中海大卫星海洋学课件第1章 绪论

卫星海洋学SATELLITEOCEANOGRAPHY

第一章

绪论

（Introduction）

第二章

气象卫星与水色卫星（MeteorologicalSatellite&OceanColorSatellite）

第三章

海洋卫星与陆地卫星（OceanicSatellite&Land-LookingSatellite）第四章

电磁辐射（ElectromagneticRadiation）第五章散射和吸收（ScatterandAbsorption）第六章水色遥感和辐射计（OceanColorRemoteSensing&Radiometer）第七章

热红外辐射计和微波辐射计（Thermal-InfraredRadiometer&MicrowaveRadiometer）第八章

散射计（Scatterometer）第九章高度计（Altimeter）第十章合成孔径雷达（Synthetic-ApertureRadar）第十一章

参考文献和复习题第一章

绪论

（Introduction）

§1.1卫星海洋遥感的应用（ApplicationsofSatellite-OceanicRemoteSensing）§1.2中国气象卫星的发展（DevelopmentofMeteorologicalSatelliteinChina）

§1.3中国海洋遥感的进步（ProgressofOceanicRemoteSensinginChina）§1.4中国卫星发展的现状与目标（Actuality&GoalofChineseSatelliteDevelopment）§1.5数据分发（DataDistribution）

§1.6海洋遥感信息和数据相关网站（WebSitesforOceanicRemoteSensingInformation&Data）§1.7习题（Questions）

§1.1

卫星海洋遥感的应用（ApplicationsofSatellite-OceanicRemoteSensing）

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。卫星海洋学（satelliteoceanography）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，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;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。卫星在遥远距离通过放置在某一平台上的传感器对大气或者海洋以电磁波探测方式获取大气或者海洋的有关信息，这个过程称为遥感。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。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。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见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。虽然云的覆盖阻挡了可见光波段电磁波的透过，但是能够穿透云层的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，微波遥感满足了人们对全天候监测的愿望。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（seasurfacetemperature）、海表面盐度（seasurface

salinity）、海平面异常（sealevelanomaly）、海流（oceancurrent）、海表面风（seasurfacewind）、海浪（seawaves）、海洋内波（oceaninternalwaves）、悬浮物浓度（suspendedmatterconcentration）、叶绿素浓度（chlorophyll

concentration）、色素浓度（pigmentconcentration）水色（oceancolor）等多种海洋要素的监测，以及大气剖面温度和湿度（atmosphereprofiletemperatureandhumidity）、垂程水汽含量（verticalwatervaporcolumnthickness）、可降雨量（totalcolumnprecipitablewatervapor）、气溶胶光学厚度（aerosolopticalthickness）等许多大气要素的监测。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。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。卫星遥感数据与传统海洋学现场观测数据是互补的关系。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。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。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。图1-1：2001年全球海表面温度（SST：SeaSurfaceTemperature）年平均等温线图1-1是我们利用美国NOAA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面温度（SST：SeaSurfaceTemperature）的等温线图像；图中色标（colourbar）的单位是℃（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。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（ElNiño）事件有密切关联，因而是科学家监测的重要目标。图1-2：1998年1月的月平均海表面异常（SLA：SeaSurfaceAnomaly）图像图1-2是我们利用美国宇航局喷气推进实验室（ftp://podaac.jpl.nasa.gov/pub/）提供的TOPEX/POSEIDON卫星高度计观测资料制作的1998年1月的月平均全球海表面异常（SLA：SeaSurfaceAnomaly）图像；图中色标（colourbar）的单位是cm。该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区海平面的降低和赤道东太平洋海平面的增高。这是西太平洋赤道暖水区的海水沿赤道向东倒流的结果，属于在厄尔尼诺（ElNiño）事件中发生的典型现象。图1-3：指定海域海表面高度（SSH）异常与南方涛动指数的关系（引自ftp://hocus.geo.tudelft.nl/pub/remko/ers/enso/gif/nino3.pdf）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。图1-3显示了荷兰Delft理工大学使用ERS-1/2卫星的高度计资料获得的多年时间序列。通过对该图的分析他们发现，赤道太平洋敏感区的海表面高度（SSH）异常与海表面温度（SST）异常以及南方涛动指数（SOI:SouthernOscillationIndex）有着很好的相关关系。具体地讲，赤道太平洋的SSH异常与SST异常都与SOI有负相关，即与–SOI有正相关。

南方涛动指数（SOI）被定义为位于南太平洋的塔希提岛海平面气压异常与位于东印度洋的达尔文港海平面气压异常的差值。

美国大气研究高校协会UCAR（UniversityCorporationforAtmosphericResearch）气候和全球动力学部（ClimateandGlobalDynamicsdivision）（http://www.cgd.ucar.edu/cas/catalog/climind/soiAnnual.html）和美国国家环境预报中心NCEP（NationalCentersforEnvironmentalPrediction）在网上向读者提供自1866年以来逐月的南方涛动指数（SOI）数据、以及塔希提岛和达尔文港海平面气压（SLP：SeaLevelPressure）异常数据。这里请注意他们在计算SOI时采用了不同的公式。华盛顿大学网（http://www.jisao.washington.edu/pacs/additional_analyses/soi.html）的介绍是：TheNationalCentersforEnvironmentalPrediction(NCEP)ClimatePredictionCentercalculatestheSOIfromTahitiandDarwinSea-LevelPressure(SLP)asfollowswhereT&DareanomaliesofTahitiandDarwinSLPthathavebeennormalizedbythestandarddeviationofthemonthlyvaluesoftherespectiveindexforallmonthscombinedfortheyears1951to1980;SDisthestandarddeviationofthenumeratorforallmonthscombinedfortheyears1951to1980.TheTahitiandDarwintimeseriescanbeobtainedfromthehttp://www.jisao.washington.edu/pacs/additional_analyses/soi.html.

一般地认为，靠近秘鲁的东赤道太平洋海域的海表面温度（SST）异常是厄尔尼诺（ElNiño）事件的直接指示；南方涛动指数（SOI）是厄尔尼诺（ElNiño）事件的间接指示。

SOI的下降（或者–SOI的上升）预示着厄尔尼诺（ElNiño）事件的可能发生。SOI的上升（或者–SOI的下降）预示着拉尼娜（LaNiña）事件的可能发生。在图1-3中，–SOIindex（Pressure）代表南方涛动指数的相反值，Nino1+2代表赤道东太平洋10度方区（0-10S,80W-90W）。Nino1+2index（SST）代表Nino1和Nino2区域的海表面温度异常，Nino1+2Aindex(SSH)代表对应海域的海表面高度异常。为了在相同幅度的变化范围进行比较，三组时间序列的数据都通过除以各自的标准差被标准化了。荷兰Delft理工大学的研究人员还使用Nino3（5°S-5°N,90°W-150°W）、Nino3+4（5°S-5°N,120°W-170°W）和Nino4（5°S-5°N,160°E-150°W）的海表面温度异常和海表面高度异常与南方涛动指数进行了比较。此外，美国德克萨斯大学的研究还证实，TOPEX/POSEIDON卫星高度计观测的西太平洋海平面异常是非常准确的，其精度相当于在热带海洋和全球大气计划/热带大气海洋计划（TOGA/TAO）中布放的浮标测量。

许多机构设立了关于厄尔尼诺（ElNiño）现象研究的网页。例如美国宇航局喷气推进实验室（JPL/NASA）的网页http://topex-www.jpl.nasa.gov/

对ElNiño、LaNiña和ENSO做出如下解释：ElNiñoIsaphenomenonreferringwarm-waterconditionsoffthewesterntropicalcoastsoftheAmericas,occurringirregularlybutusuallyaroundChristmastime,causedbyweakeningtradewindsandcausingdepletedfisheries,heavier-than-normalraininthecentralandeasternPacific,anddroughtinthewesternPacific.ENSO（ElNiño,SouthernOscillation）Isaphenomenonreferringaninterannualseesawintropicalsea-levelpressurebetweentheeasternandwesternhemispheres.DuringElNiño,unusuallyhighatmosphericsea-levelpressuresdevelopinthewesterntropicalPacificandIndianOceanregions,andunusuallylowsea-levelpressuresdevelopinthesoutheasterntropicalPacific.SotendenciesforunusuallylowpressureswestofthedatelineandhighpressureseastofthedatelinehavealsobeenlinkedtoperiodsofanomalouslycoldequatorialPacificsea-surfacetemperaturessometimesreferredtoasLaNiña.LaNiñaIsaphenomenonreferringcold-waterconditionsoffthewesterntropicalcoastsoftheAmericas,occurringirregularlyandoccasionallyfollowingElNiñoconditions,causedbystiffeningtradewindsandregeneratedfisheries,droughtinthecentralandeasternPacific,andraininthewesternPacific.我国“天气在线”网站/

对ElNiño和ENSO做出了更详细的解释：厄尔尼诺（ElNiño）现象通常指太平洋海温异常升高，引起全球气候异常并造成鱼类大量死亡的现象。在一般情况下，热带西太平洋的表层水温较高，而东太平洋的海温较低。这种东、西太平洋之间海表面温度梯度变化和信风一起，构成了海洋

-大气耦合系统的准平衡态。每隔2－8年，这种准平衡态就要被打破一次，西太平洋的暖气流伴随雷暴东移，使得整个热带太平洋水域的水温变暖，气候出现异常，其持续时间为一年或更长时间。厄尔尼诺（ElNiño）在西班牙语中的意思是“圣婴”（thechild）。该现象首先发生在南美洲的厄瓜多尔和秘鲁太平洋沿岸附近，多发生在圣诞节前后，因此得名。厄尔尼诺过后，热带太平洋有时会出现与上述情况相反的状态，称为拉尼娜（LaNiña）

现象。拉尼娜现象表现为东太平洋海温明显变冷，同时也伴随着全球性气候异常。厄尔尼诺现象发生时，位于西太平洋地区的国家如印尼和澳大利亚易出现旱灾，而南美沿岸国家如秘鲁、厄瓜多尔则有暴雨发生。相反，拉尼娜现象发生时，澳大利亚和印尼易有水灾，而秘鲁、厄瓜多尔则出现干旱。厄尔尼诺是一种不规则重复出现的现象。一般每2～8年出现一次。据统计，从1950到1998年共发生了16次厄尔尼诺现象，拉尼娜发生10次。一般而言，厄尔尼诺现象发生时，全球平均温度会升高。不过，最近10年发生厄尔尼诺现象的频率加快，已造成近百年来平均温度最高的三年都在1990年以后。针对厄尔尼诺现象的热带海洋和全球大气计划（TOGA）和接替的热带大气海洋（TAO）观测阵列系统的数据也是通过诺阿/极轨环境卫星（NOAA/POES）装载的Argos数据传输设备获取的。TOGA-TAO的网页是http://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/realtime.htmll/

；欲了解关于厄尔尼诺现象的研究，可参看网页http://www.pmel.noaa.gov/tao/elnino/toga-insitu.html。上述网站对“TOGA”（TropicalOcean&GlobalAtmosphereprogram）和“TAO”（TropicalAtmosphereOceanproject）做出如下解释：TheTropicalOceanGlobalAtmosphereprogram(TOGA)isevolvingintoanoperationalElNino/SouthernOscillation(ENSO)observingsystem.TOGAstartedinJanuary1985andendedinDecember1994.Thefourmajorelementsofthisobservingsystemare:1)avolunteerobservingshipexpendablebathythermographprogram;2)anislandandcoastaltidegaugenetwork;3)adriftingbuoyprogram;4)amooredbuoyprogramconsistingofwindandthermalchainmooringsandcurrentmetermoorings.ThecrowningachievementofTOGAwasthedevelopmentoftheTropicalAtmosphere/Ocean(TAO)array.TheTAOarray(renamedtheTAO/TRITONarrayon1January2000)consistsofapproximately70mooringsintheTropicalPacificOcean,telemeteringoceanographicandmeteorologicaldatatoshoreinreal-timeviathe

Argossatellitesystem.ThearrayisamajorcomponentoftheElNiño/SouthernOscillation(ENSO)ObservingSystem,theGlobalClimateObservingSystem(GCOS)andtheGlobalOceanObservingSystem(GOOS).

SupportisprovidedprimarilybytheUnitedStates(NationalOceanicandAtmosphericAdministration)andJapan(JapanMarineScienceandTechnologyCenter)withadditionalcontributionsfromFrance(Institutderecherchepourledeveloppement).TheTAOarrayisdirectedbyNOAA'sPacificMarineEnvironmentalLaboratory(PMEL)andinvolvesinternationalcooperationwithscientistsandorganizationsinU.S.A.,Japan,France,Korea,andTaiwan(ofChina).图1-4：美国宇航局（NASA）使用中等分辨率成像光谱仪MODIS在2000年11月对全球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观测（引自http://modis.gsfc.nasa.gov/data/algorithms.html

）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，还为全球海洋初级生产力的估计提供了充足的资料。全球海洋初级生产力与全球碳循环有密切关系；全球碳循环与CO2引起的全球变暖有直接联系；全球变暖可能导致全球海平面上升。图1-4是美国宇航局（NASA）使用中等分辨率成像光谱仪（ModerateResolutionImagingSpectro-Radiometer）在2000年11月对全球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观测，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素浓度，故被称为海中沙漠。

§1.2

中国气象卫星的发展

（DevelopmentofMeteorologicalSatelliteinChina）

我国气象卫星包括两个主要系统：极轨卫星系统和地球静止卫星系统。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。随着第一代极轨气象卫星“风云一号”和第一代静止气象卫星“风云二号”由实验转入业务应用，我国气象卫星业务应用体系正逐步走向成熟。极轨和地球静止气象卫星是两种不同观测特性的卫星。极轨卫星距离地球表面较近，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；静止气象卫星相对地球静止，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。两种气象卫星的观测功能不能相互替代。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。但是，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。我国第一代极轨气象卫星“风云一号”系列在成功发射了两颗试验卫星后，完成了各项试验任务，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。表1-1:我国的风云气象卫星系列名称／时间资助者传感器运行轨道资料风云一号系列卫星FY-1D：2002/5

国家气象局MVISR

太阳同步近圆形极轨轨道再访问时间：

1天风云二号系列卫星FY-2A：1997/6FY-2B：2000/6FY-2C：2004/10VISSR轨道类型:地球同步轨道FY-2A位置：

86°E，0°NFY-2B位置：105°E，0°NFY-2C位置：105°E，0°N风云三号

(计划/2006)国家气象局和海洋局

太阳同步近圆形极轨轨道风云四号

(计划中)地球同步轨道图1-5：2002年5月15日“风云一号”D气象卫星发回的首张假彩色照片图1-5显示了FY-1D气象卫星发回的首张照片。“风云一号”是我国第一代极轨气象卫星，A星、B星、C星分别于1988年9月、1990年9月和1999年5月发射。2002年5月，我国太原卫星发射中心使用长征四号乙火箭一箭双星发射成功，将“风云一号”D（FY-1D）气象卫星和搭载的“海洋一号”A（HY-1A）卫星送入了预定轨道。FY-1D由航天科技集团公司上海航天技术研究院为主研制，是一颗太阳同步轨道应用气象卫星，卫星质量为950公斤，卫星设计寿命2年，发射后交付国家卫星气象中心使用。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等。

目前，国家卫星气象中心的地面站能接收我国风云系列卫星资料、美国国家海洋大气局管理的诺阿/极轨环境卫星（NOAA/POES）资料和日本地球静止气象卫星（GMS）资料，并对用户提供服务。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。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。我国分别于1997年、2000年和2004年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、FY-2B和FY-2C。我国已开始研制第二代极轨气象卫星“风云三号”卫星。

“风云三号”系列的开发将包括两个阶段；首先，2004年至2008年研制发射两颗卫星，接着，2008年至2020年研制发射五颗卫星。除了可见光和红外扫描辐射计外，“风云三号”卫星还将增加携带微波辐射计、微波成像仪、红外分光计、中分辨率成像光谱仪、地球辐射探测仪、紫外臭氧探测仪、太阳常数监测仪、空间环境监测仪等遥感仪器，卫星的图像传输分系统包含实时图像传输和延时回放图像传输两种，实时传输信道特征将和国际同类卫星兼容。由于增加了微波遥感器，可实现全球三维、全天候、多光谱、定量气象探测。“风云三号”卫星的主要任务是提供全球的温度、湿度、气压、云和辐射等参数，实现中期数值预报；监测大范围的自然灾害和生态环境；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；为航空、航海等部门提供全球任意区域的气象信息等。“风云三号”卫星的分辨率较“风云一号”有显著提高，即使在870公里的高空也能分辨出地面上的高速公路。与“风云一号”卫星相比，“风云三号”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，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。§1.3

中国海洋遥感的进步（ProgressofOceanicRemoteSensinginChina）我国东临太平洋，是一个海域宽阔的国家。大陆海岸线长达1.8万多公里，沿海岛屿有6500多个，岛屿岸线约1.4万多公里，并拥有300万平方公里的管辖海域。因此，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。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。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70.8％的海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。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。

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、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。2002年5月15日，我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号”

A（HY-1A）与“风云一号”

D气象卫星作为一箭双星同时发射升空。HY-1A由航天科技集团公司所属中国空间技术研究院研制，卫星质量为368公斤，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，设计寿命为两年。卫星在太原卫星发射中心发射升空后，在航天东方红卫星有限公司和西安卫星测控中心的精心控制下，经过了7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中心接收卫星数据。发射这颗卫星的主要目的是通过观测海水光学特征、叶绿素浓度、海表面温度、悬浮泥沙含量、可溶有机物和海洋污染物质，并兼顾观测浅海地形、海流特征、海面上空气溶胶等要素，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，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。根据计划，我国将在“海洋一号”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3个系列的海洋卫星：以可见光、红外波段遥感探测海洋水色和水温为主的“海洋一号”系列卫星；以微波遥感探测可全天候获取海面风场、海面高度和海表面温度场等为主的“海洋二号”系列卫星，以及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的“海洋三号”系列卫星。我国在“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。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。§1.4

中国卫星发展的现状与目标（Actuality&GoalofChineseSatelliteDevelopment）根据我国国务院新闻办公室于2000年11月发布的《中国的航天》白皮书，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。建立新型的科学探测与技术试验卫星系列，加强空间微重力、空间材料科学、空间生命科学、空间环境和空间天文研究；开展以月球探测为主的深空探测的预先研究。今后二十年或稍后的一个时期的远期发展目标为：按照国家整体规划，建成多种功能和多种轨道的、由多种卫星系统组成的空间基础设施；建成天地协调配套的卫星地面应用系统，形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统。

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01号（CBERS-1）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输型地球资源卫星，于1999年10月发射升空。这是一种778千米太阳同步极地圆轨道卫星，绕地周期100.4分钟，每天14.35周，其中绕经中国上空3周，覆盖地球目标的重复周期26天。该卫星的设计工作寿命2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，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23万景，所接收的数据已覆盖我国国土的96％，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，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01号已超期服役。于2003年10月发射的中巴地球资源卫星02号与01号技术状态基本相同，该星装有CCD相机（CCD）、红外多光谱扫描仪（IRMSS）、以及宽视场成像仪（WFI）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1-7显示了中巴地球资源卫星01号（CBERS-1）的基本结构和飞行状态。目前，中巴地球资源卫星03号与04号也正在研制中。据报道，我国还于2000年9月发射了“中国资源卫星二号”01星，于2002年10月发射了“中国资源卫星二号”02星。于2004年11月发射了“中国资源卫星二号”03星。2004年12月1日，“中国资源卫星二号”

01星、02星和03星开始了组网运行。从现在起到2010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。图1-7：中巴地球资源卫星01号（CBERS-1）示意图（引自http://www.cresda.com.cn/）

目前，世界上只有两种全球导航系统：美国的GPS和俄罗斯的GLONASS。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。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。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4～5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定位精度可达15米，测速精度0.1米/秒；GLONASS导航定位精度较低，约为30—100米，测速精度0.15米/秒。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。当前，世界许多国家都在开发卫星导航定位系统，如欧洲正在实施“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，将于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年中国与欧盟已经达成了关于我国参加欧洲全球导航“伽利略”计划的协议。目前，中国的卫星导航定位应用系统的绝大多数都建立在美国的GPS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，必须实现卫星导航系统多元化。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”。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。我国北斗卫星导航定位系统由2000年和2003年发射的3颗“北斗一号”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。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量约需要6颗。据报道，“北斗一号”卫星区域性导航定位系统的精确度可以达到30到100米。我国的“北斗一号”导航系统与GPS和GLONASS有很大的不同，一是使用范围不同。“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；而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。二是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。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；而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通信功能。通信功能是GPS和GLONASS所不具备的。我国通信卫星也获得飞速发展，包括“东方红三号”、“鑫诺一号”、以及“中星-20号”等卫星都计算在内，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100多项，主要包括卫星固定通讯、卫星移动通讯、卫星电视直播/卫星数字音频广播、卫星互联网的市场化。早在第九个五年计划期间，中国空间技术研究院就开始进行大型静止轨道通信广播卫星的研制开发工作。“地球空间双星探测计划”是我国1997年提出的空间探测国际合作计划。“探测一号”卫星于2003年12月30号发射升空，探测目标是赤道附近的空间环境，“探测二号”卫星于2004年7月25日发射，探测目标是极区上空的空间环境。它们与欧洲空间局正在运行的“星簇计划”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。2003年10月15日我国“神舟五号”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。“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”探月工程的第一步。按计划，2007年之前，我国将发射首颗月球探测卫星“嫦娥一号”，实现绕月探测。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，迄今已进行七十次发射。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。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，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。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载火箭的研制。目前，我国建有太原、酒泉和西昌三个火箭发射基地，拥有西安、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“远望”

号远洋船队，共同承担对卫星和飞船的轨道测控通讯任务。在测控通讯中，一般采用2-4GHz的S波段。§1.5

数据分发（DataDistribution）

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。例如美国宇航局（NASA）所属的喷气推进实验室（JPL）、美国国家海洋大气局（NOAA）、日本国家航天发展厅（NASDA）、欧空局（ESA）的卫星地面站、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。例如，美国宇航局JPL实验室物理海洋学数据分发存档中心（PO.DAAC）的网页地址是http://podaac.jpl.nasa.gov/order/

。如表1-2所显示，该网站提供了大量卫星和常规海洋观测资料。海洋学参数卫星/传感器/调查计划atmosphericmoistureSSTclimatologyheatfluxicemulti-parameterdatacollectionsoceanwindseasurfaceheightseasurfacetemperatureAVHRRATSRCZCSERS-1GEOS-3GEOSATINSITUMODISNSCATNIMBUS-7SMMRQuikSCATSEASATSSM/ITOGATOPEX/PoseidonWOCE表1-2:美国宇航局JPL实验室PO.DAAC网站可提供的资料种类又如，网页http://podaac.jpl.nasa.gov/catalog/product001.html/

提供了JPL/PO.DAAC的001号产品的详细描述：代号为001号数据产品的名称是MonthlyMeanGlobalSurfaceOceanVariables；

数据来源是ARGOSBuoys、VHRR/2、ERS-1/2、

GEOSAT、NSCAT、SSM/I、TOPEX/Poseidon,TMI和SeaWiFS；

覆盖的时间区间是1987-2000年；覆盖的空间范围是global；数据种类是monthlymeanaveragesofglobalseasurfacetemperature、seasurfaceheight、significantwaveheight、chlorophyll-aconcentration、surfacewindspeed、surfacewindvelocityandnear-surfacecurrent。表1-3显示了001号产品包含的数据集。数据集DataSet时间覆盖TemporalCoverage空间分辨率SpatialResolutionARGOSBuoyDrift1989-1992MeasurementsgivenatlocationofbuoysAVHRR/2SeaSurfaceTemperature1987-2000GlobalGridof1024pixelslongitudeby512pixelslatitudeERS-1AMIWindVectors1992-96/5GlobalGridof1080pixelslongitudeby540pixelslatitudeERS-2AMIWindVectors1996/6-1997GlobalGridof1080pixelslongitudeby540pixelslatitudeGEOSATSeaSurfaceHeight1987-1988GlobalGridof1080pixelslongitudeby540pixelslatitudeNSCATWindVectors1997/1-97/6GlobalGridof1080pixelslongitudeby540pixelslatitudeSSM/IWindSpeed1987-2000GlobalGridof1080pixelslongitudeby540pixelslatitudeTOPEX/PoseidonSeaSurfaceHeight(SSH)SignificantWaveHeight(SWH)1993-2000SSH1993:GlobalGridof540pixelslongitudeby270pixelslatitudeSSH1994:GlobalGridof539pixelslongitudeby396pixelslatitudeSSH95-98:GlobalGridof540pixelslongitudeby540pixelslatitudeSWH1998:GlobalGridof360pixelslongitudeby180pixelslatitudeSeaWiFSChlorophyll-aConcentration1998-2000GlobalGridof720pixelslongitudeby360pixelslatitudeTMISeaSurfaceTemperature1998-2000GlobalGridof1440pixelslongitudeby320pixelslatitude数据提供方式有两种。第一、可使用匿名FTP（anonymousFileTransferProtocol）从美国宇航局物理海洋学数据分发存档中心（pub/data_collections/monthly_mean_atlas）直接下载二进制数码格式（RawBinaryFormat）的数据文件；第二、在网上接触PO.DAACUserServicesOffice，该用户服务办公室将根据您提供的格式要求提供光盘（CD-R）。整个001号产品经压缩后占用442MB（兆字节）。§1.6

海洋遥感信息和数据相关网站（WebSitesforOceanicRemoteSensingInformation&Data）

一.美国国家海洋大气局（NOAA）卫星信息系统（NOAASIS/NOAA）的网站是提供卫星遥感信息和资料的一个主要来源，它提供了GOES（地球同步气象卫星系列）和NOAA（太阳同步气象卫星系列）的主页（HomePage），也提供关于DMSP（国防气象卫星）的信息。它的网站地址是http://noaasis.nova.gov/http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/

该网站对NOAASIS/NOAA的简介是TheNOAASatelliteInformationSystem(NOAASIS)websiteisacentrallocationforfindinginformationaboutNOAAenvironmentalsatellites(GOESandPOES).InformationisprovidedbyvariouscontributorswithintheNationalEnvironmentalSatellite,Data,andInformationService(NESDIS)andtheexternalsatellitecommunity.Thissiteprovidesinformationofparticularinteresttouserswhooperatetheirowndirectreadoutreceivingstations.TheNOAASISisoperatedbytheDirectServicesDivision,withintheOfficeofSatelliteDataProcessingandDistribution(OSDPD).Inadditiontoprovidingassistancetotheglobaldirectreadoutcommunity,theDirectServicesDivisionhasresponsibilitiesforSearchandRescueSatellite-AidedTracking(SARSAT)andtheGOESandPolarDataCollectionSystems(DCSandArgos).美国国家海洋大气局管辖的资料中心的网站地址和有关资料部门网站地址是国家环境卫星数据信息服务署

http://www.nesdis.noaa.gov/卫星运行办公室

http://www.oso.noaa.gov/

卫星数据处理和分发办公室

http://www.osdpd.noaa.gov/

国家海洋资料中心

http://www.nodc.noaa.gov/http://www.nodc.noaa.gov/General/satellite.html/国家气候资料中心

http://www.ncdc.noaa.gov/oa/ncdc.html

国家地质资料中心

http://www.ngdc.noaa.gov/

国家浮标资料中心

http://www.ndbc.noaa.gov/

西北渔业科学中心

http://www.nwfsc.noaa.gov东北渔业科学中心

http://www.wh.whoi.edu/noaa.html

环境信息服务署

http://www.esdim.noaa.gov/

NOAA卫星高度计实验室

http://ibis.grdl.noaa.gov/SAT/SAT.html

大西洋海洋和气象实验室

http://www.aoml.noaa.gov/general/enso_faq/

http://www.aoml.noaa.gov/ocd/oaces/co2/index.html太平洋海洋环境实验室

http://www.pmel.noaa.govhttp://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/el-nino/home.htmlhttp://www.pmel.noaa.gov/tao/elnino/toga-insitu.htmlhttp://www.pmel.noaa.gov/tao/index.shtml/关于综合海洋大气数据集（COADS）和气候数据

http://ferret.wrc.noaa.gov/Ferret/Downloads/ferret_downloads.htmlhttp://ferret.wrc.noaa.gov//

（ferret：Ananalysistoolforgriddedandnon-griddeddataprovidedbyNOAA/PMEL）关于厄尔尼诺（ElNiño）现象研究http://www.elnino.noaa.gov/research.htmlhttp://www.srh.noaa.gov/

（srh：SouthernRegionHeadquarters）NOAA气候诊断中心资料库http://www.cdc.noaa.gov

（cdc：ClimateDiagnosticsCenter）全球地形资料

http://mapfinder.nos.noaa.gov/http://www.ngdc.noaa.gov/ngdcinfo/newdownloads.html

NCEP分析资料

ftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/

http://www.cpc.ncep.noaa.gov/

二.美国环境预报国家中心NCEP（NationalCentersforEnvironmentalPrediction）的网站地址是http://polar.ncep.noaa.gov/,该网站提供全球风场（U、V分量）资料，每月一个文件（200多兆），每个文件中包含每天4次的全球风场数据。三.美国宇航局（NASA）网站美国宇航局JPL实验室物理海洋学数据分发存档中心PO.DAAC/JPL（PhysicalOceanographyDistributedActiveArchiveCenter）的网站http://podaac.jpl.nasa.gov/

是提供卫星遥感信息和资料的另一个主要来源。例如，物理海洋学数据分发存档中心PO.DAAC/JPL的网页http://podaac.jpl.nasa.gov/catalog/product001.html/

提供以下各种不同类型遥感资料：ARGOSBuoyDrift,AVHRR/2SeaSurfaceTemperature,ERS-1AMIWindVectors,ERS-2AMIWindVectors,GEOSATSeaSurfaceHeight,NSCATWindVectors,SSM/IWindSpeed,TOPEX/PoseidonSeaSurfaceHeight(SSH)andSignificantWaveHeight(SWH),SeaWiFSChlorophyll-aConcentration,TMISeaSurfaceTemperature数据产品；分发中心的网页http://podaac.jpl.nasa.gov/order/

和http://podaac.jpl.nasa.gov/cdrom/

还提供以下各种不同类型遥感和常规资料：NOAA/AVHRR,ERS/ATSR,CZCS,ERS-1,GEOS-3,GEOSAT/ALT,INSITU(buoydata),MODIS,NSCAT,NIMBUS-7SMMR,QuikSCAT,SEASAT,SSM/I,TOGA,TOPEX/Poseidon,WOCE数据产品。PO.DAAC/JPL分发中心也提供特定卫星遥感信息和相关调查资料的网站地址。关于TOPEX/Poseidon高度计数据产品，可查阅http://podaac.jpl.nasa.gov/topex/www/ssa.html/http://podaac.jpl.nasa.gov/cdrom/mgdr-b/Document/HTML/http://podaac.jpl.nasa.gov/topex/www/ql_archive.html/http://sealevel.jpl.nasa.gov/mission/topex.html关于GEOSAT/ALT高度计数据产品，可查阅http://podaac.jpl.nasa.gov/order/order_geosat.html/关于QuikSCAT/SeaWinds散射计数据产品，可查阅http://podaac.jpl.nasa.gov/order/order_qscat.html/关于NSCAT散射计数据产品，可查阅http://podaac.jpl.nasa.gov/order/order_nscat.html/关于DMSP/SSM/I专用传感器微波成像仪的资料，可查阅http://podaac.jpl.nasa.gov:2031/DATASET_DOCS/ssmi_wentz.html/美国宇航局JPL实验室为TOPEX/Poseidon和Jason-1高度计卫星设置的主页是http://topex-www.jpl.nasa.gov/science/science.html

http://topex-www.jpl.nasa.gov