海洋遥感卫星：保护地球生命之源

海洋遥感卫星

海洋遥感卫星是用于海洋要素、海洋环境等探测的专用卫星，为海洋生物资源开发利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发、海洋科学研究等领域服务。海洋要素包括海洋水色、海洋动力、海上目标等。

海洋遥感卫星的组成与分类

海洋遥感卫星一般由平台和有效载荷组成，通常装载光学和微波遥感载荷。光学载荷一般有水色水温仪、海岸带成像仪等，主要用于水色、水温探测，主要特点是窄谱段、高信噪比、低偏振、大视场等。微波载荷包括散射计、辐射计、高度计、合成孔径雷达等，高度计具有高的海面测高精度，其他载荷具有大视场、全天候等特点，合成孔径雷达还具有高空间分辨率的特点。

按照功能来划分，海洋遥感卫星通常包括海洋水色卫星、海洋动力卫星、海洋目标监测卫星。

海洋水色卫星 采用多光谱遥感器获取海水信号，可见光和近红外获取海洋水色信息，红外获取海洋水温信息。可用于海水叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶性有机物含量及海洋水温、水冰等探测，还可用于海洋环境监测、海洋渔业资源开发利用、海洋污染监测、海洋环境评估、海洋权益维护，以及全球环境变化研究等方面。

海洋动力卫星 通过发射雷达信号，并测量回波来确定海面高度、海面后向散射系数，反演海面风速和风向；用被动式微波技术测量海面微波辐射亮度温度，得到海面温度，反演风速。主要用于探测海面风场、温度场、海面高度、浪场、流场等，

以获取全球海洋风矢量场和表面风应力数据，以及全球高分辨率大洋环流、海洋大地水准面、重力场和极地冰盖数据等。

海洋目标监测卫星 利用微波合成孔径雷达来获取高分辨率全天候海洋目标信息，用于对海上目标和对海洋环境进行实时监测，获取海洋浪场、海面风速场、风暴潮漫滩、内波、海冰和溢油等信息，为海洋监察执法、海岸带调查、海洋资源调查开发、海洋环境监测保护、海洋权益维护等提供服务。

海洋遥感卫星发展历程

随着世界各国对海洋科考的重视程度不断提高，海洋遥感卫星先后经历了三个不同的发展阶段，大致可划分为：

1970-1978年——探索阶段 ，主要是利用载人飞船搭载试验和利用气象卫星、陆地卫星探测海洋。

1978-1985年——试验阶段 ，此阶段美国曾发射一颗海洋卫星和一颗雨云卫星7号，星上搭载了海岸带水色扫描仪，这两颗卫星都属于实验研究性质。

1985年-至今——应用研究和业务化使用阶段 ，在此期间大量的海洋卫星发射成功。海洋遥感卫星通过搭载各类遥感器来探测海洋环境信息，按照功能可分为海洋水色卫星、海洋动力卫星和海洋地形卫星。

近十余年来，对地观测卫星中专门用于海洋观测的海洋卫星及对地观测卫星中具备部分海洋信息观测功能的卫星开始向高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、高信噪比和高稳定性等方向发展，在海洋环境的监测和军民应用中，对海洋卫星的依赖程度不断加大。

国内海洋遥感卫星研究起步较晚，但发展较为迅速，经过多年的建设，取得了显著进展。基于海洋遥感卫星的功能分类及探测技术能力特点，我国海洋卫星按照海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测3个系列进行规划发展。

2002年5月15日，我国第一颗海洋水色观测卫星海洋-1A成功发射，实现了我国海洋卫星零的突破，大幅提高了我国海洋水色信息的提取水平。在随后的20年时间里，我国先后发射了海洋水色卫星、海洋动力环境卫星、海洋监视监测卫星及中法海洋卫星等多颗海洋卫星，配置了紫外、可见光、红外、主被动微波遥感载荷及相关辅助载荷，可快速获取海面风场、浪场、海面高度场、海表温度场、海洋水色要素信息以及海岛、海岸带环境信息，还可获取南北极冰盖、海冰、大型江河湖泊水体、陆地植被、森林火灾变化等信息，在海洋与陆地自然资源环境监测、自然灾害监测等领域具有很大的应用潜力，为我国海洋环境保护、海洋资源开发、海域使用管理、海洋权益维护和极地大洋管理提供了技术支撑。

海洋一号系列卫星

用于全球海洋水色要素探测、海表温度探测和海岸带动态环境监测，配置有光学遥感载荷，以海洋探测为主，陆海兼顾，载荷具有多种空间分辨率、高信噪比、高动态范围和宽刈幅等优点，有效载荷配置包含水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、定标光谱仪和船舶自动识别系统。

海洋二号系列卫星

用于全球海面风场、有效波高、海面高度、海表温度等多种海洋动力环境参数的全天候监测，直接为灾害性海况预警预报提供近实时遥感观测数据，为海洋防灾减灾、海洋权益维护、海洋资源开发、海洋环境保护、海洋科学研究以及国防建设等提供支撑服务，其有效载荷为雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计、校正辐射计等。

海洋三号系列卫星

用于全球海洋和陆地信息的全天候监视监测，载荷为合成孔径雷达，它可通过左右姿态机动提升快速响应能力、扩大对地观测范围，获取的C频段多极化合成孔径雷达图像可以用于海洋、减灾、水利及气象等多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地环境资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑。

中法海洋卫星

中国和法国的国际合作科研试验卫星，其主要任务是获取全球海面波浪谱、海面风场、南北极海冰等信息，进一步加强对海洋动力环境变化规律的科学认知；提高对巨浪、海洋热带风暴、风暴潮等灾害性海况预报的精度与时效；同时获取极地冰盖相关数据，为全球气候变化研究提供基础信息。该卫星由中国提供散射计，法国提供波谱仪，双方各自建立地面系统，但进行数据共享，充分体现了共商共建共享的特点以及创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念。

海洋遥感卫星应用

海洋遥感主要应用于调查和监测大洋环流、近岸海流、海冰、海洋表层流场、港湾水质、近岸工程、围垦、悬浮沙、浅滩地形、沿海表面叶绿素浓度等海洋水文、气象、生物、物理及海水动力、海洋污染、近岸工程等方面，已成为海洋及海岸带主要的监测手段和信息源。通过对海洋遥感数据的应用，可开展海洋动力遥感观测、海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量、海洋水色遥感、海洋污染监测、海冰观测等工作。

随着海洋卫星遥感应用的广度与深度不断扩展，海洋遥感应用将迎来大数据时代。海洋卫星遥感数据将成为智慧海洋、数字海洋、透明海洋、数字中国构建与海洋强国建设的重要数据支撑。

海洋遥感卫星的发展趋势：提高观测精度与时空分辨率

卫星的观测精度与时空分辨率是衡量卫星观测与应用能力的重要指标。随着海洋研究水平和海洋应用能力的日益增长，人们对海洋卫星观测精度与时空分辨率提出了更高的要求，而海洋遥感技术和数据处理技术的进步将不断带动上述指标的提升，以满足相关应用需要。如通过不断扩展遥感器观测谱段，提高空间分辨率、探测灵敏度等产品数据精度。通过扩展观测幅宽及采用星座技术，将全球海洋遥感覆盖观测时间分辨率提高到小时级，通过高轨海洋卫星将区域观测分辨率提高到分钟级等。

定量遥感是海洋卫星的发展趋势

定量化应用是海洋卫星数据应用的特点。由海洋卫星数据生产的叶绿素、悬浮泥沙、海温、海面高度、海面风场、海浪场等遥感产品，都属于定量化反演应用的范畴。可靠完善的定标技术和检验手段是确保高质量海洋卫星数据产品的关键。

为此，在国际上海洋卫星都建有定标与真实性检验场，专门用于海洋遥感载荷的定标和数据产品的真实性检验。同时,遥感载荷的星上定标单元日益完善，外定标技术日趋成熟，定标精度不断提高，这保证了海洋卫星定量化应用进一步的需求。

面向应用的星上数据自主处理技术不断增强

海洋的高动态性及海面服务对象的稀疏性，造成海面服务对象不可能像陆地那样通过数据中心站接收服务产品，要实现海洋遥感数据的实时性服务，海面服务对象直接接收卫星处理的遥感数据产品将成为海洋卫星的重要发展方向。

积极发展新型海洋遥感载荷

目前，世界各国都在积极发展海洋遥感载荷技术，使得海洋卫星可观测要素不断增加，测量精度不断提高，推动拓展了卫星应用领域，有力推动了卫星应用水平的不断提高。新型海洋遥感载荷的出现，能够极大程度的提升海洋目标的观测能力，充分适应未来的应用需求。

如今，我国海洋卫星体系已基本建成，海洋卫星遥感迎来了大数据时代。相信随着遥感技术的快速发展及航天器的不断发射，海洋卫星遥感必将在全球性气候变化研究、热带海洋、极地海洋与海冰、海洋生产力与生态系统、海气相互作用、海洋灾害预报、海洋渔业及海岸带管理等方面发挥重要作用的同时，获得更大的发展空间，取得更显著的应用成果。

本文部分内容来源：

人工智能and深度学习、中国航天科普网、中国科普博览

林明森，张有广，袁欣哲 · 海洋遥感卫星发展历程与趋势展望

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