第二讲-海洋遥感概述

1、2021/2/211 海洋遥感基础 2021/2/212 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。 2021/2/213 研究内容 n海面风场 n海表温

2、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物 n鱼群监测 2021/2/214 SST 2021/2/215 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。 2021/2/216 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

3、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)。 2021/2/217 2.NOAA（美国海洋大气局) n1972-1976发射NOAA-1,2,3,4,5卫星,

4、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 (atmospheretemperature)、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 2021/2/218 3.Seasat-A海洋实验卫星装载: n微波辐射计SMMR、微波高度计(MicrowaveAltimeter

5、)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(stormsurges)、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

6、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(parametersofoceansubsurfaceschlorophyllconcentration)。 2021/2/219 发展简史 n1985年以来,海洋卫星遥感全面进入应用阶段。 2021/2/2110 发展简史 n1985年以来发射的主要卫星 2021/2/2111 2021/2/2112 2021/2/2113 发展简史 n主要传感器类型 2021/2/2114 我国的海洋

7、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。 2021/2/2115 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。 202

8、1/2/2116 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,很难直接获 得海洋次表层以下的信息。

9、2021/2/2117 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

10、、云滴尺度、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。 2021/2/2118 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,NASA,NASA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

11、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 （EOSEOS）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 观测观测, ,获得确切的地球系统变化数据和信息获得确切的地球系统变化数据和信息, ,最最 终增强人类预报天气终增强人类预报天气/ /气候变化和自然灾害监气候变化和自然灾害监 测的能力。测的能力。 2021/2/2119 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

12、 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; 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。 2021/2/2120 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

13、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 起来的海洋科学的新分支起来的海洋科学的新分支, ,它包括两个方面的研究它包括两个方面的研究, ,即遥感的海洋学解释和遥即遥感的海洋学解释和遥 感的海洋学应用。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。 2021/2/21

14、21 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、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的遥感精度随着卫星遥感技术的发

15、展在不断地提高, ,目前正在接近、达到甚至目前正在接近、达到甚至 超过现场观测数据的精度。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人们就可以通过获得的 海洋表面遥感信息海洋表面遥感信息, ,了解海洋内部的海洋学特征和物理变化过程了解海

16、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光与红外电磁波的传感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。微波遥感弥补了不足。 总之总之, ,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, ,微波遥微波遥 感满足了人们对感满足了人们对全天候监测全天候监测的愿

17、望。的愿望。 2021/2/2122 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（ocean 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 co

18、ncentration） 水色（ocean color） 大气剖面温度和湿度（atmosphere pro and humidity） 垂程水汽含量（vertical water vapor column thickness） 可降雨量（total column precipitable water vapor） 气溶胶光学厚度（aerosol optical thickness） 2021/2/2123 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

19、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。 2021/2/2124 美国美国“海洋卫星海洋卫星”1号的卫星照片显示的海

20、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 2021/2/2125 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（SST: :Sea Surface Temperature）的等温线图像）的等温线图像; ;图中色标（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

21、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 影响影响, ,它的范围和温度变化与厄尔尼诺（它的范围和温度变化与厄尔尼诺（El Nio）事件有密切关联）事件有密切关联, ,因而是科学因而是科学 家监测的重要目标。家监测的重要目标。 2021/2/2126 1998年年1月的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

22、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 像表 面 异 常 图 像 ; ; 图 中 色 标图 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

23、） 事件中发生的典型现象。事件中发生的典型现象。 2021/2/2127 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。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（南方涛动指数（SOI: Southern Oscillat

24、ion Index）有着很好的相关关系。）有着很好的相关关系。 具体地讲具体地讲, ,赤道太平洋的赤道太平洋的SSH异常与异常与SST异常都与异常都与SOI有负相关有负相关, ,即与即与SOI有正有正 相关。相关。 2021/2/2128 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理研究提供了可靠的数据, ,还为全球海还为全球海 洋初级生产力的估计提供了充足的资洋初级生产力的估计提供了充足的资 料。料。 全球海洋初级

25、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图中红色代表高浓度,绿色代表中等浓度绿色代表中等浓度,蓝色代表低蓝色代表低 浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿素浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿素 浓度浓度,故被称为海中沙漠。故被称为海中沙漠。 2021/2/2129 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

26、更加清楚地观测海洋 极轨卫星围绕地球转动,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 2021/2/2130 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

27、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

28、与国际合作的能力。 中国气象卫星的发展 2021/2/2131 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： 1997/6 FY-2B： 2000/6 FY-2C： 2004/10 VISSR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， 0N FY-2B位

29、置：位置：105E， 0N FY-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 2021/2/2132 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

30、 年年9月和月和1999年年5月发射。月发射。 2002年年5月月, ,我国太原卫星发射我国太原卫星发射 中心使用长征四号乙火箭一箭中心使用长征四号乙火箭一箭 双星发射成功双星发射成功, ,将将“风云一风云一 号号”D（FY-1D）气象卫星和）气象卫星和 搭载的搭载的“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。 2021/2/2133 目前,国家卫星气象中心的地面站能接收

31、 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 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（199

32、7）、FY-2B（2000）、FY-2C （2004）。 中国气象卫星的发展 2021/2/2134 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系列的开发将包括两个阶段; ;首先首先, ,2004年至年至2008年研制发射两颗卫星年研制发射两颗卫星, ,接接 着着, ,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。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

33、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 射等参数射等参数, ,实现中期数值预报实现中期数值预报; ; 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支持全球气侯变化与环境变化规律的研究; ;为为 F航空、航海等部门提供全球任意区域的气象信息等。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能将

34、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 2021/2/2135 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海洋在我国社会经济建设中的战略地位极为重要, ,而利而利 用空间技术监测海洋用空间技术监测海洋, ,在维护我国海洋权益、保护海洋环境

35、、开发海洋资源、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。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环境破坏严重环境破坏严重: :当前当前, ,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恶化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

36、益严重的资源与环境问题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不仅影响了海洋经济的可持续发展和海洋的可持续 利用利用, ,而且是直接关系到人类的生存和社会的发展。而且是直接关系到人类的生存和社会的发展。 F资源开发资源开发: :二十一世纪是海洋的世纪二十一世纪是海洋的世纪, ,海洋蕴藏着巨大的资源与能源海洋蕴藏着巨大的资源与能源, ,人类人类 早已经认识到占地球表面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。开发利用海的海洋对人类的作用和重要性。开发利用海 洋资源洋资源, ,日益成为国际竞争的重要领域。日益成为国际竞争的重要领域。 F人们预测人们预

37、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 用用, ,海洋经济将会以更高的速度发展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人类在充分开发利用海洋的同时, ,更加重更加重 视海洋资源和环境的保护以求持续发展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。这是海洋事业发展的总趋势。 2021/2/2136 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年发射了世界上第一颗海洋卫星以来, ,欧空局、俄国、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

38、。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日日, ,我国第一颗海洋探测卫星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, ,经过了经过了7次次 变轨变轨, ,成功进入成功进入798公里的设计

39、运行轨道公里的设计运行轨道, ,并交付国家卫星海洋应用中心并交付国家卫星海洋应用中心 接收卫星数据。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重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律 为海洋生物资

40、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。 2021/2/2137 根据计划根据计划, ,我国将在我国将在“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 星星, ,加快建立海洋卫星体系。我国将要发展加快建立海洋卫星体系。我国将要发展3 3个系列的海洋卫星个系列的海洋卫星: 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取海

41、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。 2021/2/2138 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

42、系。以气象卫星系列、资源卫星 系列、海洋卫星系列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

43、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。 2021/2/2139 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

44、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

45、技术名列世界第五。 2021/2/2140 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。 2021/2/2141 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

46、 源一号原方案基础上两国联合研制的卫星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该星属于我国第一代数字传输 型地球资源卫星型地球资源卫星, ,于于1999年年10月发射升空。这是一种月发射升空。这是一种778千米太阳同步极千米太阳同步极 地圆轨道卫星地圆轨道卫星, ,绕地周期绕地周期100.4分钟分钟, ,每天每天14.35周周, ,其中绕经中国上空其中绕经中国上空3周周, , 覆盖地球目标的重复周期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遥感图像可覆

47、盖中国全部陆地、海域或大部分邻国的领域, ,并可获取国外并可获取国外 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中国资源卫星应用中 心已接收存档资源卫星各类数据近心已接收存档资源卫星各类数据近23万景万景, ,所接收的数据已覆盖我国国所接收的数据已覆盖我国国 土的土的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1.3万景的资源卫星数据产品万景的资源卫星数据产品, ,广泛广泛 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, ,中巴地球资中巴地球资 源卫星

48、源卫星01号已超期服役。于号已超期服役。于2003年年10月发射的中巴地球资源卫星月发射的中巴地球资源卫星02号与号与 01号技术状态基本相同号技术状态基本相同, ,该星装有该星装有CCD相机（相机（CCD）、红外多光谱扫描）、红外多光谱扫描 仪（仪（IRMSS）、以及宽视场成像仪（）、以及宽视场成像仪（WFI）三种有效载荷）三种有效载荷, ,可利用高密度可利用高密度 数字磁记录器存储数据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、广州三个资源卫星其传输的遥感图像

49、由北京、乌鲁木齐、广州三个资源卫星 接收站负责接收。图接收站负责接收。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）的 基本结构和飞行状态。基本结构和飞行状态。 2021/2/2142 目前目前, ,中巴地球资源卫星中巴地球资源卫星03号与号与04号也正在研制中。据报道号也正在研制中。据报道, ,我国我国 还于还于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星星, ,于于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

50、。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。该系统的计划是星系统。该系统的计划是: :第一步第一步, ,从第十个五年计划开始从第十个五年计划开始, ,研制研制 和发射两颗光学小卫星和一颗合成孔径雷达小卫星和发射两颗光学小卫星和一颗合成孔径雷达小卫星, ,基本完成地基本完成地 面接收处理和应用系统建设面接收处理和应用系统建设, ,初步形成对

51、灾害与环境进行监测预初步形成对灾害与环境进行监测预 报的能力。第二步报的能力。第二步, ,从第十一个五年计划开始从第十一个五年计划开始, ,发展四颗光学小卫发展四颗光学小卫 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完善地面接收处理和 应用系统应用系统, ,实现对中国及周边国家、地区灾害与环境的动态监测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: :一是对灾害和一是对灾害和 环境实施大范围和全天候的昼夜动态监测环境实施大范围和全天候的昼夜动态监测; ;

52、二是对洪涝、地震、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; ;三是对灾害的发三是对灾害的发 展趋势进行预测。展趋势进行预测。 2021/2/2143 中巴地球资源卫星01号（CBERS-1）示意图 （引自） 2021/2/2144 目前,世界上只有四种全球导航系统: n美国的GPS 直至2004年11月,GPS有29颗在轨卫星,可能最近将发射第30颗卫星,将使GPS星座 达到其现有地面控制系统最大许可的30颗。俄罗斯的GLONASS在轨卫星只有11颗, 计划2007年将达到18颗;而该系统只有达到24颗在轨卫星时才能发挥其所有 功能

53、。 众所周知,GPS是美国军方1973年开始实施的一项空间技术,被称为继人类 登月和研制航天飞机之后的又一重大航天科技成就。 GPS为军民两用系统,向全球免费开放。但美国对自己提供精确定位信号, 对其他用户仅提供低精度信号。 全球导航系统 2021/2/2145 全球导航系统 n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

54、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。 2021/2/2146 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 和民用前景。 2021/2/2147 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

55、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。 2021/2/2148 n中国的北斗中国的北斗 目前目前,中国的卫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

56、美国的GPS之上之上,一一 旦美国关闭对外国的服务旦美国关闭对外国的服务,后果将不堪设想。因此后果将不堪设想。因此,像中国这样的大国像中国这样的大国,必须必须 实现卫星导航系统多元化。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, ,在任在任 何时间任何地点确定中国用户地理位置何时间任何地点确定中国用户地理位置, ,实现无缝覆盖。该系统服实现无缝覆盖。该系统服 务范围包

57、括中国大陆及东南海域所有地域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。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颗颗, ,准全球性系统的卫星数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精卫星区域性导航定位系统的精 确度可以达到确度可以达到30到到100米。米。 2021/2/2149 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,只能用于中国及其周边地区;GPS和 GLON

58、ASS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,这实际上也就具有了一定的

59、通信功能。通信 功能是GPS和GLONASS所不具备的。 2021/2/2150 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多个多个, ,成为世界上广播电视和公众通讯成为世界上广播电视和公众通讯 用户最多的国家之一。用户最多的国家之一。 在我国卫星通讯方面在我国卫星通讯方面, ,已提供有关信息传递的业务达已提供有关信息传递的业务达100多项多项, ,主要包括主要包括 卫星固定通讯、卫星移动通讯、卫星电视直播卫星固定通讯、卫星移动通讯、卫星电视直播/卫星数字音频广播、卫卫星数字音频广

60、播、卫 星互联网的市场化。星互联网的市场化。 2021/2/2151 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号发射升空号发射升空, ,探测目标是赤道附近的空探测目标是赤道附近的空 间环境间环境 n“探测二号探测二号”卫星于卫星于2004年年7月月25日发射日发射, ,探测目标是极区上空的空间环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的四颗卫星紧密配合, ,可同