n; [1 s
& T& a8 U3 B! }, o& ?5 U1 s 图注：HY-2B搭载的微波辐射观测到的2018年3月1日全球海面风场分布（数据来源：国家卫星海洋应用中心发布的HY-2B数据，图中可以看到日本东部及太平洋北部有台风形成） 6 ]: u3 j1 _8 A
HY-2C是运行在倾斜轨道（非太阳同步轨道）的海洋动力环境卫星，于2020年9月发射升空，有效载荷包括雷达高度计、微波散射计、校正微波辐射计、卫星多普勒定轨定位系统（DORIS）、双频GPS、数据收集系统和船舶自动识别系统等，可提供海面风场、高度，以及海面高度异常和有效波高数据，在轨寿命增至5年。HY-2D于2021年5月发射成功，其技术性能与HY-2C相同。 9 C# j( T" X Y: M, P/ j& x1 ~# ?
HY-2B、HY-2C和HY-2D形成1颗极轨两颗倾斜轨道组网运行，组成了我国首个海洋动力环境卫星星座，共同构成我国海洋动力环境监测网。 $ R# U# S9 x m* }* r1 ~
海洋监视监测系列卫星
$ V- i) E' b$ D) T/ H: B 海洋监视监测系列卫星含“海洋三号”系列卫星，继承了目前在轨运行的高分三号（GF-3）卫星的技术基础，主要载荷为多极化、多模式合成孔径雷达（SAR）。其通过主动向海面发射微波波束，再接收来自海面的后向散射回波获取海面信息；通过左右姿态机动提升快速响应能力，扩大对地观测范围；通过合成孔径技术与脉冲压缩技术，实现对海洋和陆地表面高分辨率（1米）二维图像的获取。 ( ]1 ?' o& q3 Q" S3 u4 n5 w$ j# A
高分三号卫星于2016年8月10日发射升空，搭载的SAR具有12种成像模式，既可探地，又可观海，达到“一星多用”的效果。卫星的分辨率达到1米，能看清地面上的小轿车、海上行驶的船只、海洋的内波。高分三号的空间分辨率从1米到500米，幅宽从10千米到650千米，无论白天或黑夜、晴空万里或雷雨多云，都可以随时对地成像。这种特点尤其适合于防灾、减灾。
5 Y' [; K: B. ]; m7 ^) ` “海洋三号”系列卫星通过多颗卫星同轨分布运行，可全天时、全天候监视海岛、海岸带、海上目标，并获取海洋波浪场、风场、风暴潮漫滩、内波、海冰、溢油等信息，满足海洋目标监测、陆地资源监测等多种需求。
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图注：高分三号SAR检测的海洋内波 & p$ z; R+ i; Q, ^: v
目前，中国自主研发的这些海洋卫星已经形成了科学观测网，成为我国探索神秘“蔚蓝”的“利器”，服务于深海前沿研究、气候预报和海洋环境预报等，使我国在海洋观测领域跻身国际前列，星辰大海，让我们拭目以待！
/ c* o) K; ^2 N# i 中国科普博览是中科院科普云平台，由中科院计算机网络信息中心主办，依托中科院高端科学资源，致力于传播前沿科学知识，提供趣味科教服务。
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