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卫星在几百公里的天上，如何探测水下万米纵深？初听”水下环境探测卫星“这个名字，你是不是也充满疑惑？
我们一起来看看。
卫星测海我们知道，海洋卫星主要利用微波波段进行探测，而微波脉冲仅能穿透不超过厘米量级的薄层，不能直接探测水下环境。因此，海洋卫星的“本职”应是探测海洋表面的温度、盐度、高度等。
但是，海水”热胀冷缩“的原理想必大家都知道吧——海水温度越高、海水盐度越小，则海水密度越小；海水内部的密度变化会引起海面高度的变化。因此，通过海面高度的变化就可以“反推”各层海水温、盐、密的变化。
卫星探测的海面高度另一方面，海洋近表层有一层性质均匀的“混合层”，它的存在则使得海表以下几十至几百米范围内的海水与表层海水的温度、盐度保持一致。因此，通过海表温度/盐度的变化也可以“反推”混合层海水温、盐变化。
卫星探测的海表温度这种“反推”在专业上叫“反演”，通过“反演”实现对水下环境的洞悉，就是“水下环境探测卫星”的基本原理！当然，科学上没有太多1+1=2的简单线性关系，不同海域和时间上这种“反演”的效果千差万别，而探索这些复杂规律正是航天人上下求索的动力。
海水垂直结构多样性我国现有卫星能实现水下环境探测功能的主要是海洋动力环境卫星（“海洋”二号）和海洋监视监测卫星（“海洋”三号）。前者可以探测海表温度、海面高度等反演水下环境的必备输入要素（海表盐度卫星项目也即将上马）；后者可以直接监测海洋中尺度涡、海洋内波等三维结构的水面信号部分。近年来还在发展名为”水下环境探测卫星“的系列卫星，其更细分辨率、更高精度、更大幅宽将使水下环境更加透明。
海洋二号B卫星概念图当然，卫星探测也离不开其他观测手段的配合。海洋卫星和海洋浮标（如ARGO）是探测海洋的两种主要方式：前者是一张“密网”，全球覆盖、分辨率高，但只测海面、误差大；后者是一堆“散点”，三维探测、精度可靠，但时空不均、样本少。只有将两类资料进行“组合”才能优势互补，这种技术称为“信息融合”。“反演”+“融合”，是我们突破水下环境信息探测技术的两把“利剑”。
ARGO浮标分布那么，为什么要获取水下环境信息呢？最典型的例子当属让潜艇九死一生、闻之色变的“海水断崖“（海水密度的跃变层）。潜艇通过改变自身密度来控制漂浮状态，其工作深度受技术工艺限制大约在三百米范围内；而当潜艇进入下层海水密度小、上层密度大的“海水断崖”时，往往来不及做出反应就会被向下“压”出下潜极限。如1963年美国“长尾鲨”号核潜艇、1968年以色列“达喀尔”号潜艇，都在遭遇海水断崖后下沉至海底，无一人生还。因此，及时了解水下环境信息对防灾减灾、海上安全、国防建设等都至关重要。
至此，大家是不是对水下环境探测卫星的原理、体系和意义都有了比较清晰的了解？期待大家和我一起来关注水下环境，为发挥航天技术在保卫蓝色疆土中的巨大作用贡献自己的一份力量。
高分三号想象图作者：陈建
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