劉建強(qiáng)，葉小敏，蘭友國(guó)

1. 國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京 100081；2. 自然資源部空間海洋遙感與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

0 引言

占地球表面71%的海洋不僅是生命的搖籃，還是資源寶庫(kù)和交通要道，是全球氣候變化的調(diào)節(jié)器。海洋是四維動(dòng)態(tài)變化的流動(dòng)水體，其環(huán)境要素主要包括海面風(fēng)場(chǎng)、海浪、海流、海表溫度、鹽度、海水深度、海洋水色以及各類(lèi)時(shí)空尺度的動(dòng)力過(guò)程等，覆蓋從厘米到數(shù)千公里的空間尺度和從秒到年的時(shí)間尺度。

2002年我國(guó)第一顆海洋衛(wèi)星——海洋一號(hào)A（HY-1A）衛(wèi)星成功發(fā)射。截至2021年9月，我國(guó)已發(fā)射了海洋水色（海洋一號(hào)（HY-1）系列）、海洋動(dòng)力環(huán)境（海洋二號(hào)（HY-2）系列）和海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)（海洋三號(hào)（HY-3）系列）3個(gè)系列共10顆海洋衛(wèi)星（含高分三號(hào)（GF-3）衛(wèi)星），已初步形成了海洋衛(wèi)星組網(wǎng)業(yè)務(wù)化觀測(cè)格局。在研的9顆海洋衛(wèi)星將在未來(lái)幾年內(nèi)發(fā)射。海洋衛(wèi)星多種類(lèi)多數(shù)量組網(wǎng)后，可實(shí)現(xiàn)全天候、全球觀測(cè)，獲得高頻次、周期性、長(zhǎng)期、近實(shí)時(shí)的全球多尺度多要素海洋信息，且不受地理位置和人為條件限制。衛(wèi)星遙感與現(xiàn)場(chǎng)海洋監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合，取得了過(guò)去單純用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段無(wú)法替代的重大成果，是認(rèn)識(shí)、研究、開(kāi)發(fā)、利用海洋不可替代的工具，已成為現(xiàn)代海洋觀測(cè)的主導(dǎo)手段之一[1-3]。

本文總結(jié)性地介紹我國(guó)海洋衛(wèi)星發(fā)展歷程、觀測(cè)和產(chǎn)品體系，并在此基礎(chǔ)上分析我國(guó)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)基本特征，介紹海洋衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)。

1 我國(guó)海洋系列衛(wèi)星

1.1 衛(wèi)星發(fā)展

依據(jù)海洋衛(wèi)星探測(cè)要素的種類(lèi)以及探測(cè)技術(shù)能力與特點(diǎn)，我國(guó)海洋衛(wèi)星按照海洋水色、海洋動(dòng)力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)3個(gè)系列進(jìn)行規(guī)劃發(fā)展?！笆濉焙汀笆濉逼陂g，我國(guó)發(fā)射了2顆海洋水色衛(wèi)星（HY-1C和HY-1D）、2顆海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星（HY-2B和HY-2C）以及中法海洋衛(wèi)星（CFOSAT）共5顆海洋衛(wèi)星，配置了紫外、可見(jiàn)光、紅外、主被動(dòng)微波遙感載荷及相關(guān)輔助載荷，可快速獲取海面風(fēng)場(chǎng)、浪場(chǎng)、海面高度場(chǎng)、海表溫度場(chǎng)、海洋水色要素信息以及海島、海岸帶環(huán)境信息，還可獲取南北極冰蓋、海冰、大型江河湖泊水體、陸地植被、森林火災(zāi)變化等信息，在海洋與陸地自然資源環(huán)境監(jiān)測(cè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，我國(guó)已發(fā)射的海洋衛(wèi)星信息見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)已發(fā)射的海洋衛(wèi)星信息

海洋一號(hào)系列衛(wèi)星用于全球海洋水色要素探測(cè)、海表溫度探測(cè)和海岸帶動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，配置有光學(xué)遙感載荷，以海洋探測(cè)為主，陸海兼顧，載荷具有多種空間分辨率、高信噪比、高動(dòng)態(tài)范圍和寬刈幅等優(yōu)點(diǎn)。HY-1A和HY-1B衛(wèi)星均配置了海洋水色水溫掃描儀、海岸帶成像儀（coastal zone imager，CZI），而HY-1C和HY-1D衛(wèi)星均配置了水色水溫掃描儀（Chinese ocean color and temperature scanner，COCTS）、海岸帶成像儀（coastal zone imager，CZI）、紫外成像儀（ultra-violet imager, UVI）、定標(biāo)光譜儀（satellite calibration spectrometer，SCS）和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（automatic identification system，AIS）。這4顆海洋一號(hào)衛(wèi)星均已發(fā)射。

海洋二號(hào)系列衛(wèi)星用于全球海面風(fēng)場(chǎng)、有效波高、海面高度、海表溫度等多種海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)的全天候監(jiān)測(cè)，直接為災(zāi)害性海況預(yù)警預(yù)報(bào)提供近實(shí)時(shí)遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)，為海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋權(quán)益維護(hù)、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)研究以及國(guó)防建設(shè)等提供支撐服務(wù)，其有效載荷為雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)、掃描微波輻射計(jì)、校正輻射計(jì)等。HY-2A、HY-2B、HY-2C和HY-2D均已發(fā)射。

海洋三號(hào)系列衛(wèi)星用于全球海洋和陸地信息的全天候監(jiān)視監(jiān)測(cè)，載荷為合成孔徑雷達(dá)，它可通過(guò)左右姿態(tài)機(jī)動(dòng)提升快速響應(yīng)能力、擴(kuò)大對(duì)地觀測(cè)范圍，獲取的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)圖像可以用于海洋、減災(zāi)、水利及氣象等多個(gè)領(lǐng)域，是我國(guó)實(shí)施海洋開(kāi)發(fā)、進(jìn)行陸地環(huán)境資源監(jiān)測(cè)和應(yīng)急防災(zāi)減災(zāi)的重要技術(shù)支撐。GF-3衛(wèi)星已成功發(fā)射。

中法海洋衛(wèi)星為中國(guó)和法國(guó)的國(guó)際合作科研試驗(yàn)衛(wèi)星，其主要任務(wù)是獲取全球海面波浪譜、海面風(fēng)場(chǎng)、南北極海冰等信息，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境變化規(guī)律的科學(xué)認(rèn)知；提高對(duì)巨浪、海洋熱帶風(fēng)暴、風(fēng)暴潮等災(zāi)害性海況預(yù)報(bào)的精度與時(shí)效；同時(shí)獲取極地冰蓋相關(guān)數(shù)據(jù)，為全球氣候變化研究提供基礎(chǔ)信息。該衛(wèi)星由中國(guó)提供散射計(jì)，法國(guó)提供波譜儀，雙方各自建立地面系統(tǒng)，但進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，充分體現(xiàn)了共商共建共享的特點(diǎn)以及創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享五大發(fā)展理念，CFOSAT的有效載荷包括扇形波束散射計(jì)和海浪波譜儀。

在“十三五”期間建設(shè)的海洋觀測(cè)衛(wèi)星共有3個(gè)系列9顆衛(wèi)星，包括7顆業(yè)務(wù)星，2顆科研星。按照《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》，海洋水色衛(wèi)星星座將保持2顆衛(wèi)星同時(shí)在軌，海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星星座將保持1顆極軌海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和2顆傾斜軌道海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星同時(shí)在軌，海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星將保持3顆衛(wèi)星同時(shí)在軌?！笆濉币?guī)劃建設(shè)的海洋衛(wèi)星信息見(jiàn)表2。

表2 “十三五”規(guī)劃建設(shè)的海洋衛(wèi)星信息

1.2 海洋衛(wèi)星主要載荷

1.2.1 海洋一號(hào)衛(wèi)星

海洋一號(hào)衛(wèi)星有效載荷配置COCTS、CZI、UVI、SCS和一套AIS。載荷的具體用途與主要技術(shù)指標(biāo)如下。

● COCTS：主要用于探測(cè)海洋水色要素（葉綠素a濃度、懸浮泥沙濃度和可溶性有機(jī)物等）和海表溫度場(chǎng)等。通過(guò)連續(xù)獲取長(zhǎng)時(shí)序的我國(guó)近海及全球海洋水色要素和海表溫度信息，研究和掌握海洋初級(jí)生產(chǎn)力分布、海洋漁業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)資源狀況和環(huán)境質(zhì)量等，為海洋生物資源合理開(kāi)發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)；為全球氣候變化研究、海洋在全球二氧化碳循環(huán)中的作用及厄爾尼諾現(xiàn)象探測(cè)提供海洋水色和海表溫度信息。COCTS幅寬≥2900 km；星下點(diǎn)地面像元分辨率（ground sample distance，GSD）≤1100 m；單星可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光波段的一天一次全球覆蓋觀測(cè)，熱紅外波段的一天兩次全球覆蓋觀測(cè)。COCTS通道與應(yīng)用對(duì)象見(jiàn)表3。

表3 COCTS通道與應(yīng)用對(duì)象

● UVI：主要用于提高COCTS近岸高渾濁水體大氣校正精度。UVI通道與應(yīng)用對(duì)象見(jiàn)表4。

表4 UVI通道與應(yīng)用對(duì)象

● CZI：主要用于獲取海陸交互作用區(qū)域的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行海岸帶監(jiān)測(cè)；了解重點(diǎn)河口港灣的懸浮泥沙分布規(guī)律；并對(duì)海冰、赤潮、綠潮、污染物等海洋及大型江河湖泊環(huán)境災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。CZI幅寬≥950 km；GSD≤50 m；單星對(duì)中國(guó)海岸帶及關(guān)注區(qū)域可實(shí)現(xiàn)三天一次全覆蓋觀測(cè)，CZI工作于可見(jiàn)光波段，境外存儲(chǔ)容量為39 min。CZI通道與應(yīng)用對(duì)象見(jiàn)表5。

表5 CZI通道與應(yīng)用對(duì)象

● SCS：為COCTS的8個(gè)可見(jiàn)光、近紅外波段和UVI的2個(gè)紫外波段提供星上同步校準(zhǔn)功能，監(jiān)測(cè)水色水溫掃描儀的可見(jiàn)光、近紅外波段和紫外成像儀在軌輻射穩(wěn)定性?？梢?jiàn)光、近紅外波段具備400～900 nm范圍內(nèi)5 nm帶寬連續(xù)光譜數(shù)據(jù)下傳的能力。SCS具有在軌太陽(yáng)定標(biāo)的能力，覆蓋UVI的2個(gè)紫外波段及COCTS的8個(gè)可見(jiàn)光、近紅外波段。

● AIS：主要用于獲取大洋船舶位置及其屬性信息，為海洋防災(zāi)減災(zāi)、海上權(quán)益維護(hù)和大洋漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等提供數(shù)據(jù)服務(wù)，可監(jiān)測(cè)幅寬≥3000 km。

CFOSAT裝載了SWIM、CSCAT兩個(gè)全新載荷。SWIM是國(guó)際上首次采用六波束真實(shí)孔徑雷達(dá)方式連續(xù)測(cè)量全球海面波浪譜的衛(wèi)星遙感載荷，掃描幅寬為180 km。CFOSAT的散射計(jì)也是國(guó)際上首次采用扇形波束掃描方式測(cè)量海洋風(fēng)場(chǎng)的微波散射計(jì)，其刈幅大于1000 km，CFOSAT散射計(jì)選用扇形波束天線，可以與海洋波譜儀實(shí)現(xiàn)觀測(cè)角的互補(bǔ)，對(duì)于研究海洋動(dòng)力環(huán)境作用過(guò)程和表面散射特性具有重要意義。CFOSAT的SWIM和CSCAT技術(shù)指標(biāo)分別見(jiàn)表6和表7。

表6 CFOSAT的SWIM技術(shù)指標(biāo)

表7 CFOSAT的CCSCAT技術(shù)指標(biāo)

1.2.3 海洋二號(hào)衛(wèi)星

海洋二號(hào)衛(wèi)星是海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星，集主被動(dòng)微波遙感器于一體。該衛(wèi)星具有高精度測(cè)軌、定軌能力與全天候的全球海洋動(dòng)力環(huán)境要素探測(cè)能力。有效載荷為雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)和掃描微波輻射計(jì)等。

● 雷達(dá)高度計(jì)：用于測(cè)量海面高度、有效波高和重力場(chǎng)等參數(shù)，具有外定標(biāo)工作模式。工作頻率為13.58 GHz、5.25 GHz，脈沖有限足跡優(yōu)于2 km，測(cè)距精度優(yōu)于2 cm（海洋星下點(diǎn)），具有海陸觀測(cè)功能。

● 微波散射計(jì)：用于測(cè)量海面風(fēng)矢量場(chǎng)，具有外定標(biāo)工作模式，工作頻率為13.256 GHz，工作帶寬為1 MHz（1 dB）（即微波散射計(jì)能量低至1 dB時(shí)，工作寬帶為1 MHz），極化方式為水平（HH）和垂直極化（VV）極化，處理后地面分辨率為25 km，刈幅HH極化優(yōu)于1350 km，VV極化優(yōu)于1700 km，測(cè)量精度為0.5 dB，測(cè)量范圍為-40～20 dB。

● 掃描微波輻射計(jì)：用于測(cè)量海表溫度、海面水汽含量、液態(tài)水含量和降雨強(qiáng)度等參數(shù)，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表8。

表8 海洋二號(hào)衛(wèi)星的掃描微波輻射計(jì)技術(shù)指標(biāo)

表9 高分三號(hào)衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)載荷成像模式和能力

1.2.4 高分三號(hào)衛(wèi)星

2.3 導(dǎo)管尖端定位 13例患兒中有1例經(jīng)右側(cè)顳淺靜脈置管后進(jìn)入右上肢頭靜脈，經(jīng)調(diào)管后仍未到達(dá)上腔靜脈，予以拔管，經(jīng)左側(cè)顳淺靜脈重新置管后到達(dá)上腔靜脈。1例走至頸外靜脈，經(jīng)重新調(diào)管后進(jìn)入上腔靜脈。其余11例均送至上腔靜脈。

GF-3衛(wèi)星配置了C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)，具有聚束、條帶、掃描、波模式等12種成像模式，分辨率達(dá)到1～500 m，幅寬達(dá)到10～650 km。工作頻段為C波段（5.4 GHz），常規(guī)入射角為20°～50°，擴(kuò)展入射角為10°～20°或50°～60°。高分三號(hào)衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)載荷成像模式和能力見(jiàn)表9。

1.3 海洋衛(wèi)星產(chǎn)品體系

我國(guó)海洋衛(wèi)星產(chǎn)品體系按衛(wèi)星載荷及產(chǎn)品制作流程分為原始數(shù)據(jù)、0～4級(jí)產(chǎn)品及輔助數(shù)據(jù)，各級(jí)產(chǎn)品按軌道生成，使用時(shí)需要投影轉(zhuǎn)換。衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)主要是為衛(wèi)星輻射定標(biāo)和真實(shí)性檢驗(yàn)、精密定軌、質(zhì)量檢驗(yàn)分析、數(shù)據(jù)處理等提供的，主要包括亮度溫度數(shù)據(jù)、海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、海表溫度數(shù)據(jù)、海冰掩膜數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)星歷數(shù)據(jù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星星歷文件、衛(wèi)星鐘差文件、地球定向參數(shù)文件、地面信標(biāo)站參考框架文件、大氣參數(shù)文件、定標(biāo)數(shù)據(jù)、有效波高、海陸標(biāo)識(shí)文件、臭氧數(shù)據(jù)、浮標(biāo)數(shù)據(jù)、全球探空數(shù)據(jù)、網(wǎng)格化數(shù)據(jù)、海冰標(biāo)識(shí)文件、查找表、衛(wèi)星信息文件、地球空間環(huán)境數(shù)據(jù)文件等。我國(guó)海洋衛(wèi)星主要海洋要素觀測(cè)產(chǎn)品見(jiàn)表10。

表10 我國(guó)海洋衛(wèi)星主要海洋要素觀測(cè)產(chǎn)品

1.4 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取與分發(fā)

我國(guó)海洋衛(wèi)星接收系統(tǒng)在北京市、海南?。ㄈ齺喪?、陵水黎族自治縣）、牡丹江市及雪龍?zhí)枠O地考察船上設(shè)有海洋衛(wèi)星地面接收站[4]，可實(shí)時(shí)接收過(guò)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)和延遲接收全球其他地區(qū)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。未來(lái)將在南極建立海洋衛(wèi)星地面接收站，以提高傳輸海洋衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和境外回放數(shù)據(jù)時(shí)效。我國(guó)還建有海洋光學(xué)定標(biāo)場(chǎng)和萬(wàn)山定標(biāo)場(chǎng)，定標(biāo)場(chǎng)網(wǎng)獲取的海上現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)均由海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理中心負(fù)責(zé)處理、存檔和分發(fā)。

國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心負(fù)責(zé)我國(guó)海洋衛(wèi)星星地一體化運(yùn)行管理。海洋系列衛(wèi)星星地系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行鏈條完整，產(chǎn)品時(shí)效高。以2020年為例。2020年各站共接收海洋系列衛(wèi)星（HY-1C/D衛(wèi)星、HY-2A/B/C衛(wèi)星、中法海洋衛(wèi)星）數(shù)據(jù)17802 軌，高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)1615軌，EOS-MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)8714軌；數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)共向1637位用戶(hù)分發(fā)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)1499749軌，數(shù)據(jù)量為275.92 TB；國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心數(shù)據(jù)中心作為高分節(jié)點(diǎn)共向126家單位分發(fā)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)59495景，數(shù)據(jù)量為103.73 TB；海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)共向各部委直屬事業(yè)單位、地方政府部門(mén)等19家單位推送各類(lèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)文件124.26萬(wàn)個(gè)，共計(jì)275.5 TB，其中推送海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)143.3 TB。

2 海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特征分析

大數(shù)據(jù)從5個(gè)維度體現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)體量、數(shù)據(jù)種類(lèi)、數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度與時(shí)效、數(shù)據(jù)價(jià)值和數(shù)據(jù)真實(shí)性[5-6]。隨著國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及航天技術(shù)和海洋遙感的迅猛發(fā)展，我國(guó)海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已具備了大數(shù)據(jù)的多項(xiàng)基本特征。

2.1 數(shù)據(jù)體量

自2002年我國(guó)第一顆海洋衛(wèi)星HY-1A發(fā)射以來(lái)，截至2021年9月我國(guó)已發(fā)射了10顆海洋衛(wèi)星，其中2018—2021年先后發(fā)射了HY-1C、HY-2B、CFOSAT、HY-1D、HY-2C、HY-2D共6顆衛(wèi)星。與HY-1A/B、HY-2A衛(wèi)星相比，這6顆衛(wèi)星的空間分辨率與量化等級(jí)更高，光譜通道更多，掃描幅寬更大，產(chǎn)品級(jí)別更豐富，每天工作時(shí)間更長(zhǎng)，有的載荷每天24 h連續(xù)工作，壽命也由原來(lái)的2～3年變?yōu)?～8年。實(shí)際上，HY-1B衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行了8年10個(gè)月，超期服役5年10個(gè)月，在軌期間共成像19233軌，地面應(yīng)用系統(tǒng)共獲取衛(wèi)星采集的原始數(shù)據(jù)8.84 TB，生產(chǎn)各級(jí)各類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品65.5 TB。HY-1B衛(wèi)星資料和產(chǎn)品已向海洋管理部門(mén)、科研院所、大專(zhuān)院校、業(yè)務(wù)部門(mén)共50家國(guó)內(nèi)外單位進(jìn)行了分發(fā)應(yīng)用，累計(jì)分發(fā)數(shù)據(jù)量達(dá)86.57 TB。其后續(xù)業(yè)務(wù)衛(wèi)星HY-1C的各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品日增量超過(guò)3 TB，在2年9個(gè)月的在軌時(shí)間里就已經(jīng)累計(jì)生產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)2749076景，累計(jì)存檔2.549 PB，僅2020年HY-1C衛(wèi)星數(shù)據(jù)累計(jì)分發(fā)224.3 TB，海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量與分發(fā)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

2.2 數(shù)據(jù)種類(lèi)

“十三五”海洋觀測(cè)衛(wèi)星建設(shè)完成后，我國(guó)將建成海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星3個(gè)系列衛(wèi)星星座，在軌衛(wèi)星將達(dá)十余顆，衛(wèi)星軌道有太陽(yáng)同步軌道、傾斜軌道，衛(wèi)星主載荷包括COCTS、CZI、UVI、中分辨率可編程成像光譜儀（moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS）、雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)、掃描微波輻射計(jì)、校正微波輻射計(jì)、SWIM、鹽度計(jì)和SAR及輔助載荷等20多個(gè)載荷。遙感要素包括葉綠素a濃度、懸浮物濃度、海水透明度、海表溫度、海面風(fēng)場(chǎng)、有效波高、海面高度、海面流場(chǎng)、大氣水汽含量、云液水含量等。數(shù)據(jù)產(chǎn)品級(jí)別包括0到4級(jí)。無(wú)論從衛(wèi)星種類(lèi)、載荷種類(lèi)還是產(chǎn)品種類(lèi)與級(jí)別等維度來(lái)看，我國(guó)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品均具有豐富的多樣性。

2.3 數(shù)據(jù)時(shí)效

隨著多種衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行以及海洋衛(wèi)星地面系統(tǒng)建設(shè)完成，我國(guó)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)探測(cè)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)自主可控，探測(cè)計(jì)劃制定和數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效提高，數(shù)據(jù)處理能力和分發(fā)服務(wù)能力不斷提高。隨著芬蘭衛(wèi)星地面接收站的投入運(yùn)行以及未來(lái)南極海洋衛(wèi)星地面接收站建成，海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取時(shí)效將大幅提高，實(shí)時(shí)接收的區(qū)域產(chǎn)品將在接收結(jié)束后0.5 h內(nèi)生產(chǎn)完成，目前全球數(shù)據(jù)在6 h內(nèi)完成生產(chǎn)，如HY-2系列衛(wèi)星的全球數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)效（從觀測(cè)到L2B級(jí)產(chǎn)品）和分發(fā)時(shí)效（從觀測(cè)到可分發(fā)系統(tǒng)查詢(xún)）基本為6 h以?xún)?nèi)。

2.4 數(shù)據(jù)價(jià)值

我國(guó)海洋衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了從試驗(yàn)星到業(yè)務(wù)星的跨越，其應(yīng)用服務(wù)能力也實(shí)現(xiàn)了從應(yīng)用示范到業(yè)務(wù)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星3個(gè)系列星地一體業(yè)務(wù)化運(yùn)行，獲取的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品是高價(jià)值的信息資產(chǎn)并被不斷重復(fù)使用，3個(gè)系列衛(wèi)星星地一體的業(yè)務(wù)化運(yùn)行是海洋調(diào)查與監(jiān)測(cè)的有力、有效手段。通過(guò)數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn)，很多海洋現(xiàn)象的變化過(guò)程與規(guī)律已經(jīng)在海洋環(huán)境與資源監(jiān)測(cè)、海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海洋權(quán)益維護(hù)、海洋環(huán)境預(yù)報(bào)與南北極考察、安全保障以及全球氣候變化研究中發(fā)揮了重要作用[7-14]。

2.5 數(shù)據(jù)真實(shí)性

衛(wèi) 星探測(cè)能全面、客觀、真實(shí)地獲得海洋與陸地表面特性，通過(guò)空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、在軌測(cè)試與海上定標(biāo)檢驗(yàn)，海洋衛(wèi)星多種產(chǎn)品的精度得到驗(yàn)證，其時(shí)空分辨率和輻射精度得到了極大的提升。將海洋水色產(chǎn)品和海洋動(dòng)力要素產(chǎn)品進(jìn)行海上現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)檢驗(yàn)并與國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉比對(duì)發(fā)現(xiàn)，其達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。以HY-2B衛(wèi)星遙感產(chǎn)品為例，微波散射計(jì)的海面風(fēng)速產(chǎn)品精度優(yōu)于1.5 m/s、海面風(fēng)向產(chǎn)品精度優(yōu)于20°，掃描微波輻射計(jì)的海面溫度產(chǎn)品精度優(yōu)于1℃。圖1為HY-2B衛(wèi)星微波散射計(jì)海面風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品的檢驗(yàn)精度結(jié)果。

圖1 HY-2B衛(wèi)星微波散射計(jì)海面風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品的檢驗(yàn)精度結(jié)果

3 海洋衛(wèi)星大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)

自20 世紀(jì)末開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始發(fā)展海洋衛(wèi)星，目前3個(gè)系列的海洋衛(wèi)星體系已基本建成；載荷種類(lèi)與衛(wèi)星型譜日益豐富；由北京市、海南省、牡丹江市、杭州市、船載移動(dòng)站、海外站構(gòu)成的地面站接收網(wǎng)布局基本完成；定標(biāo)檢驗(yàn)場(chǎng)網(wǎng)初步確立；從衛(wèi)星探測(cè)規(guī)劃控制、數(shù)據(jù)多站接力實(shí)時(shí)接收、數(shù)據(jù)快速傳輸、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)產(chǎn)品制作、數(shù)據(jù)定標(biāo)與產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)到產(chǎn)品存檔分發(fā)全過(guò)程自主控制，生產(chǎn)鏈條完整，海洋衛(wèi)星星地一體業(yè)務(wù)化運(yùn)行體系日趨完善，完成了從試驗(yàn)型向業(yè)務(wù)型的轉(zhuǎn)變。我國(guó)海洋系列衛(wèi)星獲取了紫外、可見(jiàn)光、近紅外、熱紅外、主被動(dòng)微波遙感載荷及AIS、DCS、GPS等輔助載荷的海量探測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)覆蓋全球，空間分辨率為1 m～50 km，時(shí)間分辨率為1～3天，形成了多要素海洋遙感數(shù)據(jù)集。海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在海洋動(dòng)力環(huán)境、海洋生態(tài)環(huán)境、南北極環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)在海島海岸帶、水體、極地遙感等專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查以及公眾服務(wù)中成效顯著[7-13]。海洋衛(wèi)星遙感應(yīng)用的廣度與深度不斷擴(kuò)展，海洋遙感應(yīng)用將迎來(lái)大數(shù)據(jù)時(shí)代。海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是智慧海洋、數(shù)字海洋、透明海洋、數(shù)字中國(guó)構(gòu)建與海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要數(shù)據(jù)支撐。

3.1 海洋衛(wèi)星遙感基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集

我國(guó)各 類(lèi)海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)量已達(dá)4.35 PB，其中HY-1A衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為10 TB，HY-1B衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為50 TB，HY-1C衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為2823 TB，HY-1D衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為923 TB，HY-2A衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為11 TB，HY-2B衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為46 TB，HY-2C衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為5 TB，CFOSAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為78 TB，GF-3衛(wèi)星數(shù)據(jù)量為507 TB。數(shù)據(jù)按載荷或要素形成不同級(jí)別的產(chǎn)品（沿軌產(chǎn)品、區(qū)域產(chǎn)品以及全球產(chǎn)品）。各類(lèi)產(chǎn)品按時(shí)間周期形成日平均、月平均、季節(jié)平均數(shù)據(jù)集后歸檔。上述歸檔歷史數(shù)據(jù)經(jīng)再定標(biāo)處理后，重新獲取海洋水色要素產(chǎn)品、海表溫度產(chǎn)品、海洋動(dòng)力環(huán)境要素產(chǎn)品的再定標(biāo)數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集可為涉海部門(mén)提供大數(shù)據(jù)支撐，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。

目前，相關(guān)部門(mén)每天獲取各級(jí)數(shù)據(jù)7 TB，分發(fā)數(shù)據(jù)3.3 TB，用戶(hù)數(shù)為2052個(gè)，且逐年上升；專(zhuān)項(xiàng)服務(wù)通過(guò)專(zhuān)線進(jìn)行推送，普通用戶(hù)通過(guò)訂單網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行下載，用戶(hù)包括311個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)、393個(gè)科研院所、1172個(gè)高等院校、177個(gè)其他單位。

3.2 海洋衛(wèi)星在災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

我國(guó)海 洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在風(fēng)暴潮、海冰、大洋和極地的環(huán)境與航行保障、海洋生態(tài)以及陸地等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值[7-14]。

（1）風(fēng)暴潮監(jiān)測(cè)

海洋衛(wèi)星是風(fēng)暴潮監(jiān)測(cè)的利器。臺(tái)風(fēng)海面風(fēng)場(chǎng)和云系結(jié)構(gòu)分別可由海洋二號(hào)系列衛(wèi)星微波載荷和海洋一號(hào)系列衛(wèi)星可見(jiàn)光、紅外、紫外云圖獲得。自海洋二號(hào)衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，影響我國(guó)的各個(gè)臺(tái)風(fēng)的生成、增強(qiáng)、消亡過(guò)程均能被海洋衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到。每個(gè)臺(tái)風(fēng)的海面風(fēng)場(chǎng)及其變化過(guò)程均可通過(guò)多星協(xié)同觀測(cè)獲取。利用HY-2A/2B/2C和CFOSAT以及Metop-A/B/C衛(wèi)星上的散射計(jì)獲得的數(shù)據(jù)已實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，近實(shí)時(shí)制作單星單軌和單星全球網(wǎng)格化風(fēng)場(chǎng)專(zhuān)題產(chǎn)品、全球海面風(fēng)場(chǎng)融合專(zhuān)題產(chǎn)品以及臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)專(zhuān)題產(chǎn)品，并進(jìn)行業(yè)務(wù)化分發(fā)。臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)專(zhuān)題圖信息包括海面風(fēng)場(chǎng)、臺(tái)風(fēng)半徑、風(fēng)暴中心位置和強(qiáng)度等。通過(guò)分析時(shí)序數(shù)據(jù)可得到臺(tái)風(fēng)移動(dòng)軌跡。在進(jìn)行臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)的同時(shí)，海洋二號(hào)系列衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)、微波輻射計(jì)載荷的海面風(fēng)速產(chǎn)品，以及GF-3衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)海面風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品也可作為輔助產(chǎn)品進(jìn)行臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)。利用HY-1A/B/C/D衛(wèi)星的COCTS、UVI數(shù)據(jù)制作臺(tái)風(fēng)云圖，可分析臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)及變化，為風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確的信息服務(wù)。

（2）海冰監(jiān)測(cè)

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(jié)冰，嚴(yán)重的海冰可影響海上交通運(yùn)輸和海上工程作業(yè)，危及海上石油平臺(tái)安全。利用HY-1A/B/C/D衛(wèi)星海岸帶成像儀數(shù)據(jù)、地球觀測(cè)系統(tǒng)（earth observation system，EOS）/MODIS可見(jiàn)光數(shù)據(jù)、GF-3衛(wèi)星及國(guó)外衛(wèi)星SAR數(shù)據(jù)等多顆衛(wèi)星的資料，相關(guān)部門(mén)開(kāi)展了業(yè)務(wù)化海冰監(jiān)測(cè)，多顆衛(wèi)星在空間、時(shí)間以及探測(cè)手段方面優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，20多年來(lái)連續(xù)完成了對(duì)渤海及黃海北部的冬季海冰冰情每天多次監(jiān)測(cè)。自HY-1C/D衛(wèi)星組網(wǎng)后，50 m空間分辨率海岸帶成像儀的數(shù)據(jù)成像幅寬增大，雙星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)至少三天兩次對(duì)渤海海冰的監(jiān)測(cè)，獲取數(shù)據(jù)時(shí)效提高。再加上GF-3衛(wèi)星SAR載荷補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光與SAR協(xié)同，得到的信息更豐富，深受用戶(hù)歡迎，為海洋工程以及海冰預(yù)報(bào)提供了有力支撐。

（3）極地遙感監(jiān)測(cè)與航行保障

基于HY-1C/D衛(wèi)星海岸帶成像儀數(shù)據(jù)開(kāi)展南極地區(qū)衛(wèi)星遙感影像鑲嵌，形成了50 m分辨率的HY-1C南極衛(wèi)星影像鑲嵌圖，為南極地理基礎(chǔ)資料更新提供了新的數(shù)據(jù)源。利用海岸帶成像儀成功監(jiān)測(cè)到2018年西南極松島冰川崩解、2019年?yáng)|南極埃默里冰架崩解、2021年布倫特冰架裂縫及崩解、2021年南極埃里伯斯火山噴發(fā)等場(chǎng)景。在多次南北極科考期間，針對(duì)雪龍?zhí)枠O地考察船冰區(qū)應(yīng)急航行需求，利用HY-1、HY-2衛(wèi)星開(kāi)展了冰情應(yīng)急監(jiān)測(cè)，利用雪龍?zhí)柎d遙感接收系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收、處理海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)并制作專(zhuān)題圖，為建設(shè)“冰上絲綢之路”和“雪龍?zhí)綐O”重大工程提供了保障服務(wù)。

（4）海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

陸源污染排放、海上生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)、石油開(kāi)采與交通運(yùn)輸?shù)葧?huì)導(dǎo)致海上生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，有的會(huì)危及海上生態(tài)安全。其造成的影響可被我國(guó)多顆海洋衛(wèi)星連續(xù)觀測(cè)到。

赤潮是我國(guó)近海頻發(fā)的一種海洋生態(tài)系統(tǒng)異常現(xiàn)象，海洋中的浮游生物急劇繁殖造成海水呈現(xiàn)黃色、綠色、褐色、紅色等不同顏色。近年來(lái)相關(guān)部門(mén)利用HY-1C和HY-1D衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到了我國(guó)渤海、黃海、東海、南海的多次赤潮事件，獲得了其位置、影響范圍等重要信息。

自從2008年青島海域滸苔爆發(fā)以來(lái)，滸苔監(jiān)測(cè)成為一項(xiàng)業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)工作。相關(guān)部門(mén)利用HY-1A/B/C/D、EOS/MODIS以及高分系列衛(wèi)星等多種衛(wèi)星資料提取黃海和東海滸苔信息，每天制作和發(fā)布綠潮衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)了綠潮災(zāi)害早期發(fā)現(xiàn)和全過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)，為綠潮漂移路徑預(yù)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)提供了準(zhǔn)確及時(shí)的信息服務(wù)。

溢油污染對(duì)海洋環(huán)境、海洋生態(tài)及人類(lèi)經(jīng)濟(jì)生活均可產(chǎn)生極大的危害，海洋溢油能被微波雷達(dá)、可見(jiàn)光、近紅外、熱紅外和紫外等不同遙感器探測(cè)到。相關(guān)部門(mén)利用HY-1C、HY-1D以及GF-3衛(wèi)星對(duì)渤海、南海、東海的多次溢油事件進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，效果顯著。

此外，相關(guān)部門(mén)利用海洋一號(hào)衛(wèi)星對(duì)廣西山口國(guó)家級(jí)紅樹(shù)林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)的紅樹(shù)林分布范圍等信息進(jìn)行提取，制作了廣西山口國(guó)家級(jí)紅樹(shù)林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)紅樹(shù)林分布范圍專(zhuān)題圖。

（5）非海洋應(yīng)用

● 水環(huán)境與水資源監(jiān)測(cè)：HY-1C/D衛(wèi)星自運(yùn)行以來(lái)，對(duì)我國(guó)陸地上的大江大河每年有10～100多次有效覆蓋，可得到水體枯水期、豐水期的水體面積和出現(xiàn)時(shí)間，同時(shí)可監(jiān)測(cè)到湖泊的水體生態(tài)環(huán)境變化，如太湖、巢湖、滇池、洱海等內(nèi)陸湖泊水華，還可監(jiān)測(cè)到山岳冰川分布和變化過(guò)程。

● 洪澇災(zāi)情監(jiān)測(cè)：海洋一號(hào)衛(wèi)星載荷是針對(duì)水體設(shè)計(jì)的，掃描幅寬大，重訪周期短；GF-3衛(wèi)星全天候監(jiān)測(cè)；國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心利用光學(xué)和SAR載荷與省級(jí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用部門(mén)聯(lián)合開(kāi)展應(yīng)用，汛期時(shí)間序列的衛(wèi)星遙感專(zhuān)題圖已為江西、安徽、湖北、湖南、陜西、甘肅、江蘇、四川、黑龍江等省份的汛期防災(zāi)救災(zāi)與災(zāi)后重建提供了有力的信息服務(wù)支撐。

● 森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)：利用HY-1C/D衛(wèi)星重訪周期短以及海岸帶成像儀高信噪比的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)部門(mén)已對(duì)青島、山西、廣東、四川、云南、江西、北京等多地發(fā)生的森林火災(zāi)進(jìn)行了有效監(jiān)測(cè)分析，利用災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后多時(shí)次圖像植被變化和煙霧方向分析得到火情專(zhuān)題圖，并在第一時(shí)間向應(yīng)急管理部門(mén)及有關(guān)省份的前方指揮部推送，為應(yīng)急救災(zāi)提供了有效有力的服務(wù)。

3.3 公眾服務(wù)

國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心于2020年推出了“海洋衛(wèi)星遙感實(shí)況”微信小程序。該小程序向公眾提供海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)，可隨時(shí)隨地獲取全球任何海域的CFOSAT、HY-2系列衛(wèi)星及Metop-A/B衛(wèi)星單星海面風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品以及多星融合的海面風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品，查詢(xún)指定海域的臺(tái)風(fēng)或氣旋分布情況及其最近7天的變化過(guò)程。公眾、涉海企業(yè)及政府部門(mén)通過(guò)該小程序可方便快捷地得到其特定關(guān)注區(qū)域的海上實(shí)況。小程序運(yùn)行一年多來(lái)，查看產(chǎn)品的用戶(hù)約9萬(wàn)個(gè)。

4 海洋衛(wèi)星大數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)

海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用中的首要問(wèn)題是數(shù)據(jù)獲取時(shí)間太長(zhǎng)。如HY-1C/D衛(wèi)星的CZI L1C產(chǎn)品一景數(shù)據(jù)為4 GB，白天用戶(hù)多，通信帶寬受限，數(shù)據(jù)獲取時(shí)間有時(shí)很長(zhǎng)。解決辦法一是先將用戶(hù)不關(guān)心的區(qū)域或通道剔除，使數(shù)據(jù)量小一點(diǎn)；二是將用戶(hù)的算法部署到處理中心運(yùn)行，直接獲取結(jié)果數(shù)據(jù)，減少中間傳輸時(shí)間；三是改變數(shù)據(jù)格式，確定數(shù)據(jù)取值范圍后，將所有數(shù)據(jù)減去基數(shù)（即最小值）后重新編碼，減少文件字節(jié)數(shù)，計(jì)算時(shí)再增加基數(shù)。

其次是缺乏多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)模型。由于獲取的數(shù)據(jù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則不同，誤差與精度不一，融合使用時(shí)已經(jīng)是數(shù)據(jù)產(chǎn)品，還需要建立關(guān)聯(lián)模型將數(shù)據(jù)歸一化。

最后是缺乏分析展示海洋多要素信息特征的工具軟件。海洋要素涉及海面風(fēng)場(chǎng)、海浪、海表流程、潮流、海表溫度、海水密度和海洋水色等，缺乏直觀展示其產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)還缺少多要素關(guān)聯(lián)展示及相互影響分析、隨時(shí)間同步互動(dòng)變化的多維空間展示分析工具。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)海 洋衛(wèi)星體系已基本建成，星-地系統(tǒng)進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行階段。多載荷、多時(shí)空分辨率遙感影像數(shù)據(jù)和要素產(chǎn)品的數(shù)據(jù)量激增，完全具備了大數(shù)據(jù)的5項(xiàng)基本特征，海洋衛(wèi)星遙感迎來(lái)了大數(shù)據(jù)時(shí)代。

海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)挖掘、不同時(shí)空尺度數(shù)據(jù)融合、多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)可視化表達(dá)、大數(shù)據(jù)抽取與截取、大數(shù)據(jù)傳輸以及遙感數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)的同化融合、海洋衛(wèi)星的非海洋應(yīng)用等還有待進(jìn)一步拓展和深入研究、實(shí)踐。