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我国海洋卫星事业回顾与展望 群星璀璨瞰沧海

2020-04-13      来源:中国自然资源报     作者:朱 彧 邹 斌
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   从海洋水色业务卫星(海洋一号C卫星)、海洋动力环境业务卫星(海洋二号B卫星)正式在轨交付自然资源部使用,到中法海洋卫星(CFOSAT)星地系统具备业务化运行条件,再到海洋一号D卫星、海洋二号C卫星研制完成……2019年,我国海洋卫星观天探海的脚步更加稳健。
  回望过去一年,自然资源部国家卫星海洋应用中心以开拓进取的精神状态,以脚踏实地的逐梦态度,致力创新发展,敢于攻坚克难,书写了一份高质量的“海洋卫星答卷”,默默践行着中国迈向海洋卫星强国的使命担当。
  海洋卫星组网运行
  浩瀚的宇宙中,中国海洋卫星从无到有,闪耀太空。目前,已发射的海洋卫星和以海洋为主用户的卫星已达到7颗,即将发射升空2颗,在研及获批立项5颗。
  2018年,除了“十五”以来发射的海洋一号A/B卫星、海洋二号A卫星和以海洋应用为主的高分三号卫星,天穹之上又增添了2颗光彩夺目的“中国星”和1颗中法“混血星”。
  2019年6月28日,海洋一号C卫星和海洋二号B卫星正式在轨交付自然资源部使用。这标志着国家民用空间基础设施规划立项批准的首批海洋观测业务卫星实现业务化运行。
  2019年9月,中法两国合作研制的首颗海洋微波遥感卫星中法海洋卫星在轨测试通过评审。2020年初,该卫星正式在轨交付自然资源部投入业务应用。它是世界首颗具备全球全天候、全天时大范围同步获取海洋风浪信息的卫星。
  这3颗卫星是我国规划和实施中的海洋水色卫星星座和海洋动力卫星星座的重要组成部分。它们的发射和在轨运行,从根本上改变了我国没有海洋业务卫星在轨运行的现状,实现海洋卫星从单一型号到多种型谱、从试验应用向业务服务的转变,以及向系列化、业务化方向的快速迈进。
  根据《海洋卫星业务发展“十三五”规划》,到2020年,我国海洋卫星将从单颗卫星发展为星座式组网运行,计划研制与发射海洋水色卫星星座、海洋动力卫星星座和海洋监视监测卫星3个系列海洋卫星,并实现同时在轨组网运行、协同观测,形成对全球海域多要素、多尺度和高分辨率信息的连续观测覆盖能力。
  海洋卫星群蓝图早已绘就。海洋一号C卫星将与后续的海洋一号D卫星组网运行,形成上、下午双星组网,开展大幅宽、多种空间分辨率、高精度、高时效、高频次观测,具备全球1天2次的水色水温探测覆盖能力。海洋二号B卫星、中法海洋卫星将与后续的海洋二号C和海洋二号D卫星组网形成全天候、全天时、高频次全球大中尺度海洋动力环境卫星监测体系。
  据悉,海洋一号D卫星和海洋二号C卫星已完成研制,计划于2020年上半年及2021年发射。海洋二号D卫星和2颗海洋三号(1米C-SAR)业务卫星(海陆兼顾)工程研制进展顺利。海洋科研卫星方面,新一代海洋水色卫星工程研制进展顺利,海洋盐度探测卫星即将立项批复。新一代海洋动力卫星、高轨海洋与海岸带环境监测卫星正开展型号立项前的准备。
  业务应用 成果显著
  一年来,海洋一号C卫星、海洋二号A/B卫星和中法海洋卫星4颗在轨卫星运行稳定,并获取大量数据,应用成果显著。值得一提的是,海洋二号A卫星已在轨稳定运行8年,综合指标达到国际领先水平,在国内外海洋动力环境信息获取方面发挥了重要作用。
  2019年,国家卫星海洋应用中心基本完成“十二五”海洋观测卫星地面系统一期项目建设任务,“十三五”海洋观测卫星地面系统、“十三五”海洋观测卫星定标与真实性检验场网两个项目初步设计均已获国家正式批复。
  截至2019年底,北京、海南(三亚、陵水)、牡丹江、杭州地面接收站和北京数据处理中心共同组成的海洋卫星地面接收系统运行稳定,共接收海洋系列卫星(海洋一号C卫星、海洋二号A/B卫星、中法海洋卫星)数据超万轨,共向275个国内外用户分发卫星数据589.19太字节(TB),在海洋防灾减灾、海洋资源开发与管理、海洋环境保护以及国民经济和国防建设中发挥了重要作用。
  2019年,海洋卫星数据的应用深度和广度得到进一步加强和拓展。国家卫星海洋应用中心为自然资源调查监测做好服务支撑,利用海洋卫星数据结合国内外其他卫星数据开展了海温、海冰、台风、绿潮、海域海岛管理及大洋极地等方面的业务化监测应用。
  比如,海洋一号C卫星成功监测到南极松岛冰川崩解事件。松岛冰川是南极冰原西部众多冰川中的一座,也是南极最大、移动速度最快的冰川。国家卫星海洋应用中心利用海洋一号C卫星上的海岸带成像仪(CZI)数据对松岛冰川进行了12次观测,2018年11月17日至2019年3月12日期间的卫星影像图显示了其崩裂的变化情况——从前端开裂,然后崩解成数个冰山,直到最后的主体冰山随洋流脱离冰架后不再崩解。2019年9月,海洋一号C卫星监测到南极中山站附近埃默里冰架断裂过程,冰架裂缝断裂造成分离的冰山达到1700平方公里。
  此外,国家卫星海洋应用中心以国产卫星数据为基础,辅以国外多源卫星数据,开展了极区海冰卫星遥感监测相关研究。目前已具备生产极区海冰密集度、海冰分布范围和海冰覆盖面积,以及海冰时空变化分析等业务化监测能力。在此基础上,初步形成了极地航线服务保障能力。在我国第十次北极科学考察期间,中心利用我国自主海洋卫星数据,每天为考察队提供海面风场、海冰密集度、卫星遥感影像等多种产品,为此次北极科考顺利完成提供了高效环境信息。
  2020年3月,高精度海面风场产品在同期开发的海洋卫星遥感实况微信小程序发布,通过手机就可看到中法海洋卫星、海洋二号卫星和国外其他卫星当天及最近5天的全球任何海域的海面风场情况,打通了遥感数据服务公众的“最后一公里”。
  陆海统筹 数据共享
  为加快推进自然资源卫星技术体系省级卫星应用建设,国家卫星海洋应用中心坚持陆海统筹数据共享,按照贯通部、省、市、县(乡)的应用要求,为省级自然资源管理提供数据保障,助力自然资源省级卫星中心建设,推动国产卫星在自然资源系统全面应用。2019 年,利用海洋一号C卫星、海洋二号A/B卫星、中法海洋卫星、高分卫星,结合国内外其他卫星等多源多时相卫星数据,在河北、山东、江苏、广东、青海、福建、浙江等省开展了卫星数据的区域海洋示范应用与推广,取得了良好的应用效果。
  在青海,采用多期次海洋一号C卫星影像对可可西里盐湖的封冻结冰情况进行了遥感监测。监测结果与遥感影像显示基本一致:盐湖冻结现象每天均有明显变化,从边缘呈现出冻结迹象到水面全部冻结,仅历时1周,展现了海洋一号C卫星宽覆盖、高重访周期的优势。
  在广西,利用2米、5米分辨率光学高分卫星数据及高分三号合成孔径雷达(SAR)卫星数据对北海、防城港和钦州的海域使用情况进行了遥感监测,并通过多时相卫星遥感影像对比,与已知管理信息、海洋功能区划、生态红线区、保护区等信息叠加分析,发现了12个疑点疑区图斑,同时利用无人机航拍、现场核查等手段确认。利用高分辨率卫星影像数据与无人机航拍影像数据相结合,加强了对海域、海岛使用权批后监管,准确掌握建设项目用海批后利用变化状况,为海域海岛管理服务提供技术支撑。
  在山东,开展了远洋渔业巴布亚新几内亚金枪鱼渔场海域水色、水温、海流等业务化监测;在浙江,开展赤潮灾害、海洋生态基础要素、海洋生态空间等遥感预警监测,实现一系列趋势研判,达到全海域海洋生态预警监测目标;在江苏,利用每天获取的国内外多源、多分辨率卫星遥感影像,对浒苔覆盖面积、分布范围及漂移方向进行实时监测和空间分析,并每日向省自然资源厅和沿海各市自然资源主管部门提供监测通报……
  同时,中心有效拓展了海洋卫星的行业应用,比如在水利行业,开展了鄱阳湖地表水体监测应用评价;在应急行业,开展了金沙江堰塞湖应急监测、江苏响水3·21爆炸应急监测以及多地森林火灾监测等。
  对外交流 扩大影响
  中法两国合作研制中法海洋卫星,自2005年起,持续了13年。
  合作成果来之不易。中法海洋卫星是两个航天大国在系统级上的合作,由于双方执行技术标准不同,曾给合作研发带来了很大障碍。数年来,两国科研人员保持密切沟通、求同存异,确保了卫星研制成功。国家卫星海洋应用中心副主任刘建强表示,该项目充分体现了“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念,谱写了共商共建共享新篇章。
  2019年,中法两国技术人员共同努力保证星地系统运转,获得了高质量、高精度的数据,并取得了一批高水平的研究成果。2020年2月,中法海洋卫星观测数据开放共享,目前已有多个国家和地区的40多个科研团队访问并使用了该卫星数据,服务科学研究和优化天气预报系统。
  近年来,国家卫星海洋应用中心积极参与国际交流合作,进一步扩大了海洋卫星的国际影响力。2019年,组团赴法、韩、日、荷、英等国开展合作交流,接待4个批次外宾来中心参观访问,推动了海洋卫星数据共享、数据应用、卫星工程国际合作。
  在科技部海洋环境安全保障重点专项的支持下,中心与芬兰气象研究所开展了数据接收平台合作建设,使中国海洋卫星数据在北极地区落地接收,有效提高了海洋卫星数据的时效性。
  此外,中心与西班牙海洋科学研究所在海洋卫星数据共享、散射计风场产品质量控制、海表面盐度和海面风场产品制作以及检验、水色卫星定标、SAR海上定标和海面风场反演以及极地海冰研究等方面达成了合作意向。
  2019年,国家卫星海洋应用中心在保持与欧洲气象卫星应用组织(EUMETSAT)的深入合作基础上,与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)等其他欧洲区域性组织,以及EUMETSAT的部分成员国也建立了合作关系。ECMWF还扩大了向中心提供数据的范围。同时,与皇家荷兰气象研究协会在微波散射计数据处理、历史数据再处理与业务应用方面进行了合作研究。
  围绕需求 加强服务
  从“海洋一号A”到中法海洋卫星,中国海洋卫星事业实现了令人振奋的跃升。“十三五”是我国建设海洋强国、实施创新驱动发展战略和“一带一路”建设的关键期,是海洋卫星等高新技术“提速增效”支撑自然资源和海洋事业发展的机遇期。面向未来,国家卫星海洋应用中心任重道远。
  2020年,面临新形势、新任务、新要求,国家卫星海洋应用中心将以推进海洋卫星业务应用为突破口,积极开展浒苔、极地海冰、海平面变化、台风应急卫星遥感监测,大力促进省级卫星中心建设,不断推进海洋卫星事业取得新成效。
  下一步,国家卫星海洋应用中心将紧紧围绕自然资源调查监测、国土空间规划、海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋督察等业务需求,进一步构建完善技术支撑体系,进一步强化遥感监测产品服务,基于国产自主海洋卫星数据,用好其他卫星数据资料,持续深化海洋卫星遥感业务化应用,切实发挥好海洋卫星对自然资源业务的支撑作用。
  此外,中心还将进一步拓展卫星应用的广度和深度。开展极地业务化监测和冰川监测,为海上风电、核电站现场建设等重大工程提供保障;服务生态保护修复,创新水资源、大江大河、海岸带领域的卫星监测技术。面向生态文明建设、“一带一路”倡议等,进一步建立和健全海洋卫星数据应用产品体系,以及数据质量标准控制体系,同时提升海洋卫星遥感应用研究技术水平,开展自然资源卫星遥感技术应用示范和卫星遥感技术支撑平台建设,满足不同行业海洋卫星用户需求,为充分发挥海洋卫星应用效益奠定技术基础。
  “当前,海洋卫星已基本实现了光学、微波和合成孔径雷达3个系列的在轨运行,进入组网观测、协同发展,后续新型海洋卫星也将陆续研制和发射。”国家卫星海洋应用中心主任林明森说,“站在新起点,我们将继续写好海洋卫星事业新篇章。”

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