海洋遥感现状课件

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1、海洋遥感基础什么是海洋遥感？n海洋遥感（ocean remote sensing）利用传感器对海洋进行远距离非接触观测，以获取海洋景观和海洋要素的图像或数据资料。n遥感主要有三个应用方面：陆地遥感 海洋遥感（难度最大）气象遥感n海洋遥感是一门交叉学科。q涉及海洋学、物理学和信息科学等多种学科，并与空间技术、光电子技术、微波技术、计算机技术、通讯技术密切相关。q是2O世纪后期海洋科学取得重大进展的关键学科之一。形成了从海洋图谱分析到海洋现象自动识别等一套完整的理论与方法。研究内容n海面风场n海表温度（SST）、海表盐度、海色n海洋动力要素：海浪、海面高度、内波n海冰、海底地形、油膜及其它海洋污染

2、物n鱼群监测SST对于海洋研究的重要性n海洋观测难度大，因此更依赖于卫星遥感观测n在全球气候变化、大洋环流、赤潮监测等多个领域具有重要作用n发展前景看好，对于考研以及今后的个人发展具有重要意义。发展简史n海洋遥感始于第二次世界大战期间n发展最早的是在河口海岸制图和近海水深测量中利用航空遥感技术n1950年美国使用飞机与多艘海洋调查船协同进行了一次系统的大规模湾流考察，这是第一次在物理海洋学研究中利用航空遥感技术n此后，航空遥感技术更多地应用于海洋环境监测、近海海洋调查、海岸带制图与资源勘测方面。n1957年苏联发射第一颗人造卫星n1960年NASA发射了第一颗电视与红外(infrared)观测

3、卫星，开始从航天高度上探测海洋n1961年美国水星(Aqua)计划。n1973年Skylab证实了可见光(visiblelight)和近红外(nearinfrared)遥感对地球连续观测的能力。n1975年GEOS-3卫星高度计(SatelliteAltimeter)。2.NOAA（美国海洋大气局)n1972-1976发射NOAA-1，2，3，4，5卫星，装载了红外扫描辐射计(infraredscatteringradiometer)和微波辐射计(microwaveradiometer)，估计海表温度(seasurfacetemperature)、大气温度(atmospheretemperat

4、ure)、湿度剖面(moistureprofile)。n1978年NASA发射了三颗卫星，喷气动力实验室（JPL）研制的Seasat-A、戈达德太空飞行中心（GSFC）研制的TIROS-N和Nimbus-7卫星3.Seasat-A海洋实验卫星装载：n微波辐射计SMMR、微波高度计(MicrowaveAltimeter)RA、微波散射计(MicrowaveScatterometer)SASS、合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar)SAR、可见红外辐射计VIRR5种传感器n提供的海洋信息：SST、海面高度、海面风场、海浪(seawave)、海冰、海底地形、风暴潮(storms

5、urges)、水汽(vapour)和降雨(precipitation)等。寿命108天，被称为卫星海洋遥感的里程碑。4.TIROS-N上装载了AVHRR(高级甚高分辨率辐射计)和TIROS业务化垂直探测器TOVS.奠定了卫星海表温度进入气象、海洋业务化预报的基础。5.Nimbus-7装载了7台传感器，其中多通道扫描微波辐射计SMMR和沿岸带海色扫描仪CZCS与海洋观测有关，奠定了海色卫星遥感的基础。n1978-86CZCS提供了8年的全球海色(seacolor)图像以及海洋次表层叶绿素浓度参数(parametersofoceansubsurfaceschlorophyllconcentrati

6、on)。发展简史n1985年以来，海洋卫星遥感全面进入应用阶段。发展简史n1985年以来发射的主要卫星发展简史n主要传感器类型我国的海洋遥感n2002年才发射了第一海洋卫星 HY-1A。n2007年4月11日发射了HY-1B。我国的海洋遥感n发展目标建立起一整套海洋卫星应用体系，包括：q以可见光、红外探测水色水温为主的海洋水色卫星系列(HY-1)q以微波探测海面风场、海面高度和海温为主的海洋动力环境卫星系列(HY-2)q以多光谱成像仪、合成孔径雷达、微波散射计、辐射计、雷达高度计等多种遥感器为主载荷的海洋环境综合卫星系列(HY-3)q希望到2015年，形成以我国海洋系列卫星为主导的立体海洋监测

7、网，使我国的海洋卫星及其应用水平达到国际先进水平，并进入世界海洋遥感先进行列。海洋遥感现状海洋遥感现状n优点目前遥感技术已应用于海洋学各分支学科的各个方面海洋遥感技术的应用，使得内波、中尺度涡、大洋潮汐、极地海冰观测、海气相互作用等的研究取得了新的进展。如气象卫星红外图像象，直接记录了海面温度的分布，海流和中尺度涡漩的边界在红外图像象上非常清晰。利用这种图像象可直接测量出这些海洋现象的位置和水平尺度，进行时间系列分析和动力学研究。n不足某些传感器的测量精度和空间分辨力还不能满足需要，很难做到定量测量；有的遥感资料不够直观，分析解译难度很大；传感器主要利用电磁波传递信息，穿透海水的能力较弱，很难

8、直接获得海洋次表层以下的信息。发展前景发展前景nEOS计划：投入100亿美元，18年完成nTERRA：1999-12-18：35颗中的第一颗卫星。搭载5个传感器：CERES：云和地球辐射能量系统，确定云净辐射作用和地球辐射收支。MISR：多角光谱成像辐射仪，中分辨率（275-1100m）成像观测，研究地表覆盖、气溶胶(aerosol)、云散射的角度分布特征。Modis：中分辨光谱成像辐射仪，36波段和250-1000m的分辨率，对地球陆地、海洋和大气进行逐日综合评价。陆地覆盖特征及陆地变化、海洋生产力(oceanproduction)、陆地和海洋上气溶胶特性、可降水量、大气温度廓线、云滴尺度、

9、云高和云顶温度探测。MOPITT：对流层(troposphere)污染观测仪,全球三个高度层CO分布图，及分辨率(resolution)为22km全球甲烷(methane)分布图。ASTER:高级空间热辐射反辐射计，采集自可见光至热红外地高分辨率（15-90m）多光谱资料，用于局部和区域过程研究。EOS计划概况n全球环境变化、全球气候变化和自然灾害增多全球环境变化、全球气候变化和自然灾害增多等全球性问题。等全球性问题。n从从19911991年起，年起，NASANASA正式启动了把地球作为一个正式启动了把地球作为一个整体环境系统进行综合观测的地球观测系统整体环境系统进行综合观测的地球观测系统（E

10、OSEOS）计划。）计划。n最终目标是根据最终目标是根据EOSEOS卫星系统长达卫星系统长达1515年的连续年的连续观测，获得确切的地球系统变化数据和信息，观测，获得确切的地球系统变化数据和信息，最终增强人类预报天气最终增强人类预报天气/气候变化和自然灾害气候变化和自然灾害监测的能力。监测的能力。n首次提供覆盖全球的拍照，开始为期15年的对地球表面和大气参数的全面的基本测量；n通过观测试图发现人类活动对气候影响的证据，改进探测人类活动对气候影响的能力，提供全球的数据，并利用先进的计算机系统建立模型，有助于预测气候的变化；n通过提供观测资料，提高对灾害天气如干旱、洪涝在时间和地理分布上的预报能力

11、；n利用TERRA数据，改进季节性和年度天气预报；n进一步开发对森林火灾、洪水及干旱等灾害的监测和预报，灾害的特征确定及减灾技术的研究；n开始对全球气候及环境变化进行长期的监测和数据的积累。卫星海洋遥感的应用卫星海洋遥感的应用卫星遥感为海洋科学、地球科学、环境科学、气象科学、物理科学、地理科卫星遥感为海洋科学、地球科学、环境科学、气象科学、物理科学、地理科学、电子工程和光学等学科提供了广阔的应用和发展空间。学、电子工程和光学等学科提供了广阔的应用和发展空间。卫星海洋学（卫星海洋学（satellite oceanography）是随着人造地球卫星的诞生而发展）是随着人造地球卫星的诞生而发展起来的

12、海洋科学的新分支，它包括两个方面的研究，即遥感的海洋学解释和起来的海洋科学的新分支，它包括两个方面的研究，即遥感的海洋学解释和遥感的海洋学应用。遥感的海洋学应用。遥感的海洋学解释涉及到对各种海洋环境参量的反演机制和信息提取方法研遥感的海洋学解释涉及到对各种海洋环境参量的反演机制和信息提取方法研究究;遥感的海洋学应用涉及到各个具体研究领域的目标和研究手段。遥感的海洋学应用涉及到各个具体研究领域的目标和研究手段。n海面反射、散射或自发辐射的各个波段的电磁波携带着海表面温度、海平面海面反射、散射或自发辐射的各个波段的电磁波携带着海表面温度、海平面高度、海表面粗糙度以及海水所含各种物质浓度的信息。高度

13、、海表面粗糙度以及海水所含各种物质浓度的信息。n传感器能够测量在各个不同波段的海面反射、散射或自发辐射的电磁波能量，传感器能够测量在各个不同波段的海面反射、散射或自发辐射的电磁波能量，通过对携带信息的电磁波能量的分析，人们可以反演某些海洋物理量。传感通过对携带信息的电磁波能量的分析，人们可以反演某些海洋物理量。传感器的遥感精度随着卫星遥感技术的发展在不断地提高，目前正在接近、达到器的遥感精度随着卫星遥感技术的发展在不断地提高，目前正在接近、达到甚至超过现场观测数据的精度。甚至超过现场观测数据的精度。n海洋表面是一个非常重要的界面海洋表面是一个非常重要的界面 海洋与大气的能量及其它交换过程都是通

14、过这个界面进行的；海洋与大气的能量及其它交换过程都是通过这个界面进行的；海洋内部的变化也会部分地透过这一表面表现出来。海洋内部的变化也会部分地透过这一表面表现出来。运用计算机三维数值模拟和卫星遥感数据同化技术，人们就可以通过获得运用计算机三维数值模拟和卫星遥感数据同化技术，人们就可以通过获得的海洋表面遥感信息，了解海洋内部的海洋学特征和物理变化过程的海洋表面遥感信息，了解海洋内部的海洋学特征和物理变化过程 因为遥感监测在海面的空间分辨率与波长成正比，所以接收波长较短的可因为遥感监测在海面的空间分辨率与波长成正比，所以接收波长较短的可见光与红外电磁波的传感器获得的遥感图像具见光与红外电磁波的传感

15、器获得的遥感图像具有更好的空间分辨率有更好的空间分辨率。云的覆盖阻挡了可见光波段电磁波的透过，微波遥感弥补了不足。云的覆盖阻挡了可见光波段电磁波的透过，微波遥感弥补了不足。总之，可见光和红外遥感提供了人们对较高的空间分辨率监测的需求，微波总之，可见光和红外遥感提供了人们对较高的空间分辨率监测的需求，微波遥感满足了人们对遥感满足了人们对全天候监测全天候监测的愿望。的愿望。目前，运用卫星、航天飞机和普通飞机遥感技术，人们实现了对海表面温度（sea surface temperature）海表面盐度（sea surface salinity）海平面异常（sea level anomaly）海流（oc

16、ean current）海表面风（sea surface wind）海浪（sea waves）海洋内波（ocean internal waves）悬浮物浓度（suspended matter concentration）叶绿素浓度（chlorophyll concentration）色素浓度（pigment concentration）水色（ocean color）大气剖面温度和湿度（atmosphere profile temperature and humidity）垂程水汽含量（vertical water vapor column thickness）可降雨量（total column

17、 precipitable water vapor）气溶胶光学厚度（aerosol optical thickness）海洋遥感的优势n具备全天时(昼夜)、全天候工作能力和穿云透雾的能力n有一定的透视海水能力，以便取得海水较深部的信息。n因为能够获取长时间、大范围、近实时和近同步监测资料，卫星遥感在海洋监测和研究中正在发挥越来越大的作用。n利用卫星数据传输设备，浮标数据和许多其他现场海洋学观测数据可以实现近实时获取。n通过卫星遥感手段达到对全球范围的海洋进行实时、全方位和立体监测，能够获得稳定可靠的多种长期观测资料。n海洋观测资料是人类开发、利用和保护海洋的重要基础。卫星遥感技术作为获取海洋观

18、测资料的重要手段，已经得到广泛的应用。n然而，卫星遥感数据并不能完全取代传统的海洋学观测。例如，海洋内部垂直断面的测量必须依靠浮标或其他传统海洋学观测技术。n卫星遥感数据与传统海洋学现场观测数据是互补的关系。美国美国“海洋卫星海洋卫星”1号的卫星照片显示的海洋现象号的卫星照片显示的海洋现象海面风场大气和海洋湍流界面海流状况南极夏季边缘冰区的冰块海底地形2001年全球海表面温度（SST：Sea Surface Temperature）年平均等温线NOAA国家海洋资料中心提供的卫星数据制作的国家海洋资料中心提供的卫星数据制作的2001年全球海洋的年平均海表年全球海洋的年平均海表面温度（面温度（SS

19、T：Sea Surface Temperature）的等温线图像；图中色标（）的等温线图像；图中色标（colour bar）的单位是）的单位是（摄氏度）。（摄氏度）。该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区的范围和温度大小。该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区的范围和温度大小。西太平洋赤道暖水区向大气输运的热通量对于全球海洋大气热循环有举足轻重的西太平洋赤道暖水区向大气输运的热通量对于全球海洋大气热循环有举足轻重的影响，它的范围和温度变化与厄尔尼诺（影响，它的范围和温度变化与厄尔尼诺（El Nio）事件有密切关联，因而是科）事件有密切关联，因而是科学家监测的重要目标。学家监测的重要目标。1998年年1月的

20、月平均月的月平均海表面异常海表面异常（SLASLA：Sea Surface AnomalySea Surface Anomaly）图像图像美国宇航局喷气推进实验室美国宇航局喷气推进实验室提供的提供的TOPEX/POSEIDON卫星高度计观测资料制作的卫星高度计观测资料制作的1998年年1月的月平均全球海月的月平均全球海表面异常图像；图中色标表面异常图像；图中色标（colour bar）的单位是）的单位是cm。该图清晰显示了该图清晰显示了西太平洋赤西太平洋赤道暖水区海平面的降低和赤道暖水区海平面的降低和赤道东太平洋海平面的增高道东太平洋海平面的增高。这是西太平洋赤道暖水区的这是西太平洋赤道暖水区

21、的海水沿赤道向东倒流的结果，海水沿赤道向东倒流的结果，属于在厄尔尼诺（属于在厄尔尼诺（El Nio）事件中发生的典型现象。事件中发生的典型现象。指定海域海表面高度（SSH）异常与南方涛动指数的关系使用卫星遥感的多年时间序列资料，能够更加深入细致地研究海洋。使用卫星遥感的多年时间序列资料，能够更加深入细致地研究海洋。上图为上图为ERS-1/2卫星的高度计资料获得的多年时间序列，通过对该图的分析发现卫星的高度计资料获得的多年时间序列，通过对该图的分析发现赤道太平洋敏感区的海表面高度（赤道太平洋敏感区的海表面高度（SSH）异常与海表面温度（）异常与海表面温度（SST）异常以及）异常以及南方涛动指数（

22、南方涛动指数（SOI:Southern Oscillation Index）有着很好的相关关系。）有着很好的相关关系。具体地讲，赤道太平洋的具体地讲，赤道太平洋的SSH异常与异常与SST异常都与异常都与SOI有负相关，即与有负相关，即与SOI有有正相关。正相关。NASA使用使用MODIS在在2000年年11月对全月对全球海洋叶绿素浓度（球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的）分布的观测观测卫星遥感不但为全球海洋和气候的物卫星遥感不但为全球海洋和气候的物理研究提供了可靠的数据，还为全球理研究提供了可靠的数据，还为全球海洋初级生产力的估计提供了充足的海洋初级生产力的估计提供了充足的资料。资料。全球海

23、洋初级生产力与全球碳循环有全球海洋初级生产力与全球碳循环有密切关系；密切关系；全球碳循环与全球碳循环与CO2引起的全球变暖有引起的全球变暖有直接联系；直接联系；全球变暖可能导致全球海平面上升。全球变暖可能导致全球海平面上升。图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度，蓝色代表图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度，蓝色代表低浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿低浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿素浓度，故被称为海中沙漠。素浓度，故被称为海中沙漠。我国气象卫星包括两个主要系统我国气象卫星包括两个主要系统F极轨卫星系统极轨卫星系统 距离地球表面较近，能够更加清楚地观测海洋 极轨卫星围绕地

24、球转动，能够观测全球海洋 中期数值天气预报、气侯预测和全球生态环境变化监测、远洋航海、航空所需的气象资料等，主要从极轨气象卫星获得；F地球静止卫星系统地球静止卫星系统 相对地球静止，它可以连续观测地球的一个局部区域 静止气象卫星它对灾害性天气系统，包括对台风、暴雨和植被生态动态突变的实时连续观测具有突出的能力。中国气象卫星的发展 n两种气象卫星的观测功能不能相互替代n极轨气象卫星：对于全球性的大气运动，要准确预测全球或某一地区的天气和气候变化，需要拥有全球的气象资料，而极轨气象卫星可以满足这种需求。n只有发射和管理卫星的国家，才能通过存储回放的方式获取全球资料，作为一个用户地面接收站，则只能接

25、收一定范围内当地的气象卫星资料。因此，只有自己发射和运行极轨气象卫星，才能真正实现全球观测。n通过二者的相互结合和补充，可建立一套全面的气象卫星业务运行体系和相应的地面数据接收处理和应用系统，以满足我国各部门的气象、环境观测和防灾减灾的需要。n从第三颗星开始转入业务应用，并被世界气象组织列入全球气象业务应用卫星行列。第一代地球静止气象卫星“风云二号”系列也发射了两颗试验星，第二颗星已进入业务运行，并已列入全球地球静止气象卫星观测网。作为国际气象卫星网络的重要组成部分，风云气象卫星系列的使用增强了我国参与国际合作的能力。中国气象卫星的发展 我我国国的的风风云云气气象象卫卫星星系系列列名称时间名称

26、时间资助者资助者传感器传感器运行轨道资料运行轨道资料风云一号系列风云一号系列卫星卫星FY-1D：2002/5 国家气象局国家气象局MVISR太阳同步近圆形极轨轨道太阳同步近圆形极轨轨道再访问时间：再访问时间：1天天风云二号系列风云二号系列卫星卫星FY-2A：1997/6FY-2B：2000/6FY-2C：2004/10VISSR轨道类型轨道类型:地球同步轨道地球同步轨道FY-2A位置：位置：86E，0NFY-2B位置：位置：105E，0NFY-2C位置：位置：105E，0N风云三号风云三号(计划计划/2006)国家气象局国家气象局和海洋局和海洋局 太阳同步近圆形极轨轨道太阳同步近圆形极轨轨道风

27、云四号风云四号(计划计划中中)地球同步轨道地球同步轨道2002年年5月月15日日“风云一号风云一号”D气象卫气象卫星发回的首张假彩色照片星发回的首张假彩色照片FY-1D气象卫星发回的首张照气象卫星发回的首张照片。片。“风云一号风云一号”是我国第一是我国第一代极轨气象卫星，代极轨气象卫星，A星、星、B星、星、C星分别于星分别于1988年年9月、月、1990年年9月和月和1999年年5月发射。月发射。2002年年5月，我国太原卫星发月，我国太原卫星发射中心使用长征四号乙火箭一射中心使用长征四号乙火箭一箭双星发射成功，将箭双星发射成功，将“风云一风云一号号”D（FY-1D）气象卫星和）气象卫星和搭载

28、的搭载的“海洋一号海洋一号”A（HY-1A）卫星送入了预定轨道。发）卫星送入了预定轨道。发射后交付国家卫星气象中心使射后交付国家卫星气象中心使用。用。主要用于天气预报、气候预测、主要用于天气预报、气候预测、自然灾害和生态环境监测服务自然灾害和生态环境监测服务等。等。目前，国家卫星气象中心的地面站能接收F我国风云系列卫星资料F美国国家海洋大气局管理的诺阿/极轨环境卫星（NOAA/POES）资料F日本地球静止气象卫星（GMS）资料，并对用户提供服务F截至2002年底，我国已成功地发射了FY-1A、FY-1B、FY-1C和FY-1D等4颗极轨气象卫星、FY-2A和FY-2B等2颗地球静止气象卫星。F

29、 气象卫星所获得的遥感数据在火、水、冰、雪以及台风、大雾、沙尘暴等天气和自然灾害的监测中都发挥了重要的作用，取得了明显效益，大大增强了我国气象卫星为国民经济和防灾、减灾服务的能力。F我国利用长征三号火箭从西昌卫星基地发射了三颗地球静止“风云二号”气象系列卫星，即FY-2A（1997）、FY-2B（2000）、FY-2C（2004）。中国气象卫星的发展 F我国已开始研制第二代极轨气象卫星我国已开始研制第二代极轨气象卫星“风云三号风云三号”卫星。卫星。“风云三号风云三号”系列的开发将包括两个阶段；首先，系列的开发将包括两个阶段；首先，2004年至年至2008年研制发射两颗卫星，年研制发射两颗卫星，

30、接着，接着，2008年至年至2020年研制发射五颗卫星。年研制发射五颗卫星。F增加了微波遥感器，可实现全球三维、全天候、多光谱、定量气象探测。增加了微波遥感器，可实现全球三维、全天候、多光谱、定量气象探测。F“风云三号风云三号”卫星的主要任务是提供全球的温度、湿度、气压、云和辐卫星的主要任务是提供全球的温度、湿度、气压、云和辐射等参数，实现中期数值预报；射等参数，实现中期数值预报；F监测大范围的自然灾害和生态环境；监测大范围的自然灾害和生态环境；F探测地球物理参数，支持全球气侯变化与环境变化规律的研究；为探测地球物理参数，支持全球气侯变化与环境变化规律的研究；为F航空、航海等部门提供全球任意区

31、域的气象信息等。航空、航海等部门提供全球任意区域的气象信息等。F与与“风云一号风云一号”卫星相比，卫星相比，“风云三号风云三号”卫星的探测功能及主要探测性卫星的探测功能及主要探测性能将达到当今国际先进水平，是我国极轨气象卫星发展进程中的一个飞跃，能将达到当今国际先进水平，是我国极轨气象卫星发展进程中的一个飞跃，它将大大提高我国的对地观测能力和全球大气探测能力，在我国国民经济它将大大提高我国的对地观测能力和全球大气探测能力，在我国国民经济发展和人类生活中发挥重要作用。发展和人类生活中发挥重要作用。中国气象卫星的发展 中国海洋遥感的进步中国海洋遥感的进步 F空间监测的重要性：海洋在我国社会经济建设

32、中的战略地位极为重要，而空间监测的重要性：海洋在我国社会经济建设中的战略地位极为重要，而利用空间技术监测海洋，在维护我国海洋权益、保护海洋环境、开发海洋资利用空间技术监测海洋，在维护我国海洋权益、保护海洋环境、开发海洋资源、减轻海洋灾害和有效实施海洋管理等方面显得尤为重要和迫切。源、减轻海洋灾害和有效实施海洋管理等方面显得尤为重要和迫切。F环境破坏严重：当前，我国海洋资源开发利用中存在着大量破坏环境和浪环境破坏严重：当前，我国海洋资源开发利用中存在着大量破坏环境和浪费资源的隐患，致使海洋环境污染日趋严重。尤其是近海局部海域生态环境费资源的隐患，致使海洋环境污染日趋严重。尤其是近海局部海域生态环

33、境恶化，对海洋渔业资源和近海生态系统破坏在不断加剧。海洋开发利用中出恶化，对海洋渔业资源和近海生态系统破坏在不断加剧。海洋开发利用中出现的日益严重的资源与环境问题，不仅影响了海洋经济的可持续发展和海洋现的日益严重的资源与环境问题，不仅影响了海洋经济的可持续发展和海洋的可持续利用，而且是直接关系到人类的生存和社会的发展。的可持续利用，而且是直接关系到人类的生存和社会的发展。F资源开发：二十一世纪是海洋的世纪，海洋蕴藏着巨大的资源与能源，人资源开发：二十一世纪是海洋的世纪，海洋蕴藏着巨大的资源与能源，人类早已经认识到占地球表面类早已经认识到占地球表面70.8的海洋对人类的作用和重要性。开发利用的海

34、洋对人类的作用和重要性。开发利用海洋资源，日益成为国际竞争的重要领域。海洋资源，日益成为国际竞争的重要领域。F人们预测，二十一世纪人类社会的经济发展将更加依赖海洋实际价值的利人们预测，二十一世纪人类社会的经济发展将更加依赖海洋实际价值的利用，海洋经济将会以更高的速度发展，人类在充分开发利用海洋的同时，更用，海洋经济将会以更高的速度发展，人类在充分开发利用海洋的同时，更加重视海洋资源和环境的保护以求持续发展，这是海洋事业发展的总趋势。加重视海洋资源和环境的保护以求持续发展，这是海洋事业发展的总趋势。F自美国在自美国在1978年发射了世界上第一颗海洋卫星以来，欧空局、俄国、年发射了世界上第一颗海洋

35、卫星以来，欧空局、俄国、日本、法国、加拿大、韩国和印度等相继发射了一系列海洋卫星。日本、法国、加拿大、韩国和印度等相继发射了一系列海洋卫星。F2002年年5月月15日，我国第一颗海洋探测卫星日，我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号海洋一号”A（HY-1A）与）与“风云一号风云一号”D气象卫星作为一箭双星同时发射升空。气象卫星作为一箭双星同时发射升空。HY-1A卫星轨道为太阳同步近圆形轨道卫星轨道为太阳同步近圆形轨道以可见光、红外波段传感器探测水色、水温为主以可见光、红外波段传感器探测水色、水温为主设计寿命为两年。卫星在太原卫星发射中心发射升空后，经过了设计寿命为两年。卫星在太原卫星发射中心发射升空

36、后，经过了7次变轨，成功进入次变轨，成功进入798公里的设计运行轨道，并交付国家卫星海洋应用公里的设计运行轨道，并交付国家卫星海洋应用中心接收卫星数据。中心接收卫星数据。发射这颗卫星的主要目的是通过观测：发射这颗卫星的主要目的是通过观测：海水光学特征海水光学特征 叶绿素浓度叶绿素浓度 海表面温度海表面温度 悬浮泥沙含量悬浮泥沙含量 可溶有机可溶有机物物 海洋污染物质海洋污染物质 浅海地形浅海地形 海流特征海流特征 海面上空气溶胶海面上空气溶胶掌握海洋初级生产力分布、海洋渔业及养殖业资源状况和环境质量掌握海洋初级生产力分布、海洋渔业及养殖业资源状况和环境质量了解重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律了解

37、重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律为海洋生物资源合理开发利用、沿岸海洋工程、河口港湾治理、海为海洋生物资源合理开发利用、沿岸海洋工程、河口港湾治理、海洋环境监测、环境保护和执法管理等提供科学依据和基础数据。洋环境监测、环境保护和执法管理等提供科学依据和基础数据。根据计划，我国将在根据计划，我国将在“海洋一号海洋一号”卫星的基础上发展系列海洋卫卫星的基础上发展系列海洋卫星，加快建立海洋卫星体系。我国将要发展星，加快建立海洋卫星体系。我国将要发展3 3个系列的海洋卫个系列的海洋卫星：星：F“海洋一号”系列卫星：以可见光、红外波段遥感探测海洋水色和水温为主F“海洋二号”系列卫星：以微波遥感探测可全天候获

38、取海面风场、海面高度和海表面温度场等为主F“海洋三号”系列卫星：同时配备光学遥感器和微波遥感器的可对海洋环境进行综合监测F“神舟三号”留轨舱装载了CMODIS（中国的中等分辨率成像光谱仪），在“神舟四号”留轨舱装载了微波散射计、微波辐射计和高度计。F在留轨舱的半年运行内，这些海洋遥感传感器获得了许多宝贵资料，科学家通过对留轨舱带回遥感资料的研究，获得了各种大气和海洋信息的试验产品。中国卫星发展的现状与目标中国卫星发展的现状与目标我国卫星未来发展目标包括近期和远期两个部分。今后十年或稍后一个时期的近期发展目标是：第一，建立长期稳定运行的卫星对地观测体系。以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列

39、和环境与灾害监测小卫星群组成长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对中国及周边地区甚至全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。第二，建立自主经营的卫星广播通信系统。积极支持商用广播通信卫星的发展，开发具有长寿命、高可靠性和大容量优点的地球静止轨道通信卫星和电视直播卫星，初步建成中国卫星通信产业。第三，建立自主的卫星导航定位系统。分步建立导航定位卫星系列，开发卫星导航定位应用系统，初步建成中国的卫星导航定位应用产业。第四，建立协调配套的全国卫星遥感应用体系。统一规划和建设各种卫星遥感地面应用系统，建立覆盖全国的地面卫星遥感数据接收、处理和分发系统，实现资源共享；在对地卫星遥感主要应用领域，形成

40、较完整的业务化应用体系。第五，发展空间科学，开展深空探测。至2004年，我国共发射了五十余颗不同类型的人造卫星。仅第十个五年计划期间，我国将研制和发射近三十颗各类卫星，包括通信、气象、资源、海洋、导航、环境与灾害监测、天文、空间探测卫星等。我国卫星事业经历了三个发展历程。1958年至1970年为起步阶段。1970年4月，我国成功发射了第一颗人造卫星，成为当时世界上第五个能研制和发射人造卫星的国家。1971年至1984年为开发太空技术阶段。中国从1975年到2004年发射了19颗返回式科学与技术实验卫星。这种卫星和地球资源卫星的性质是一致的，只是它寿命短，只有5-8天，但是它可以回收。我国科技人

41、员通过返回式卫星、第一代通信卫星的研制和飞行试验，掌握了一系列卫星关键技术，包括各种姿控、变轨、热控、电源、结构、测控、回收及载荷技术。1985年到现在为发展应用卫星阶段。我国自主地发展了多种应用卫星，包括资源、气象、海洋、通信广播、导航定位和科学与技术试验卫星，卫星成果在国内外已得到广泛应用。据卫星专家闵桂荣评价，我国研制的卫星费用低、质量好、水平高；目前我国的火箭发射技术名列世界第四，返回式卫星、导航卫星技术居世界第三位，气象卫星、资源卫星技术居世界第四位，通信卫星技术名列世界第五。目前，我国在卫星制造、发射及卫星应用上已形成了产业。第九个五年计划（1996年至2000年）以来，中国加快了

42、这一产业的发展，先后成功发射气象卫星、海洋水色卫星、通信广播卫星、资源卫星和“北斗”导航卫星等多种类型的应用卫星。此外，卫星应用技术也得到快速发展，已生产出系列化的卫星应用产品。这些卫星被广泛地用于国情普查、资源调查、环境监测、灾害预报和海洋管理等领域，取得了良好效益。中国和巴西合作研制的中巴地球资源卫星中国和巴西合作研制的中巴地球资源卫星01号（号（CBERS-1）是在中国资）是在中国资源一号原方案基础上两国联合研制的卫星；该星属于我国第一代数字传源一号原方案基础上两国联合研制的卫星；该星属于我国第一代数字传输型地球资源卫星，于输型地球资源卫星，于1999年年10月发射升空。这是一种月发射升

43、空。这是一种778千米太阳同千米太阳同步极地圆轨道卫星，绕地周期步极地圆轨道卫星，绕地周期100.4分钟，每天分钟，每天14.35周，其中绕经中国周，其中绕经中国上空上空3周，覆盖地球目标的重复周期周，覆盖地球目标的重复周期26天。该卫星的设计工作寿命天。该卫星的设计工作寿命2年，年，卫星传输的遥感图像可覆盖中国全部陆地、海域或大部分邻国的领域，卫星传输的遥感图像可覆盖中国全部陆地、海域或大部分邻国的领域，并可获取国外区域的地面图像信息。截止到卫星交付使用两周年，中国并可获取国外区域的地面图像信息。截止到卫星交付使用两周年，中国资源卫星应用中心已接收存档资源卫星各类数据近资源卫星应用中心已接收

44、存档资源卫星各类数据近23万景，所接收的数万景，所接收的数据已覆盖我国国土的据已覆盖我国国土的96，用户先后购买和协议订购了，用户先后购买和协议订购了1.3万景的资源卫万景的资源卫星数据产品，广泛应用于资源勘查、防灾减灾、环境监测与保护等领域。星数据产品，广泛应用于资源勘查、防灾减灾、环境监测与保护等领域。目前，中巴地球资源卫星目前，中巴地球资源卫星01号已超期服役。于号已超期服役。于2003年年10月发射的中巴地月发射的中巴地球资源卫星球资源卫星02号与号与01号技术状态基本相同，该星装有号技术状态基本相同，该星装有CCD相机（相机（CCD）、）、红外多光谱扫描仪（红外多光谱扫描仪（IRMS

45、S）、以及宽视场成像仪（）、以及宽视场成像仪（WFI）三种有效载）三种有效载荷，可利用高密度数字磁记录器存储数据，并利用高速率的数据传输系荷，可利用高密度数字磁记录器存储数据，并利用高速率的数据传输系统将所能获得的数据实时传回地球；其传输的遥感图像由北京、乌鲁木统将所能获得的数据实时传回地球；其传输的遥感图像由北京、乌鲁木齐、广州三个资源卫星接收站负责接收。图齐、广州三个资源卫星接收站负责接收。图1-7显示了中巴地球资源卫星显示了中巴地球资源卫星01号（号（CBERS-1）的基本结构和飞行状态。）的基本结构和飞行状态。目前，中巴地球资源卫星目前，中巴地球资源卫星03号与号与04号也正在研制中。

46、据报道，我号也正在研制中。据报道，我国还于国还于2000年年9月发射了月发射了“中国资源卫星二号中国资源卫星二号”01星，于星，于2002年年10月发射了月发射了“中国资源卫星二号中国资源卫星二号”02星。于星。于2004年年11月发射了月发射了“中国资源卫星二号中国资源卫星二号”03星。星。2004年年12月月1日，日，“中国资源卫星中国资源卫星二号二号”01星、星、02星和星和03星开始了组网运行。从现在起到星开始了组网运行。从现在起到2010年，年，中国将分两步建立能够长期稳定运行的灾害与环境监测预报小卫中国将分两步建立能够长期稳定运行的灾害与环境监测预报小卫星系统。该系统的计划是：第一

47、步，从第十个五年计划开始，研星系统。该系统的计划是：第一步，从第十个五年计划开始，研制和发射两颗光学小卫星和一颗合成孔径雷达小卫星，基本完成制和发射两颗光学小卫星和一颗合成孔径雷达小卫星，基本完成地面接收处理和应用系统建设，初步形成对灾害与环境进行监测地面接收处理和应用系统建设，初步形成对灾害与环境进行监测预报的能力。第二步，从第十一个五年计划开始，发展四颗光学预报的能力。第二步，从第十一个五年计划开始，发展四颗光学小卫星和四颗合成孔径雷达小卫星组成的星座，完善地面接收处小卫星和四颗合成孔径雷达小卫星组成的星座，完善地面接收处理和应用系统，实现对中国及周边国家、地区灾害与环境的动态理和应用系统

48、，实现对中国及周边国家、地区灾害与环境的动态监测和预报。该系统投入运行的主要任务有三个方面：一是对灾监测和预报。该系统投入运行的主要任务有三个方面：一是对灾害和环境实施大范围和全天候的昼夜动态监测；二是对洪涝、地害和环境实施大范围和全天候的昼夜动态监测；二是对洪涝、地震、森林火灾等灾害的发生与发展做出预报和预警；三是对灾害震、森林火灾等灾害的发生与发展做出预报和预警；三是对灾害的发展趋势进行预测。的发展趋势进行预测。中巴地球资源卫星01号（CBERS-1）示意图 （引自http:/ 俄罗斯的GLONASS俄罗斯的GLONASS与GPS相似，由空间部分、地面监控部分和用户接收机部分组成，使用24

49、颗高度约2万千米左右的卫星组成星座。GPS分布在6个轨道平面上，每个轨道平面45颗，GLONASS分布在3个轨道平面上，每个轨道平面有8颗卫星。卫星的分布使得在全球的任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，由此获得高精度的三维定位数据，这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS和GLONASS的区别nGPS定位精度可达15米，测速精度0.1米/秒nGLONASS导航定位精度较低，约为30100米，测速精度0.15米/秒。n这两个系统都是为全球范围内的飞机、舰船、坦克、地面车辆、步兵、导弹以及航天飞机等提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和精确时间，因此，具有极高的军用价值和

50、民用前景。n欧盟的伽利略 欧洲正在实施“伽利略”计划，建设精度更高的全球导航定位系统。欧洲的“伽利略系统”是世界上笫一个完全向民用开放的全球性卫星定位系统 于2008年投入商业运行。“伽利略”计划总投资预计为32亿欧元，由27颗运行卫星和3颗预备卫星组成，分布在高度约为2.4万公里的3个轨道上，可以覆盖全球。2003年中国与欧盟达成了关于我国参加欧洲全球导航“伽利略”计划的协议。n 目前，日本正在建设可以和GPS并用的由3颗卫星组成的“准天顶卫星系统”。n 印度也在开发卫星导航系统，计划将印度的导航系统将与GPS、GLONASS和“伽利略”系统相连接。n中国的北斗中国的北斗目前，目前，中国的卫

51、星导航中国的卫星导航定位定位应用系统的绝大多数都建立在美国的应用系统的绝大多数都建立在美国的GPS之上，之上，一旦美国关闭对外国的服务，后果将不堪设想。因此，像中国这样的大国，一旦美国关闭对外国的服务，后果将不堪设想。因此，像中国这样的大国，必须实现卫星导航系统多元化。必须实现卫星导航系统多元化。我国北斗卫星导航定位系统由我国北斗卫星导航定位系统由2000年和年和2003年发射的年发射的3颗颗“北斗一北斗一号号”卫星组成。卫星组成。北斗卫星定位系统可以全天候全天时提供区域卫星导航信息，在任北斗卫星定位系统可以全天候全天时提供区域卫星导航信息，在任何时间任何地点确定中国用户地理位置，实现无缝覆盖

52、。该系统服何时间任何地点确定中国用户地理位置，实现无缝覆盖。该系统服务范围包括中国大陆及东南海域所有地域，属区域性导航定位系统。务范围包括中国大陆及东南海域所有地域，属区域性导航定位系统。全球性卫星定位系统卫星数量约需要全球性卫星定位系统卫星数量约需要24颗，准全球性系统的卫星数颗，准全球性系统的卫星数量约需要量约需要6颗。据报道，颗。据报道，“北斗一号北斗一号”卫星区域性导航定位系统的卫星区域性导航定位系统的精确度可以达到精确度可以达到30到到100米。米。北斗的特点我国的“北斗一号”导航系统与GPS和GLONASS有很大的不同，n使用范围不同F “北斗一号”是区域卫星导航系统，只能用于中国

53、及其周边地区；GPS和GLONASS都是全球导航定位系统，在全球的任何一点，只要卫星信号未被遮蔽或干扰，都能接收到三维坐标数据。n卫星的数量和轨道是不同的 “北斗一号”有3颗，位于高度近3.6万千米的地球同步轨道。n三是定位原理不同 “北斗一号”是用户首先发射要求服务的信号，通过卫星转发至地面控制中心，地面控制中心计算出用户机的位置后再通过卫星答复用户；GPS和GLONASS只需要接收4个卫星的位置信息，由用户接收机解算出三维坐标。由于“北斗一号”本身是二维导航系统，仅靠2颗星的观测信号尚不能定位，观测信号的获得及计算均在地面中心站进行，卫星和用户接收机需要具有转发或收发信号功能，这实际上也就

54、具有了一定的通信功能。通信功能是GPS和GLONASS所不具备的。我国通信卫星我国通信卫星“东方红三号东方红三号”“鑫诺一号鑫诺一号”“中星中星-20号号”我国目前使用的卫星转发器有我国目前使用的卫星转发器有100多个，成为世界上广播电视和公众通多个，成为世界上广播电视和公众通讯用户最多的国家之一。讯用户最多的国家之一。在我国卫星通讯方面，已提供有关信息传递的业务达在我国卫星通讯方面，已提供有关信息传递的业务达100多项，主要包多项，主要包括卫星固定通讯、卫星移动通讯、卫星电视直播括卫星固定通讯、卫星移动通讯、卫星电视直播/卫星数字音频广播、卫星数字音频广播、卫星互联网的市场化。卫星互联网的市

55、场化。n“地球空间双星探测计划地球空间双星探测计划”是我国是我国1997年提出的空间探测国际合作计划。年提出的空间探测国际合作计划。n“探测一号探测一号”卫星于卫星于2003年年12月月30号发射升空，探测目标是赤道附近的号发射升空，探测目标是赤道附近的空间环境空间环境n“探测二号探测二号”卫星于卫星于2004年年7月月25日发射，探测目标是极区上空的空间环日发射，探测目标是极区上空的空间环境。境。n它们与欧洲空间局正在运行的它们与欧洲空间局正在运行的“星簇计划星簇计划”的四颗卫星紧密配合，可同时的四颗卫星紧密配合，可同时探测各个空间区域的磁场和粒子时空变化规律、磁场空间暴的产生机制和发探测各

56、个空间区域的磁场和粒子时空变化规律、磁场空间暴的产生机制和发展规律，分析由于太阳活动引起的近地空间各种干扰活动的发生和发展规律，展规律，分析由于太阳活动引起的近地空间各种干扰活动的发生和发展规律，为人类预测灾害性的地球空间天气等提供科学依据。为人类预测灾害性的地球空间天气等提供科学依据。n2003年年10月月15日我国日我国“神舟五号神舟五号”载人航天飞船发射成功，从而成为世载人航天飞船发射成功，从而成为世界上继俄罗斯和美国之后第三个载人航天飞行的国家。界上继俄罗斯和美国之后第三个载人航天飞行的国家。n“神舟五号神舟五号”的留轨舱携带着中等分辨率成像光谱仪，该类型传感器将被的留轨舱携带着中等分

57、辨率成像光谱仪，该类型传感器将被装载到风云卫星三号。留轨舱还携带有精度达到了厘米量级的激光反射器，装载到风云卫星三号。留轨舱还携带有精度达到了厘米量级的激光反射器，该类型传感器不但可用于测距定轨，而且可充当高度计，完成测量海表面高该类型传感器不但可用于测距定轨，而且可充当高度计，完成测量海表面高度的任务。激光是由一束相干的光束发射出的单一频率的可见光或红外光。度的任务。激光是由一束相干的光束发射出的单一频率的可见光或红外光。此外，我国计划的“嫦娥”探月工程将分三步走。“嫦娥”探月工程以无人探测为主，分别实现绕月探测、月面软着陆探测与月面巡视勘察、采样返回等。目前启动的绕月探测工程，是我国“嫦娥

58、”探月工程的第一步。2007年，我国发射首颗月球探测卫星“嫦娥一号”，实现绕月探测。探月计划F中国航天科技集团公司是我国最大的火箭研制单位，其所属的中国运载中国航天科技集团公司是我国最大的火箭研制单位，其所属的中国运载火箭技术研究院和上海航天技术研究院研制的长征系列火箭，迄今已进行火箭技术研究院和上海航天技术研究院研制的长征系列火箭，迄今已进行七十次发射。七十次发射。F根据国际航天界通用的计算标准，长征运载火箭的总体技术性能已达到根据国际航天界通用的计算标准，长征运载火箭的总体技术性能已达到国际一流水平。国际一流水平。F我国正在研制可重复使用运载器，在突破单级入轨运载器的关键技术后，我国正在研

59、制可重复使用运载器，在突破单级入轨运载器的关键技术后，最终研制出快速、机动、廉价、可靠的单级入轨重复使用的运载器。最终研制出快速、机动、廉价、可靠的单级入轨重复使用的运载器。F从国际上对运载火箭发射统计情况看，小型运载火箭的发射量呈逐年增从国际上对运载火箭发射统计情况看，小型运载火箭的发射量呈逐年增长态势。因此在研制可重复使用运载器的同时，中国还将积极进行小型运长态势。因此在研制可重复使用运载器的同时，中国还将积极进行小型运载火箭的研制。载火箭的研制。F目前，我国建有太原、酒泉、西昌和文昌三个火箭发射基地，拥有西安、目前，我国建有太原、酒泉、西昌和文昌三个火箭发射基地，拥有西安、酒泉和北京三个

60、卫星和飞船轨道测控通讯中心，和分布在国内外各地的测酒泉和北京三个卫星和飞船轨道测控通讯中心，和分布在国内外各地的测控站和四艘船组成的控站和四艘船组成的“远望远望”号远洋船队，共同承担对卫星和飞船的轨道号远洋船队，共同承担对卫星和飞船的轨道测控通讯任务。测控通讯任务。F在测控通讯中，一般采用在测控通讯中，一般采用2-4 GHz 的的S波段。波段。运载火箭目前世界许多国家在海洋卫星观测资料的服务与共享上取得了很大进步。目前世界许多国家在海洋卫星观测资料的服务与共享上取得了很大进步。F美国宇航局（美国宇航局（NASA）所属的喷气推进实验室（）所属的喷气推进实验室（JPL）F美国国家海洋大气局（美国国

61、家海洋大气局（NOAA）F日本国家航天发展厅（日本国家航天发展厅（NASDA）F欧空局（欧空局（ESA）的卫星地面站）的卫星地面站F某些组织和大学都建立了网页，可在国际范围提供海洋观测资料的共某些组织和大学都建立了网页，可在国际范围提供海洋观测资料的共享服务。享服务。例如，美国宇航局例如，美国宇航局JPL实验室物理海洋学数据分发存档中心（实验室物理海洋学数据分发存档中心（PO.DAAC）的网页地址是的网页地址是http:/podaac.jpl.nasa.gov/order/。该网站提供了大量卫。该网站提供了大量卫星和常规海洋观测资料。星和常规海洋观测资料。数据分发海洋学参数海洋学参数卫星卫星/

62、传感器传感器/调查计划调查计划atmospheric moistureSST climatologyheat fluxicemulti-parameter data collectionsocean windsea surface heightsea surface temperatureAVHRRATSRCZCSERS-1GEOS-3GEOSATIN SITUMODISNSCATNIMBUS-7 SMMRQuikSCATSEASATSSM/ITOGATOPEX/PoseidonWOCE美国宇航局美国宇航局JPL实验室实验室PO.DAAC网站可提供的资料种类网站可提供的资料种类又如，网页又如，

63、网页http:/podaac.jpl.nasa.gov/catalog/product001.html/提供了提供了JPL/PO.DAAC的的001号产品的详细描述：代号为号产品的详细描述：代号为001号数据产品的名称是号数据产品的名称是Monthly Mean Global Surface Ocean Variables；数据来源是数据来源是ARGOS Buoys、VHRR/2、ERS-1/2、GEOSAT、NSCAT、SSM/I、TOPEX/Poseidon,TMI和和SeaWiFS；覆盖的时间区间是覆盖的时间区间是1987-2000年；覆盖年；覆盖的空间范围是的空间范围是global；数

64、据种类是；数据种类是monthly mean averages of global sea surface temperature、sea surface height、significant wave height、chlorophyll-a concentration、surface wind speed、surface wind velocity and near-surface current。表。表1-3显示了显示了001号产品包含的数据集。号产品包含的数据集。数据集数据集Data Set时间覆盖时间覆盖Temporal Coverage空间分辨率空间分辨率Spatial Resol

65、utionARGOS Buoy Drift1989-1992Measurements given at location of buoysAVHRR/2 Sea Surface Temperature1987-2000Global Grid of 1024 pixels longitude by 512 pixels latitudeERS-1 AMI Wind Vectors1992-96/5Global Grid of 1080 pixels longitude by 540 pixels latitudeERS-2 AMI Wind Vectors1996/6-1997Global Gr

66、id of 1080 pixels longitude by 540 pixels latitudeGEOSAT Sea Surface Height1987-1988Global Grid of 1080 pixels longitude by 540 pixels latitudeNSCAT Wind Vectors1997/1-97/6Global Grid of 1080 pixels longitude by 540 pixels latitudeSSM/I Wind Speed1987-2000Global Grid of 1080 pixels longitude by 540 pixels latitudeTOPEX/PoseidonSea Surface Height(SSH)Significant Wave Height(SWH)1993-2000SSH 1993:Global Grid of 540 pixels longitude by 270 pixels latitudeSSH 1994:Global Grid of 539 pixels longitude