中法海洋衛星效果圖 國家衛星海洋應用中心供圖
海洋是資源的寶庫、交通的要道、全球氣候變化的調節器,在我國經濟社會發展中的戰略地位日漸顯著。
2002年,伴隨著“海洋一號”的成功發射,我國結束了沒有海洋衛星的歷史,進入了空間海洋遙感新階段。“認識海洋、經略海洋都離不開海洋觀測。風、波、浪、流、潮等,需要借助海洋衛星才能精細地做出分析和判斷。”自然資源部國家衛星海洋應用中心黨委書記、主任林明森説。
黨的十八大以來,我國陸續發射高分三號、中法海洋衛星、海洋一號C/D、海洋二號、B/C等多顆海洋衛星,形成多星組網運作,多站接收的格局,監測範圍覆蓋我國陸海、海島礁以及極地、大洋。
這些海洋衛星各有特色、優勢互補,形成了海洋衛星三大系列組網觀測,並實現業務運作,支撐我國生態文明建設,服務全球氣候變化應對,為國家安全、“一帶一路”建設等方面提供相應保障……此外,以中法海洋衛星為代表,我國與歐洲、東盟、非洲等國家和地區開展了國際合作,提供了成規模、成建制衛星遙感觀測服務。
星座組網提升能力
國家衛星海洋應用中心副主任劉建強介紹,海洋衛星根據不同要素的探測技術能力與特點、時間與空間解析度、覆蓋範圍與監測頻次要求設計,按用途分為三類,包括海洋水色環境、海洋動力環境、海洋監視監測等系列衛星。海洋衛星與海洋站、雷達、浮潛標、海底觀測網、志願船、斷面調查等多手段協同觀測,連續長期獲取全球海洋生態環境、動力環境參數,是全球海洋立體觀測網的重要組成部分。
海洋水色環境系列衛星(又稱海洋一號系列衛星)用於海洋水色、水溫、海岸帶觀測。在海洋一號A星和B星完成使命後,2018年9月,海洋一號系列第3顆衛星海洋一號C星由長征二號丙火箭送入預定軌道,開啟了我國自然資源衛星陸海統籌發展的新征程。2020年6月11日,海洋一號D星也成功發射。雙星組網,配置了相同的5個有效載荷——海洋水色水溫掃描器、海岸帶成像儀、紫外成像儀、星上定標光譜儀、船舶自動識別系統,構建了我國第一個海洋業務衛星星座。
與海洋一號A星和B星相比,海洋一號C星和D星觀測精度、觀測範圍、使用壽命均有大幅提升,實現了海洋水色觀測能力的升級換代。雙星上、下午組網觀測後,觀測能力較單星提升1倍,實現了全球海洋1天2次觀測覆蓋能力,每天可獲取2幅全球海洋水色、植被指數遙感圖和4次海面溫度産品,大幅提高對全球海洋水色、海岸帶資源與生態環境的有效觀測能力。
海洋動力環境系列衛星(又稱海洋二號系列衛星)用於全球全天候海面風場、浪高、海面高度、海面溫度等多種海洋動力環境參數監測。2021年5月19日,海洋二號D星成功發射,與已經在軌運作的海洋二號B星和海洋二號C星“三星組網”,構建了我國首個海洋動力環境衛星星座,實現對全球海面高度、有效波高、海面風場、海面溫度的全天時、全天候、高精度觀測,直接為災害性海況預警預報提供實測數據,為海洋防災減災、海洋權益維護、海洋資源開發、海洋環境保護、海洋科學研究以及國防建設等提供支撐服務。
海洋監視監測系列衛星(又稱高分三號系列衛星)用於全天候全球海洋和陸地資訊的監視監測。2022年4月7日,我國在酒泉衛星發射中心,用長征四號丙運載火箭成功發射高分三號03星。高分三號03星發射入軌後與在軌運作的高分三號、高分三號02星組網,標誌著我國首個海洋監視監測雷達衛星星座建成。該系列衛星實現1米解析度、1天重訪,是我國實施海洋開發、進行陸地環境資源監測和應急防災減災的重要技術支撐,提升了我國雷達衛星海陸觀測能力,滿足了海洋防災減災、海洋動力環境監測、海洋科學研究以及減災、國土、環保、水利、農業和氣象等領域應用需求。
支撐生態文明建設
赤潮是影響我國近岸海洋生態的主要因素之一,嚴重時甚至危害人類健康。2021年2月14日,海洋一號C/D衛星上午和下午分別捕捉到北部灣大面積赤潮。2月15日,自然資源部南海局、自然資源廣西衛星應用技術中心組織相關單位現場驗證,派出監測隊伍在潿洲島以西海域巡視採樣。監測人員實驗分析得出結論:此次異常區受夜光藻影響,濃度值達赤潮預警濃度。
衛星監測與現場調查相互協調、相互配合,使得此次赤潮應急監測和海洋生態環境預警取得了良好效果。國家衛星海洋應用中心與自然資源部南海局、省級衛星應用技術中心聯動機制基本形成。
這樣的赤潮監測,對於海洋衛星來説,僅僅是眾多應用中的一項。夏季,每當滸苔綠潮發生,海洋一號系列衛星立即開展監測,不僅可以識別表層滸苔,還能觀測到水下資訊,再結合高分三號系列衛星與陸地衛星,實現對黃東海每天一次監測,為防控滸苔提供更有效、更有力的支撐。每當冬季嚴寒侵襲,渤海海域出現海冰冰情,有時阻礙海上交通運輸,有時影響海上石油平臺生産,有時導致其他構建物安全。海洋一號C/D衛星成為渤海海冰監測主力,實現了三天兩次、局部一天一次的監測頻次,提供專題遙感産品。
作為海洋水色衛星業務星,海洋一號系列衛星在軌運作以來,五大載荷顯神通,在海上養殖、海上風電、珊瑚島礁、紅樹林、濱海濕地、河口港灣、圍填海、核電站進出口環境變化、內波、渦旋、水下地形以及陸地植被、湖冰、油菜、水稻、黑土地、沙漠、光伏發電、積雪、冰川、江河湖泊等資源生態環境業務化或應急監測中應用效果顯著,獲取的數據已經在渤海海冰、黃東海綠潮、近岸赤潮、溢油污染、南北極海冰、冰山漂移、颱風、湖泊藍藻、洪澇災害、森林火災、沙塵暴、火山噴發與浮石漂移等災害監測中發揮重要作用,使我國在海洋水色遙感領域躋身國際先進行列,為我國生態文明建設提供了強有力的保障。
應對海洋災害
2021年7月中旬,颱風“煙花”發源於菲律賓呂宋島東部海域。7月19日8時,中央氣象臺將“煙花”升格為強熱帶風暴。7月20日14時,中央氣象臺將“煙花”升格為颱風,第二天上午又升格為強颱風。
一時間,我國沿海地區嚴陣以待。海洋二號B星、C星、D星結合組網的海洋一號C星、D星,立即瞄準“煙花”,開展了連續觀測,實時定位颱風的位置、強弱等,勾勒出颱風的移動路徑,為國家有關部門和沿海地區有效應對颱風及時提供著數據資訊。
“煙花”體態龐大、水汽充足,自浙江登陸後一路北上,先後影響了浙江、上海、江蘇、安徽、山東、河南、北京、天津、河北、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江等省(區、市)。海洋衛星持續將颱風相關監測數據資訊提供相應部門和管理機構,為海洋災害預警報和防災減災提供有效的服務。
每年沿海颱風多發,給沿海地區和人民帶來不同程度的危險和威脅時,海洋衛星便立即“秣馬厲兵”,進入“戰鬥”狀態。海洋一號組網衛星通過有關數據和圖像,可以得到全球颱風、氣旋分佈與位置,根據時序圖像可得到颱風雲係影響範圍和移動路徑,並結合海洋二號和中法海洋衛星風場數據,為海洋災害預警報提供準確的資訊。
國家衛星海洋應用中心科技與國際合作處處長鄒斌介紹,類似這樣的海洋衛星服務防災減災的應對比比皆是。太空組網的多個海洋衛星為河南洪澇、山西洪澇、雲南火災、青海地震、泰國洪澇、滸苔打撈等應急事件提供了及時的數據保障。
截至目前,海洋衛星已經在生態環境要素和典型生態災害監測中發揮了不可替代的作用,實現了海洋水色、水溫等生態因子的高頻次、長時序全球覆蓋監測。海洋衛星通過實時監測、及時發現、全程跟蹤我國海域內的綠潮、赤潮、溢油等典型海洋生態災害,獲取分佈情況、掌握演變趨勢,第一時間為海洋生態災害預警、防控、處置和評估等工作提供關鍵技術支撐,為海洋生態環境品質和海洋生態系統分佈格局、現狀與演變分析提供了準確的基礎資訊。
應對全球氣候變化
2021年4月27日,巴拿馬籍貨船“義海”輪與賴比瑞亞籍泊油船“交響樂”輪在山東青島附近海域發生碰撞,導致油船一貨艙受損溢油。國家衛星海洋應用中心立即啟動應急監測程式,利用高分三號等衛星國內外遙感數據開展跟蹤監測,迅速將油膜分佈區、擴散程度、點位坐標等數據資訊和圖像提供給相關部門,為現場清污和事故處置提供了決策依據。
茫茫海洋,風險無處不在,時常會有突發事件,海上目標監視與安全生産事故應急監測是保證海洋安全的重要方面之一。林明森表示,為更好地保障我國海上船舶和石油平臺安全、海洋權益維護以及應對全球氣候變化,在規劃、設計海洋衛星時,就充分考慮了要做好國家重大戰略支撐。
黨的十八大以來,已形成星座的高分三號衛星、高分三號02星和高分三號03星,組網成為海洋監視監測系列衛星,依託在此基礎上研發的“SAR和AIS聯合海上目標監視監測系統”(SAR即合成孔徑雷達,AIS即船舶自動識別系統),為我國海上船舶、石油平臺安全、海洋權益維護、應對全球氣候變化提供了重要的資訊數據保障。
在海洋權益維護方面,海洋衛星獲取的海島礁人工設施、海上船舶、海上油氣平臺監視數據,為海洋權益維護提供了資訊服務和輔助決策支援。在海洋綜合管理上,海洋衛星通過獲取海岸變遷、海岸帶地質與生態環境、海岸人工設施、海域使用功能區劃等監測數據,為海岸帶綜合管理與海域使用管理提供了重要的客觀依據。
海洋衛星獲取的高解析度海浪、海面風場、淺海水下地形、中尺度渦和鋒面數據,為全球海洋動力環境研究提供支撐,為沿海核電站、海外重大工程論證和運作開展海洋環境監測。
海洋衛星面向極地科學考察、兩極航線開展遙感監測,構建極地衛星遙感監測體系,服務極地航線安全與保障、全球氣候變化應對;積極開展大洋合同區衛星遙感監測,實施全球海平面、海底地形監測,提供逐月環境監測報告。這些為支撐深海、極地發展貢獻了重要數據資料保障。
此外,海洋衛星在伏季休漁期海上非法捕撈漁船監測、重點船舶應急監測、我國國際海底合同礦區作業船舶資訊監測、海上油氣平臺監測等諸多常規和應急任務中得到了應用。
服務“一帶一路”
2018年,一顆中國與法國合作的海洋衛星牽動著兩國人民的心。這顆衛星就是中法海洋衛星,當年10月29日8時43分在酒泉衛星發射中心發射成功。這不僅是我國與法國合作研製的首顆衛星,也是中國航太和海洋史上第一次與先進宇航國家開展系統級、全流程的合作。
劉建強介紹,中法兩國的科研人員認識到,合作發展是人類共同進步的必然趨勢。在研製過程中,雙方開展多次試驗,解決了多項難題。
中法海洋衛星首次實現了全球範圍海浪方向譜和海面風場的大面積、連續、同步觀測,科學數據由雙方地面接收站和數據中心協同獲取、處理、發佈並互為備份。
2020年2月,中法兩國宣佈中法海洋衛星數據向全世界開放共用。兩年多來,已有法國、中國、德國、英國、西班牙、美國、俄羅斯、印度、日本、澳大利亞、南非等75個國家和地區的1099個科研團隊使用該衛星數據進行科學研究和業務應用。法國國家太空研究中心衛星項目經理卡斯提安説:“中法兩國首次攜手,都從對方身上學習到了很多。這是一次共贏的合作,彼此都會變得更加‘富有’。”
中法海洋衛星工程的圓滿實施,展現了兩國攜手應對全球氣候變化和防災減災、構建“人類命運共同體”和“海洋命運共同體”的實際行動和實踐探索。自此,我國海洋衛星進一步走向國際合作舞臺,服務“一帶一路”建設……多面開花、成效明顯:參與申報並獲批了聯合國“海洋十年”海洋與氣候協作中心;與阿根廷空間活動委員會簽署了關於衛星數據應用合作的諒解備忘錄,持續向阿根廷提供海洋二號衛星數據;參與中國-東盟海洋科技研發中心、中國-東盟衛星中心、中非衛星中心建設;深入推進與歐洲氣象衛星組織的數據交換、海洋二號衛星數據落地接收和科學合作,等等。
衛星俯瞰地球,海洋連通世界。2002年至2022年,廿年奮鬥成體系;2012年至2022年,十年八星組網成。經濟社會發展需要海洋衛星,監測海上風雲變幻離不開海洋衛星。當前,海洋一號E星、鹽度衛星在研,“十四五”期間,還有4顆業務衛星列入規劃等待立項,更有新一代極軌海洋動力、高軌海洋海岸帶監視監測、高軌微波遙感衛星等3顆衛星正在開展關鍵技術攻關。
林明森表示,海洋是生命的搖籃,風雨的故鄉,要認識海洋、經略海洋離不開海洋衛星。隨著我國海洋強國戰略不斷深入,海洋衛星必將更好地應用服務於經濟社會發展和海洋強國建設的各個領域。
巡天瞰海握重器,經略蔚藍志圖強。