“衛星遙感技術可以通過另一種視角“看到大海”。
作者：NOAA|
(相關資料圖)
編譯：唐詩 |
出新推出“產業洞察”欄目，聚焦各細分領域，解析各行業發展前沿等問題。本周推出衛星遙感系列，本篇重點介紹衛星遙感產業在海洋開發中的應用，歡迎大家關注、閱讀分享。
當今世界各國都有一個共識“21世紀是海洋的世紀”。因為海洋不僅可為人類提供生存空間、食品、礦物。運輸及水資源等，而且將在新能源開發上扮演重要角色。
海洋能是一種蘊藏量極大的可再生能源，通常包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽能等 5 種類型，作為未來地球新能源的源泉，海洋資源自然成為世界各國爭奪的焦點。
海洋開放和利用對未來的經濟發展、能源開發的驅動作用將會日趨明顯，所以發展海洋技術顯得尤為重要。其中，利用衛星遙感技術對海洋水文信息的監測與預報，對海洋資源的開發、海洋經濟的發展、海洋生態的保護及海洋權益的維護方面至關重要。本文就衛星遙感技術在海洋開發中的應用簡作概述。
01
國內外海洋遙感衛星發展現狀
國外對海洋衛星的應用研究起步較早，世界上第一顆專用海洋衛星由美國于1978年發射，該衛星成功實現對海岸帶水色的觀測。
1997年，美國NASA發射了世界上第一顆專用海洋水色衛星SeaStar，其于2002年發射的“水”衛星可進行海面風速測量，于2003年發射的“克羅里斯”號衛星可實現海面風場測量。
歐洲對海洋遙感衛星的研究主要集中在綜合觀測型衛星方面，在1991—2001年間先后發射多顆“歐洲遙感衛星”系列，于2010年發射的冷衛星-2可對海洋浮冰和極地冰層進行精確觀測。
俄羅斯在1965—1969年間先后發射了5顆試驗型海洋監視衛星，從1967年開始發射實用型海洋監視衛星，至1989年共進行了32次發射。
日本最早在1987年發射了海洋觀測衛星“櫻花”，并于1990年發射了其后續衛星。2012年，日本發射了全球變化觀測衛星“水珠”，該衛星搭載先進微波輻射計，空間分辨率為15km，幅寬為1450km。
印度于1999年發射的海洋遙感衛星主要用于海表葉綠素和浮游植物監測，于2009年發射的海洋遙感衛星又增加了掃描散射計，不僅可以探測海水中懸浮物，還可以對大氣氣溶膠進行研究。
國內海洋遙感衛星研究起步較晚，我國第一顆海洋水色衛星即海洋一號(HY-1A)于2002年5月發射，該衛星的發射大幅提高了我國海洋水色信息的提取水平。2011年8月，我國成功發射了第一顆海洋動力環境衛星HY-2A，實現了對浪高、海流、海面風場和海表溫度等多種海洋動力環境參數的觀測。2016年8月，GF-3衛星成功發射，這是我國首顆分辨率達到1m的C頻段多極化合成孔徑雷達成像衛星，可全天候、全天時監視監測全球海洋和陸地資源，有力支撐海洋環境監測、海洋目標監視、海域使用管理、海洋權益維護和防災減災等應用。
經過近幾年的快速發展，我國逐漸形成了以海洋水色衛星、海洋動力環境衛星和海洋監視監測衛星為代表的海洋遙感衛星系列，為我國海洋環境保護、海洋資源開發、海域使用管理、海洋權益維護和極地大洋管理提供了技術支撐。
02
衛星如何用于觀測海洋？
衛星是觀測地球和覆蓋地球70%以上地球的藍色海洋的絕佳工具。通過從地球上空的軌道遙感，衛星為我們提供了比僅從表面獲得的信息更多的信息。
利用衛星，研究人員仔細研究海洋。衛星收集的信息可以告訴我們有關海洋測深、海面溫度、海洋顏色、珊瑚礁以及海冰和湖冰的信息。科學家還使用衛星上的數據收集系統將來自地面發射器的信號傳遞給現場研究人員——用于測量潮汐高度和鯨魚遷徙等應用。衛星上的發射器還傳遞來自緊急信標的位置信息，以幫助在人們在船上、飛機或偏遠地區遇險時挽救生命。以下是衛星幫助我們更多地了解海洋的眾多方式中的幾種：
海面溫度
地球物理流體動力學實驗室的海面溫度模擬
了解海面的溫度可以告訴科學家很多關于海洋內部和周圍發生的事情。溫度變化會影響魚類的行為，導致珊瑚漂白，并影響沿海天氣。
海面溫度的衛星圖像也顯示了水循環的模式。例子包括上升流的位置，其特點是從深處升起的冷水，通常靠近海岸；和溫水流，如墨西哥灣流。
收集海面溫度最常用的儀器是衛星上的可見紅外成像輻射計套件（VIIRS）儀器。該傳感器每天捕獲新數據，使科學家能夠拼湊出一系列地圖，顯示全球不同地區的海面溫度隨時間的變化。
海面顏色
衛星還提供有關海洋顏色的信息。例如，顏色數據可幫助研究人員確定沿海洪水的影響，檢測河流羽流，并定位可能污染貝類并殺死其他魚類和海洋哺乳動物的有害藻類的大量繁殖。
來自衛星的海洋顏色數據不僅可以確定藻華形成的位置，還可以預測未來可能漂移的位置。處理廠還使用NOAA創建的藻華預測來決定何時更改其水處理配方以處理藻類。
海平面變化
自1993年以來海平面總變化的地圖
氣候變化最重要的潛在影響之一是海平面上升，這可能導致沿海地區和島嶼被淹沒、海岸線侵蝕以及濕地和紅樹林等重要生態系統的破壞。
衛星高度計雷達測量可以與精確已知的航天器軌道相結合，以前所未有的精度在全球范圍內測量海平面。測量全球平均海平面的長期變化為測試氣候模型對全球變暖的預測提供了一種方法。
映射
海洋表面向外和向內凸起，模仿海底的地形
這些凸起太小而難以察覺，可以通過衛星上的雷達高度計進行測量
衛星圖像也可用于繪制水中的特征，例如珊瑚礁。海底地質比大陸的地質簡單得多，因為侵蝕率較低，也因為大陸遭受了與海洋盆地開放和關閉有關的多次碰撞。
盡管它相對而言地質較為簡單，但大部分深海海底仍然知之甚少，因為它被海洋掩蓋了。迄今為止，船只只繪制了海底的一小部分。但由于重力，海洋表面有寬闊的顛簸和凹陷，模仿海底的地形。這些顛簸和下降可以使用安裝在衛星上的非常精確的雷達高度計進行測繪。
天氣
2004年9月15日的颶風伊萬，在它襲擊美國墨西哥灣沿岸之前
海洋在調節地球的天氣和氣候方面發揮著重要作用。天氣數據也許是衛星技術最廣為人知的應用。
氣象衛星系統由兩種類型的衛星組成：用于短程預報、警告和觀測的地球靜止業務環境衛星（GOES）;以及用于長期預測的極軌衛星。這兩種類型的衛星對于提供完整的全球天氣監測系統都是必要的。
跟蹤
漁業科學家將一只被標記的海龜操縱到船坡道的盡頭
提供環境圖像的衛星也可以與從各種傳感器接收數據的其他儀器聯合使用。
例如，海洋動物，如海龜和海牛，可以安裝發射器，將有關其位置的信息傳遞給軌道衛星。類似的技術也用于人類搜索和救援。
03
衛星如何用于觀測海洋？
海洋衛星遙感技術對海洋資源管理和環境監測領域的影響日益增強，為研究、開發、利用和保護海洋提供了豐富的資料，成為人類認知海洋的關鍵技術。
隨著遙感技術的發展及其與GIS技術結合的日臻緊密，遙感技術在各個領域中的應用必將更加廣泛。
21世紀是海洋的世紀，將衛星遙感技術中的科技生產力轉化為海洋管理部門的現實生產力，衛星遙感技術是充分利用現有數據和信息資源的最佳途徑，是實現海洋資源與環境可持續發展的關鍵技術和重要手段。在全球變化、資源調查、環境監測與預測中起著其它技術無法替代的作用。同時在維護海洋資源與環境可持續發展的過程中將極大地促進信息科學技術、空間科學技術、環境科學技術和地球科學的發展。
隨著科學技術的發展，海洋遙感衛星相繼升空，海洋探測技術越來越先進,水下地形測量、重力測量儀器不斷更新換代，為海洋基礎數據獲取提供了保障。
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