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              自然災害咋監測?海洋衛星告訴你
              發布時間:2022-05-31     來源:“海洋衛星”公眾號     瀏覽:20418

              在我國首顆海洋衛星成功發射20周年到來之際,讓我們一起來了解在軌海洋衛星能力,了解海洋衛星在臺風、風暴潮、渤海海冰、南北極海冰、滸苔、溢油、赤潮、海底火山噴發與火山浮石飄移等海洋災害以及包括洪澇災害、森林火災、藍藻爆發、沙塵暴、滑坡與堰塞湖等非海洋災害方面的應用實例。全文涉及海洋、陸地十多種災害,專題圖50多幅,動圖20多個,許多專題圖與動圖為首次發布。

              在軌海洋衛星與災害監測能力

              自2002年5月15日成功發射第一顆海洋水色衛星至今20年,我國已經發射海洋衛星12顆,除海洋一號A/B(HY一1A/1B)衛星完成使命任務已經失效外,在軌業務運行的衛星有10顆。其中,用于海洋水色水溫環境探測的海洋一號系列有2顆,即HY一1C、HY一1D衛星;用于海洋動力環境探測的海洋二號系列與中法海洋衛星有5顆,即HY一2A、HY一2B、HY一2C、HY一2D、CFOSAT衛星;用于海洋監視監測的海陸雷達衛星系列有3顆,即納入高分系統的高分三號衛星GF一3衛星和1米C一SAR衛星01星、02星業務衛星。自運行以來,已在自然災害監測中發揮了極其重要的作用。

              海洋一號系列衛星

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              HY一1C、HY一1D衛星用于全球海洋水色要素探測、海表溫度探測和海岸帶動態環境監測,以海洋探測為主,陸海兼顧,配置海洋水色水溫掃描儀(COCTS)、海岸帶成像儀(CZI)、紫外成像儀、定標光譜儀以及船舶自動識別系統等載荷。雙星上下午組網觀測,海洋水色水溫掃描儀全球開機,掃描幅寬3000千米,空間分辨率1千米,對全球海洋與陸地進行四次(經過赤道的地方時為10:30am、1:30pm、10:30pm、1:30am) 觀測,海岸帶成像儀在中國海岸帶及關注區域開機工作,幅寬1000千米,空間分辨率50米, 每三天對中國海岸帶及關注區域實現兩次觀測,由于載荷具有多種空間分辨率、高信噪比、高動態范圍和寬刈幅、時效快等優點,成為自然災害監測的有效工具,已在臺風、渤海海冰與南北極海冰、綠潮、赤潮、溢油、火山與浮石、洪澇、林火、藍藻、滑坡與堰塞湖、沙塵暴等災害監測中發揮重要作用。

              海洋二號系列衛星

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              HY一2A、HY一2B衛星用于全球海面風場、有效波高、海面高度、海表溫度等多種海洋動力環境參數監測,配置雷達高度計、微波散射計、掃描微波輻射計、校正輻射計、DCS、AIS等載荷,HY一2C、HY一2D衛星配置雷達高度計、微波散射計、校正輻射計、AIS載荷,HY一2B、HY一2C、HY一2D三星組網每天可多次提供全球海面風場、有效波高、海面溫度,直接為災害性海況預警預報提供近實時遙感觀測數據,可全天候監測臺風、海冰、巨浪等海洋災害。

              中法海洋衛星

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              CFOSAT衛星為中法兩國合作的科研試驗衛星,主要任務是獲取全球海面波浪譜、海面風場、南北極海冰信息,提高對巨浪、海洋熱帶風暴、風暴潮等災害性海況預報的精度與時效,同時獲取極地冰蓋相關數據,為全球氣候變化研究提供基礎信息。配置海浪波譜儀(SWIM)、扇形波束散射計(CSCAT)兩個全新載荷。SWIM是國際上首次采用六波束真實孔徑雷達方式連續測量全球海面波浪譜的衛星遙感載荷,CSCAT首次采用扇形波束天線,可以與海洋波譜儀實現觀測角的互補,首次實現風浪同時探測。

              海洋監視監測系列

              海陸雷達衛星

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              海陸雷達系列衛星用于全球海洋和陸地信息的全天候監視監測,配置C波段合成孔徑雷達和船舶自動識別系統,用于海洋、減災、水利及氣象等多方面。C波段合成孔徑雷達具有聚束、條帶、掃描、波模式等12種成像模式,空間分辨率在1米~500米之間,幅寬為10千米~650千米。工作頻段為C波段(5.4GHz),常規入射角為20o~50o,擴展入射角為10o~20o或50o~50o?扇旌虮O測臺風、海冰、綠潮、溢油、地震前后變化、滑坡與堰塞湖等自然災害。

              上述各類衛星數據通過牡丹江、北京、海南(三亞、陵水)地面接收站接收,在北京數據處理中心處理,數據可通過海洋衛星存檔與分發系統檢索下載。

              部分產品也可通過海洋衛星遙感實況小程序查閱,海洋衛星遙感實況小程序集成多顆衛星(CFOSAT、HY一1C、HY一1D、HY一2B、HY一2C、HY一2D、FY等)、多種要素(風場、溫度場、葉綠素、懸浮泥沙、船舶自動識別系統、海冰密集度、云圖等)數據,實現了多星多要素數據集成與動態播放包括:

              (1)多星多要素數據的動態展示,并支持要素數據5天或7天的動態播放;

              (2)多圖層疊加展示:實現從單圖層向多圖層綜合展示的轉變,豐富展示內容、方便數據分析;

              (3)極地投影適配與監測信息展示:適配南極、北極地區投影,設計高精度HY一1C衛星遙感影像底圖,支持極地海冰、溫場、風場數據動態疊加。

              通過多顆海洋衛星組網觀測獲得的數據產品,結合其他信息,制作的產品已經在臺風、渤海海冰、南北極海冰、湖冰與積雪、黃東海綠潮、近岸赤潮、溢油污染、湖泊藍藻、洪澇災害(黑龍江、江西、山西、河南等省份)、森林火災(我國山東、重慶、四川、廣西、云南省份以及美國、澳大利亞、巴西、韓國、俄羅斯、印度尼西亞等)、火山噴發(南極、日本、湯加)、地震災后評估、沙塵暴監測中得到廣泛應用,效果顯著。    

              海洋災害監測實例展示

              臺風與風暴潮

              海洋衛星是臺風、風暴潮監測的利器。臺風風場參數可通過海洋二號系列衛星微波載荷、陸海雷達衛星獲得,臺風的云系結構可通過海洋一號系列衛星可見光、紅外、紫外云圖獲得。目前,每年影響我國的各個臺風的生成、增強、消亡過程均能被海洋衛星監測到。每個臺風的海面風場及其變化過程可通過HY一2A/2B/2C衛星、CFOSAT衛星以及歐空局Metop一A/B/C衛星多星組網觀測獲取,每天制作的單星單軌與單星全球網格化風場專題產品、全球海面風場融合專題產品以及臺風監測專題產品實現業務化分發。臺風監測專題圖信息包括海面風場、臺風半徑、風暴中心位置和強度等,通過分析時序數據還可得到臺風移動軌跡。海洋二號系列衛星高度計、微波輻射計載荷的海面風速產品以及中法海洋衛星的波浪產品、GF一3衛星的合成孔徑雷達海面風場產品也是臺風監測的有力工具。利用HY一1C/1D衛星的COCTS、UVI數據制作臺風云圖,可分析臺風云系結構及變化,為臺風風暴潮預報提供準確的信息服務。

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              海洋一號衛星臺風云圖

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              多源衛星散射計海面風場

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              中法海洋衛星有效波高


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              高分三號衛星臺風風場

              渤海海冰與湖泊冰雪

              每年11月下旬到第二年3月底,渤海、黃海北部有不同程度的結冰,嚴重的海冰可影響海上交通運輸和海上工程作業,危及海上石油平臺安全。利用HY一1C/1D衛星海岸帶成像儀、地球觀測系統EOS/MODIS可見光數據、GF一3衛星及國外衛星SAR數據,制作專題產品開展業務化海冰監測,多顆衛星在空間、時間以及探測手段方面優勢互補,HY一1C/1D衛星組網后,50米空間分辨率的海岸帶成像儀對渤海實現3天至少兩次覆蓋,獲取數據時效快,加上高分三號衛星SAR載荷補充,實現可見光與SAR協同,得到的信息更豐富,為海洋工程以及海冰預報提供了有力支撐。

              同時通過試驗驗證,海洋衛星數據在北方湖泊湖冰,如:青海湖、納木錯、色林錯、呼倫湖、貝爾湖、興凱湖等湖泊的湖冰以及陸地上北方地區積雪變化監測中有很好的應用潛力。

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              南北極海冰與地貌

              目前,我國極地科考遙感服務保障主要靠我國海洋衛星及其他國內外衛星相結合完成。HY一1C/1D 實現對極地準業務化監測,HY一1C/1D衛星海洋水色水溫掃描儀每天實現對全南極、全北極全覆蓋,在夏季海岸帶成像儀具備1天兩次以上的探測的能力,在北緯以及南緯60°~90°區域內已拍攝幾萬景,曾連續獲得局部區域6天均為晴空數據場景,利用HY一1C/1D衛星數據開展了雪龍船航線保障服務,監測了松島冰川崩解、埃默里冰架與布倫特冰架斷裂、康格冰架消失、D28/A74/A23冰山移動、海冰變化、冰間航道、潮汐縫、雪壟、冰蓋、冰帽、冰川、冰舌以及兩極地貌信息變化。

              海洋二號衛星配置的微波散射計、雷達高度計和微波掃描輻射計,可以提供極地區域海洋動力環境信息及海冰密集度、覆蓋區域、類型等信息,研發了基于自主海洋衛星微波輻射計亮溫北極海冰密集度反演算法,建立了極區海冰密集度產品制作系統,實現了業務化監測。中法海洋衛星配置的微波散射計和海浪波譜儀,可以提供南北極海冰信息,空間分辨率由25千米提升到12.5千米,對極地的覆蓋可以達到3天一次。  

              利用“雪龍”號船載遙感接收系統實時接收處理HY一1C/1D衛星、HY一2衛星以及GF一3衛星數據并制作專題圖,為拓展冰上絲路和雪龍探極提供了保障服務。

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              北極圈內少先隊員島冰帽年變化

              綠潮/滸苔

              2008年夏季,黃海、東海突發罕見的滸苔,自然災害直接危及青島奧帆賽事舉辦。國家衛星海洋應用中心調用多源衛星對滸苔進行監測,之后變成每年業務化工作。2019年,在滸苔監測中利用HY一1C衛星海洋水色水溫掃描儀和海岸帶成像儀監測滸苔的能力得到驗證,特別是海岸帶成像儀表現尤為突出,相對于海洋一號B衛星的海岸帶成像儀,其掃描幅寬提高了一倍,空間分辨率提高了5倍,同時信噪比高,滸苔識別能力大大提高,不僅能看到海洋表層滸苔,水下的部分信息也能觀測到,因此分析處理得到的滸苔分布面積更為真實。HY一1D衛星發射后,雙星組網覆蓋周期由原來的3天一次變成3天兩次,再結合高分衛星與陸地衛星可實現自主衛星對黃東海每天一次監測,為滸苔防控提供了更有效、更有力支撐。

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              高分三號綠潮監測

              赤潮

              赤潮頻發是近岸海域環境污染的主要因素之一,既嚴重破壞了海域生態環境,又影響海洋漁業和濱海旅游業發展,甚至危害到人類健康。海洋中的浮游生物爆發性急劇繁殖造成海水呈現黃色、綠色、褐色、紅色等不同顏色。海洋一號C/D衛星海岸帶成像儀能很好識別,自發射以來曾多次監測到渤海、黃海、東海、南海發生的赤潮,已成為海洋生態環境監測的有力工具。利用HY一1C/1D衛星,監測到了金州灣、渤海灣、天津海岸、萊州灣、威海海域、浙江海岸、福建海岸、廣東沿海、深圳灣、北部灣、海南沿海等海域的多次赤潮事件,獲取了赤潮位置、分布范圍等重要信息,及時提供給了沿海省市相關部門。

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              溢油

              HY一1C/1D衛星對中國近海溢油具有大范圍、高頻次、動態監測能力,能識別不同溢油污染類型及面積,有利于溢油污染類型判定,為中國海洋環境監測提供可靠衛星數據支持,基于HY一1C/1D衛星CZI載荷近3年觀測數據,對中國近海及相關海域開展溢油光學遙感監測與分析,近3年來共監測到溢油事件57次,同時利用GF一3衛星對海上溢油事件進行了多次監測。

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              高分三號衛星船舶相撞后溢油監測

              火山噴發與浮石飄移

              今年1月15日,湯加海域洪阿哈阿帕伊島火山猛烈噴發;2021年8月13日,位于日本本州島以南1050千米的硫磺島以南50千米海域的日本福德岡之場海底火山發生噴發,兩次火山噴發均產生了大量的火山浮石;鹕礁∈怯苫鹕饺蹘r和海水接觸產生的一種礦物質,主要成分是二氧化硅,質地軟、比重小,因此會長時間漂浮在海面上,并隨著洋流向西漂流,影響航行安全和生態環境。國家衛星海洋應用中心利用HY—1C/D衛星以及高分衛星進行了監測,制作了一系列專題圖像,及時提供給了相關應急機構。

              此外,還獲取了南極埃里伯斯火山、千島群島、櫻花島、太平洋新島火山噴發的場景。

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              陸地災害監測實例展示

              洪澇災害

              汛期一般是多云多雨,但總有晴空時。近年來,國家衛星海洋應用中心充分利用HY一1C/1D衛星載荷掃描幅寬大、重訪周期短的優勢,以及高分三號全天候監測優勢,與省級地方聯動,針對河南、江西、黑龍江、湖南、湖北、山西、陜西等地出現的洪澇災害制作了洪澇前、洪澇中、洪澇后的衛星遙感專題圖像,為汛期防災救災與災后重建提供了有力信息服務支撐。

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              森林火災

              森林火災的發生,首先會導致森林資源減少、人民群眾生命財產受損,危及人類與野生動物安全,有時還會造成消防隊員付出生命代價;其次是生態環境與生物多樣性遭到破壞,造成生物物種減少甚至滅絕,還帶來連鎖反應,長時間的燒烤,使樹木變成焦土,森林難以恢復原貌,導致荒漠化、水土流失;再次是造成大量碳排放,燃燒排放的二氧化碳和一氧化碳,造成局部升溫,引起氣候變化,森林碳匯大量減少。此外,還會引起空氣污染,空氣質量下降,能見度降低,影響航班正常運行。

              HY一1C/1D衛星在軌交付以來,發現多個國家以及中國多個城市每月都有各種森林火災出現;馂陌l生時常伴隨長距離的、淡藍色或淡黃色的濃煙,無論是在海洋水色水溫掃描儀圖像還是在海岸帶成像儀的圖像分析,其特征明顯,煙霧與云層可通過形狀及陰影特征區分開,火災發生后其輻射值與周邊有明顯的差異,植被指數發生明顯變化,特別是海洋水色掃描儀每天一次覆蓋和3天一次覆蓋,用火災發生前最近圖像做比對就更容易判斷。大面積的火與小面積的火災沒有云覆蓋條件下一般都能發現,發現之后再找前3天或6天圖像比對,可計算過火面積。在俄羅斯、澳大利亞、巴西、印尼、美國、緬甸、老撾、蒙古等國以及我國青島、煙臺、高密以及重慶、云南、山西、廣東、廣西、四川、江西、北京等地發生火災時,中心利用HY一1C/1D衛星進行應急監測,其數據與產品及時提供給了相關部門。

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              高密市食品加工廠起火,黑煙長度在空中漂移達60千米。

              湖泊藍藻

              經濟社會發展速度過快,導致工業、農業污染以及城市生活廢水、污水增多,這些廢水未達到排放標準進入江河湖泊,造成水體富營養化。在適宜的溫度條件下,藍藻大量繁殖,嚴重影響飲用水源與生活用水,藍藻的惡臭也影響人們自由呼吸。利用HY一1C/1D衛星海岸帶成像儀監測到太湖、巢湖、洱海藍藻頻發,及時提供給有關部門,為地方政府的藍藻綜合治理提供了依據。

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              地震前后變化

              在獲悉青海、云南地震消息后,中心迅速組織查看海洋一號C/D衛星地震前的最新數據,同時按陸海統籌、部省互動要求,作為牽頭主用戶馬上協調中國資源衛星應用中心安排高分三號衛星合成孔徑雷達拍攝,并建立了數據與專題遙感影像產品共享網址,制作的相關專題圖及時傳遞給當地有關部門。

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              滑坡與堰塞湖

              2020年7月21日,湖北恩施土家族苗族自治州屯堡鄉馬者村沙子壩滑坡體前緣滑入清江,一度堵塞河道形成堰塞湖。當晚,應湖北省衛星技術應用中心請求,查看了HY一1C/1D衛星軌道以及最近數據。在7月19日HY一1C衛星遙感圖像中,馬者村被云覆蓋,位于屯堡鄉的河道水體呈現土黃色渾濁狀態。7月27日,HY一1C衛星軌道經過屯堡鄉時正好無云,從獲取的圖像中可看到發生滑坡處明顯不同,經量算滑坡長度約1200米、寬度約280米,滑坡處的上下游河道還是土黃色狀態,與現場調查結果基本一致。

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              針對金沙江“11.03”山體滑坡堰塞湖應急事件,中心當時利用剛發射的海洋水色衛星HY一1C衛星海岸帶成像儀(CZI)數據開展連續應急監測,從2018年11月1日至11月23日,共獲取堰塞湖區域HY一1C/CZI數據20余景(其位置正好相鄰軌道都覆蓋),制作遙感監測影像圖10期。數據通過FTP及時提供給應急管理部國家減災中心,為金沙江“11.03”山體滑坡堰塞湖前線聯合指揮提供了客觀準確的決策輔助信息。

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              白格堰塞湖從形成到疏通,上下游水體變化一目了然

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              沙塵暴究竟從哪來?影響多大區域?往哪去?通過海洋一號衛星圖像可以得到答案。海洋一號衛星海洋水色水溫掃描儀掃描幅寬3000公里,雙星組網后,白天可見光與紅外通道可以覆蓋兩次,可捕捉沙塵暴日變化過程。2021年3月15日出現的沙塵暴覆蓋區域超出想象,北京、天津、內蒙古、新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河北、山東,遼寧、吉林、黑龍江等省份都有沙塵暴,而在3月14日下午HY一1D衛星海洋水色水溫掃描儀圖像上只有蒙古國部分區域有沙塵暴。本次沙塵暴長度超過3000公里,最寬超過500公里。與2020年6月海洋一號衛星監測到的撒哈拉沙漠產生的沙塵暴相當,那一次影響的長度超過2700公里,最寬處超過1200公里。

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              結束語

              自然災害形成的過程有長有短、有緩有急,當致災因素的變化超過一定強度與承載力時,就會在幾天、幾小時甚至幾分鐘內表現為突發性自然災害,對災害的監測是“測、報、防、抗、救、援” 防災減災體系鏈中的先導性與長期性措施,是抗災、減災、救災工作首要環節。只有對地球自然與人類活動環境連續有效監測,才能及時提供準確、全面信息,發現異常并快速做出預警預測,通過災前、災中、災后做出定量評估及時采取措施,同時總結發現時空分布特征及變化規律,統籌安全與發展,堅持人民至上、生命至上,完善空間規劃,做到風險可規避、資源可持續有效利用,實現人與自然能和諧共生。

              防災減災救災工作事關人民群眾生命財產安全、事關社會和諧穩定。我國防災減災工作的指導方針是“以防為主、防抗救相結合”“常態減災和非常態救災相統一”,要實現從注重災后救助向注重災前預防轉變,從應對單一災種向綜合減災轉變,從減少災害損失向減輕災害風險轉變。

              我國海洋衛星已形成星座,配置可見光、紅外、主被動微波遙感載荷及輔助載荷,多數載荷每天24小時連續工作,工作時間長,其載荷掃描幅寬大,獲取數據頻次多。同時,用戶負責星地一體化運行管理,從衛星探測計劃到接收、處理、分發推送全鏈條完整,產品時效快,可快速發現地球表面的多尺度、多要素環境信息變化與異常,在自然災害監測方面有很好的應用潛力。


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              自然資源部
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              不断沉腰撞击H

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