海洋卫星：守护蓝色国土

海洋卫星，严格来说也是一种对地观测卫星。但是海洋和陆地有着不同的形态，在卫星遥感上也需要采用不同的敏感器。

海洋一号水色卫星

观察卫星拍摄的海洋图像就会发现，在绝大多数时候，大海都是挺单调的，是一片又一片的蔚蓝色。但是详细分析就会发现，不同的海区蓝色是不一样的，而且不同的蓝色背后隐藏着不同类型的信息。一般来说，大海的颜色由三个要素决定：浮游生物中的叶绿素，无机悬浮物和有机黄色物质。这三个要素，决定了海水的光学性质，包括吸收和散射特性。海水会反射阳光，这对度假的人们来说是绮丽的景色，却会让海洋研究人员非常头疼。为了最大限度地减少反射光的影响，对水色的观测，要从海面正上方进行。

传统上，海洋研究人员会将一个圆盘扔进海水，上面分划了24种颜色，哪种颜色与当地海水相同，就记录在案。这方法听起来不错，但要想测量全球海洋水色，就是不可能完成的任务了。用卫星来测量水色，是目前效率最高的办法。

中国发射的第一种海洋卫星——海洋一号，便是水色卫星。其中包括先后上天接力工作的A、B、C、D四颗卫星。它们的主要载荷是水色遥感器，它的工作频段很窄，主要集中在可见光到近红外波段；空间分辨率很低，在数百米的量级。海洋一号卫星和一般的遥感卫星一样，运行在太阳同步轨道上。不过它选择时间点有所不同，在中午12点前后，这样才能保证从正上方观察海洋。海洋水色的探测，可以让人们了解到海洋的生产力，简单说就是一片海洋能孕育多少鱼虾和海菜，人类可以捕捞多少或者养殖多少，而不会破坏生态平衡。这对于舌尖上的我们来说，是至关重要的。

海洋一号卫星三维模拟图

海洋二号动力环境卫星

大海有万顷碧波，在没有风浪的时候看起来是一片平坦。然而这并不是真相。因为风、温度、水下地形等因素的作用，海面其实一直在起伏不定。海水在不停地运动之中，有千千米尺度的大洋环流，有百千米尺度的涡旋，还有几十千米、几千米里甚至更小尺度的海风、海浪和海流现象，这些都归类为海洋动力现象。系统掌握这些海洋动力过程规律，可以服务于海洋防灾减灾、海洋资源开发、海洋科学研究以及国防建设等领域。探测海洋动力环境现象，需要观测海风、海浪、海面高度、海面温度，这是有效认知海洋的前提条件。所以，人们就需要开发另一种类型的海洋卫星——海洋动力环境卫星。

海洋动力环境卫星一般会配备雷达高度计、微波散射计、微波辐射计，起到测高、看浪、听风、测温的功能。中国不但研制了自己的海洋动力环境卫星，还与法国合作研制了中法海洋卫星。

中国的海洋动力环境卫星是海洋二号系列，至今发射了四颗。其中第一颗卫星已经退役，目前海洋二号B、C、D三颗卫星在轨组网运行。海洋二号主要用于探测海面风场、温度场、海面高度、浪场、流场等，获取全球海洋风矢量场和表面风应力数据，及全球大洋环流、海洋大地水准面、重力场和极地冰盖数据。其中海洋重力场的测定，对海底地形探测有重要的作用，也是当前国家自然基金重大项目之一。在大海下面，也有着复杂的地形，有高山、平原和谷地。对水下地形的探测，不但有重要的军事价值，也对未来海洋资源开发有着重要的参考价值。

中法海洋卫星(CFOSAT)2018年发射升空，采用了中方研制的微波散射计和法方研制的海洋波谱仪，首次实现了全球范围内对海洋表面风浪的大面积、高精度同步观测。特别需要强调，这颗卫星上的微波辐射计，是目前空间分辨率最高、观测角度覆盖最多和风场测量精度最高的星载微波散射计，有关数据进入法国气象局业务预报系统，这是中国海洋载荷数据第一次进入国际业务化应用。

中法海洋卫星在轨演示图（图片来源：法国国家空间研究中心）

海洋三号监视监测卫星

当然在海洋研究当中也需要高分辨率的图像。这种时候，我们所需要的并不一定是高分辨率的相机，而是雷达。海面上有一个好处，每一个海区整片海水的信号反射特征是相同的，如果其中有一个什么异物，比如说船只、垃圾堆甚至成群的海洋生物，就会在雷达回波当中非常明显地描绘出来。另外航船的尾流，在雷达图像上也会非常明显。这对于追踪船只行动有很大的好处，甚至水下潜艇的行迹也会在海面上留下一串波纹。

因此，人们研制了第三类海洋卫星，那就是海洋监视监测卫星。它们的主要载荷，就是分辨率可调的合成孔径雷达。

中国的海洋监视监测系列卫星分成两个发展阶段。

第一个阶段，是通过高分三号(GF-3)卫星突破技术基础，掌握了多极化、多模式合成孔径雷达(SAR)技术，卫星的最高分辨率达到1米，这时候的观测幅宽只有10千米；最低分辨率可以达到500米，这时候的观测幅宽达到650千米。这样的特点，非常适合于海洋观测，平时粗略监视大范围海区；特殊情况下，集中雷达发射功率观测小范围区域。

第二个阶段，是发射两颗C频段合成孔径雷达卫星，形成三星组网运行。发射于2022年4月的第三颗卫星，最高分辨率可以达到1米。“海洋三号”系列卫星，继承了高分三号的技术，并且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。

其实，其他类型的遥感卫星也能发挥一定的海洋遥感作用，包括可见光成像卫星和雷达成像卫星，但是只能起到辅助性作用。（作者：迟惑）

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