海洋卫星的发展历程

遥感发展概况
“Remote Sensing”（遥感）一词首先是由美国海军科学研究部的布鲁依特（E· L·Pruitt）提出来的。60年代初在由美国密执安大学等组织发起的环境科学讨论会上正式被采用，此后“遥感”这一术语得到科学技术界的普遍认同和接受，而被广泛运用。而遥感的渊源则可追溯到很久远以前，其发展可大致分为二大时期。

（一）遥感的萌芽及其初期发展时期

如果说人类最早的遥感意识是懂得了凭借人的眼、耳、鼻等感觉器官来感知周围环境的形、声、味等信息，从而辨认出周围物体的属性和位置分布的话，那末，人类自古以来就在想方设法不断地扩大自身的感知能力和范围。古代神话中的“千里眼”、“顺风耳”即是人类这种意识的表达和流露，体现了人们梦寐以求的美好幻想。1610年意大利科学家伽利略研制的望远镜及其对月球的首次观测，以及1794年气球首次升空侦察，可视为是遥感的最初尝试和实践。而1839年达格雷（Daguerre）和尼普斯（Niepce）的第一张摄影像片的发表则是遥感成果的首次展示。

随着摄影术的诞生和照相机的使用，以及信鸽、风筝及气球等简陋平台的应用，构成了初期遥感技术系统的雏形。空中像片的魅力，得到更多人的首肯和赞许。1903年飞机的发明，以及1909年怀特（Wilbour·Wright）第一次从飞机上拍摄意大利西恩多西利（Centocelli）地区空中像片，从此揭开了航空摄影测量——遥感初期发展的序幕。

在第一次进行航空摄影以后，1913年，开普顿·塔迪沃（Captain·Tardivo），发表论文首次描述了用飞机摄影绘制地图的问题。第一次世界大战的爆发，使航空摄影因军事上的需要而得到迅速的发展，并逐渐发展形成了独立的航空摄影测量学的学科体系。其应用进一步扩大到森林、土地利用调查及地质勘探等方面。

随着航空摄影测量学的发展及其应用领域的扩展，特别是第二次世界大战爆发军事上的需要，以及科学技术的不断进展，使彩色摄影、红外摄影、雷达技术及多光谱摄影和扫描技术相继问世，传感器的研制得到迅速的发展，遥感探测手段取得了显著的进步。从而超越了航空摄影测量只记录可见光谱段的局限，向紫外和红外扩展，并扩大到微波。同时，运载工具以及判读成图设备等也都得到相应的完善和发展。随着科学技术的飞跃发展，遥感迎来了一个全新的现代遥感的发展时期。

（二）现代遥感发展时期

1957年10月4日前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星，标志着遥感新时期的开始。1959年前苏联宇宙飞船“月球3号”拍摄了第一批月球像片。 60年代初人类第一次实现了从太空观察地球的壮举，并取得了第一批从宇宙空间拍摄的地球卫星图像。这些图像大大地开扩了人们的视野，引起了广泛关注。随着新型传感器的研制成功和应用、信息传输与处理技术的发展，美国在一系列试验的基础上，于70年代初（1972.7.23）发射了用于探测地球资源和环境的地球资源技术卫星“ERTS-1”（即陆地卫星-1）。为航天遥感的发展及广泛应用，开创了一个新局面。
至今世界各国共发射了各种人造地球卫星已超过3000颗，其中大部分为军事侦察卫星（约占60%），用于科学研究及地球资源探测和环境监测的有气象卫星系列、陆地卫星系列、海洋卫星系列、测地卫星系列、天文观测卫星系列和通讯卫星系列等。通过不同高度的卫星及其载有的不同类型的传感器，不间断地获得地球上的各种信息。现代遥感充分发挥航空遥感和航天遥感的各自优势，并融合为一个整体，构成了现代遥感技术系统。为进一步认识和研究地球，合理开发地球资源和环境，提供了强有力的现代化手段。

现代遥感技术的发展引起了世界各国的普遍重视，遥感应用的领域及应用的深度在不断扩大和延伸，取得了丰硕的成果和显著的经济效益。国际学术交流日益频繁，遥感的发展方兴未艾，前景远大。

当前，就遥感的总体发展而言，美国在运载工具、传感器研制、图像处理、基础理论及应用等遥感各个领域（包括数量、质量及规模上）均处于领先地位，体现了现今遥感技术发展的水平。前苏联也曾是遥感的超级大国，尤其在其运载工具的发射能力上，以及遥感资料的数量及应用上都具有一定的优势。此外，西欧、加拿大、日本等发达国家也都在积极地发展各自的空间技术，研制和发射自己的卫星系统，例如法国的SPOT卫星系列，日本的JERS和MOS系列卫星（版图2）等。许多第三世界国家对遥感技术的发展也极为重视，纷纷将其列入国家发展规划中，大力发展本国的遥感基础研究和应用，如中国、巴西、泰国、印度、埃及和墨西哥等，都已建立起专业化的研究应用中心和管理机构，形成了一定规模的专业化遥感技术队伍，取得了一批较高水平的成果，显示出第三世界国家在遥感发展方面的实力及其应用上的巨大潜力。

纵观遥感近30年来的发展，总的看来，当前遥感仍处于从实验阶段向生产型和商业化过渡的阶段，在其实时监测处理能力、观测精度及定量化水平，以及遥感信息机理、应用模型建立等方面仍不能或不能完全满足实际应用要求。因此，今后遥感的发展将进入一个更为艰巨的发展历程，为此需要各个学科领域的科技人员协同努力，深入研究和实践，共同促进遥感的更大发展。


进入21世纪以来，遥感技术日益成为备受国际科技界关注的热点。从应用的领域来看，科学家们通过对现状的调查，总结出遥感科技主要有三个方面：一是陆地遥感；二是海洋遥感；三是气象遥感。其中，科技难度系数最大的当属海洋遥感。

“目前，我国海洋遥感技术与国际先进水平尚有较大差距，但有些部分是领先的。”10月12日，北京大学遥感与地理理信息系统研究所所长童庆禧院士，在第三届西北太平洋海洋遥感国际研讨会上，向本报记者介绍和分析了原因。一是起步较晚。我国在2002年才发射了第一海洋卫星，而发达国家早在几十年前就完成了这项任务；二是我国海洋遥感整体技术与先进国家有差距。原因是我国海洋遥感技术研究的基础非常薄弱，技术队伍不成熟；三是针对海洋遥感问题研究的深度和广度，以及对其机理研究还没有形成系统。童院士称，由于海洋是全球性系统，因此要从全球的范围进行科学研究。而我国主要还局限于近海研究和观测，监测的范围很小；四是对海洋遥感空间数据综合分析能力明显不足，主要是研究队伍与实际需要存在差距。因此，要不断扩大科研队伍的建设。

在差距面前，如何审视中国海洋遥感科技？童庆禧院士认为，我国十分重视海洋遥感技术的发展，特别是我国在海洋卫星研究方面有着自己的特色。目前，正在准备发射第二颗海洋卫星，将来还要研制和发射一系列海洋卫星，这将大大缩短与世界先进国家在海洋遥感技术上的距离。目前，我国海洋卫星遥感技术，以及刚刚装备的海洋监测飞机，已经在海洋环境监测等诸多方面发挥了重要的作用。同时还要通过遥感技术研究，建立我国独特的遥感海洋科学，使之达到世界先进水平。

据了解，当今世界一些濒临海洋的发达国家，都非常重视海洋遥感研究与发展。美国于1978年就发射了海洋卫星；日本在上世纪90年代初期也已发射了海洋卫星；俄罗斯有一系列卫星，其中“宇宙”系列卫星就包含了海洋遥感观测技术；欧洲资源卫星主要以海洋为目标，以法国为代表；北欧海洋遥感与观测技术的代表则首推挪威和瑞典。

那么，如何寻找到一条适应我国海洋遥感科技的高速发展之路？“拓展我国与国际间合作是必由之路。”国家海洋局第二海洋研究所潘德炉院士认为，我国海洋遥感虽然起步较晚，应用水平也不足，发展前景却十分广阔。只有通过加强国际间合作，才能促进我国海洋遥感事业不断前进。目前，我国正与日本、韩国合作，进行海洋遥感监测与速报技术的研究。如果获得成功，将使我国海洋卫星监测技术处于世界领先地位。到那时，我们获取海洋环境信息，就像我们现在听天气预报一样便利。

中国科学院南海海洋研究所博士生导师唐丹玲教授从事遥感技术研究整整十年。作为刚从日本回到祖国工作的“海归派”，她认为我国遥感技术与国外先进国家虽然有一定距离，但整体实力上我国进步很快，基本接近世界先进水平。但我国的海洋遥感技术研究，仍需进一步加强国际间合作。由于海洋遥感技术本身具有的特性，也要求了这是一项国际间合作性的学科。她回到国内后，很快建立了热带海洋环境动力学重点实验室，希望利用国内现有的条件，不断地把国外先进的海洋遥感技术“带进来“，带出一支实力派的海洋遥感科技队伍，为国家海洋遥感科学事业作出贡献。

国际间合作，无疑已成为我国海洋遥感发展的必由之路。但是，发展我国海洋遥感科学，缺少的仅仅是国际间合作，以及部分技术上的差距吗？国家卫星海洋应用中心唐军武博士对我国海洋遥感技术研究存在的问题，向记者做出了分析。他认为，国外海洋遥感技术的研究与发展很快，而且很有深度，区域性合作的观念很强烈，特别是全球性海洋观念很强。我们缺少的不仅仅是诸如遥感器等硬件技术上的距离，主要矛盾是我国学科分割现象太严重，导致不能够有效地进行学科整合。仅从这一点来说，我们就与日本存在着相当大的观念上的距离。日本在进行海洋遥感科学中，是建立在大学科和综合背景之中进行的，只要对该海洋遥感研究有帮助的学科，都可以“拿来”进行交叉和整合，避免了重复研究和科研投资。而这一点我们做的还远远不够。

“扩大国际间合作，重要的一点就是要实实在在地进行科学交流，而目前我们的思想观念还相对保守。”北京大学遥感与地理信息系统研究所副教授曾琪明，面对记者无奈地指出“瓶颈”之痛。他认为，在核心技术保密的情况下，应适当向国外专家开放一些实验室，以利于国际间学科的合作与交流，以利于学习、吸收国外一些新技术。这实际上是一个观念问题，科学发展观的理论支撑，离不开转变传统的思想观念。海洋遥感科学亦概莫能外。

------------
补充：国内外海洋科技发展趋势，请参考 http://www.hycflt.com/WSCcs/ShowArticle.asp?ArticleID=5131

与世界先进水平相比，总体上我国差距较大，主要表现在我国海洋卫星工程起步晚、星载仪器的飞行会小、海洋卫星地面应用系统基本建成但业务化应用还需完善等方面。为此，要坚持独立研制；建立海洋卫星体系，逐步形成业务化运行能力；要实行军民结合，综合利用；重视关键技术储备；同时发展卫星海洋的应用；积极参与国际合作。 其中，“十五”期间要发射我国第一颗试验业务型海洋水色卫星，此后每2~3年发射一颗业务型海洋水色卫星，使海洋水色形成系列化卫星。“十五”期间还要开展海洋动力环境卫星关键技术攻关，卫星研制立项。2005~2015年，将继续发射海洋水色卫星系列卫星，发射三颗海洋动力环境卫星，两颗海洋环境综合卫星；建立三种类型系列卫星组成的我国地球海洋观测系统框架，开始全面为国发经济服务。根据海洋专家建议，总体发展目标是：2015年建立起海洋水色卫星、海洋动力环境卫星、海洋环境综合卫星3个业务化运行的卫星系列；2015年使我国的海洋卫星及其应 用水平达到国际2005年的水平，在国际社会中占有一席之地。 海洋水色卫星是对海洋水色要素（如叶绿素、悬浮沙和可溶性的黄色物质等）和水温及其动态变化的探测，有效载荷通常选用灵敏度高、信噪比高、光谱分辨率高、波段多、带宽窄的海洋水色扫描仪。要求空间分辨率在250~1000m，地面覆盖周期要求2~3天。发展海洋水色系列卫星的目的是：掌握我国近海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，了解我国重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律，监测我国近海海面溢油油漠、赤潮富营养、电场循环水排海热污染、海冰冰情、浅海地形等。 海洋动力环境卫星是对海面风场、海面高度、浪场、流场以及温度场等协动力环境要素探测的卫星，有效载荷通常是微波散射计、微波辐射计、雷达高度计等，并具有多种模式和多种分辨率。发展海洋动力环境系列卫星的主要目的是：利用微波散射计监控全球海洋表面风场，得到全球海洋上的风矢量场和表面风应力数据，利用雷达高度计提供全球海洋地形数据，得到全球高分辨率的大洋环流、海洋大地水准面、重力场和极地冰盖的变异。海洋动力环境卫星所获取的海面动力和海底拓扑资料，具有明显的军事价值，美国把这类卫星资料置于五角大楼控制下，尤其是实时高精度资料控制严格，绝不向别国提供。 海洋环境综合卫星是对全球与近海（包括海岸带）的海洋动态环境和水色环境各种信息的综合遥感监测，有效载荷包括可见光、红外，主动、被动遥感器，如多光谱成像仪、合成孔径雷达、微波散射计、辐射计、高度计等。为实施海洋开发战略，落实《全国海洋经济发展规划纲要》，实现建设海洋强国的宏伟目标，海洋卫星及卫星海洋应用须尽快实现从“试验型”向“业务服务型”的转变，建立健全天地协调，布局合理、功能完善、产品丰富、信息共享、服务高效的长期、连续、稳定运行的海洋卫星遥感应用体系。提升海洋遥感应用基础和技术能力，达到产品多样化、数据标准化、应用定量化、运行业务化，逐步满足海洋监测监视现代化、科学化、信息化、全球化的要求。通过努力，力争在“十一五”计划期间实现以下目标：（1）继续推进3个系列的海洋卫星的发展，力争实现发射海洋水色系列卫星3颗、海洋动力环境系列卫星2颗和海洋监视监测系列卫星1颗的发展目标。（2）在海洋卫星地面应用系统方面，努力实现新建亚布力海洋卫星地面站、北京海洋卫星地面站、数据中心，扩建三亚海洋卫星地面接收站，力争实现南、北极国家级的卫星回放数据接收站建设和海上遥感卫星辐射校正与真实性检验场的建设。（3）在卫星海洋应用方面，结合应用技术成熟程度和海洋卫星的发展计划，有计划地开展HY－1卫星在海洋资源调查、海洋生态灾害预警、海洋环境污染监测、海温海冰预报等应用；有计划地开展HY－2卫星在海洋环境预报、海洋全球变化等方面的应用；有计划地开展HY－3卫星的信息处理平台、海洋监视和海洋动力现象的应用，推广和普及卫星海洋应用工作，为实现我国国民经济的发展战略目标，维护国防安全，全面实现小康社会提供有效服务和可行支撑。发展海洋环境综合卫星主要目标是：提供全天时、全天候海况实时资料，用于改进海况数值预报模式，提高中、长期海况预报准确率。同时提供海上目标、海岸带调查、海洋污染的实时同步海洋要素，为海洋环境监测、维护海洋权益和海岸带资源调查、综合利用与管理服务。

自美国1978年6月22日发射世界上第一颗海洋卫星Seasat-A以后，苏联、日本、法国和欧洲空间局等相继发射了一系列大型海洋卫星。这些卫星一般搭载有光学遥感器（如水色扫描仪、主动区微波遥感器、散射计、SAR等）和被动式微波遥感器等多种海洋遥感有效载荷，可提供全天时，全天候海况实时资料。
按用途分，海洋卫星可分为海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋综合探测卫星。
能研制和发射海洋水色卫星的国家有中国、美国、俄罗斯、印度、韩国等。1997年8月1日，美国航天局发射了世界上第一颗专用海洋水色卫星SeaStar。美国计划自SeaStar起，进行20年时序全球海洋水色遥感资料的连续积累。1999年1月27日，中国台湾省委托美国研制并发射一颗低轨道（600km）水色卫星ROCSAT-1，星上有效载荷为6通道水色遥感器（OCI）2002年5月和2007年4月，中国海洋水色卫星海洋一号A和海洋一号B分别成功发射，海洋动力环境卫星海洋二号预计于2009发射，海洋综合探测卫星海洋三号也已进入预先研究阶段。
利用卫星遥感器测量海洋动力环境的构想在20世纪60年代就有人提出，70年代得以实施。发射海洋动力环境卫星的国家有美国、俄罗斯、法国。美国的GEOSAT系列卫星和TOPEX/Poseidon系列卫星具有代表性。
1991年，欧洲空间局发射ERS-1卫星，星上装有微波散射计、雷达高度计和微波辐射计等遥感器，主要目的是开展卫星测量海洋动力基本要素，为用户进行业务服务及为世界大洋合作研究项目提供业务服务参数（包括海面风场、大地水准面、海洋重力场、极地海冰的面积、边界线、海况、风速、海面温度和水气等）。散射计风速测量精度为2m/s或10%、风向精度为±20°；高度计的测高精度为3cm；辐射计测量海面温度精度为±5K。ENVISAT-1卫星是ERS卫星的后继星，2001年底发射，是一颗篝的有轨对地观察卫星，将进行为期5年的对大气海洋、陆地、冰的测量。该星测验数据连续，主要支持地球科学研究，并且可以对环境和气候的变化做出评估，甚至可以为军事、商业的应用提供便利。
2002年5月和2007年4月，中国海洋水色卫星海洋一号A和海洋一号B分别成功发射。[1]
2012年9月，国家海洋局国家卫星海洋应用中心表示2020年前，将发射8颗海洋系列卫星，形成对国家全部管辖海域乃至全球海洋水色环境和动力环境遥感监测的能力，同时加强对黄岩岛、钓鱼岛以及西沙、中沙和南沙群岛全部岛屿附近海域的监测。从太空监测海洋已成为世界各国探索海洋的重要方式。[2]

海洋综合探测卫星方面，1992年美国和法国联合发射TOPEX/Poseidon卫星。星上载有一台美国NASA的TOPEX双频高度计和一台法国CNES的Poseidon高度计，用于探测大洋环流、海况、极地海冰，研究这些因素对全球气候变化的影响。TOPEX/Poseidon高度计的运行结果表明其测高精度达到2cm。
JASON-1星是TOPEX/Poseidon的一颗后继卫星，主要任务目标是精确的测量世界海洋地形图。该星装有高精度雷达高度计、微波辐射计、DORIS接收机、激光反射器、GPS接收机等，其中雷达高度计测量误差约2.5cm。JASON卫星轨道高度1336km，倾角66°,设计寿命为3年，最大功耗为435W，总重量为500kg。