● 文|國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心 賈永君 林明森 張有廣

海洋二號(hào)衛(wèi)星A星（HY-2A）是我國第一顆海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星。HY-2A衛(wèi)星集主、被動(dòng)微波遙感器于一體，具有高精度測軌、定軌能力與全天候、全天時(shí)、全球海洋探測能力。2011年8月16日，HY-2A衛(wèi)星成功發(fā)射。2012年1月衛(wèi)星完成在軌測試，各項(xiàng)測試均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)[1]，并在3月交付使用。雷達(dá)高度計(jì)是HY-2A衛(wèi)星的主要載荷之一，主要用于全球海面高度、有效波高和海面風(fēng)速的觀測。其數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用于海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)研究以及國防建設(shè)等領(lǐng)域，有效發(fā)揮了HY-2A衛(wèi)星的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

一、HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)

HY-2A衛(wèi)星采用太陽同步軌道，傾角99.34°，降交點(diǎn)地方時(shí)為 6∶00 am。為了滿足雷達(dá)高度計(jì)（技術(shù)指標(biāo)參見表1）海洋觀測需求，衛(wèi)星在壽命前期采用重復(fù)周期為14天的回歸凍結(jié)軌道，高度971km，周期104.46min，每天運(yùn)行13+11/14圈；在壽命后期采用重復(fù)周期為168天的回歸軌道，衛(wèi)星高度973km，周期104.50min，每天運(yùn)行13+131/168圈，主要用于大地測量學(xué)的研究。雷達(dá)高度計(jì)是HY-2A衛(wèi)星的主要載荷之一，自衛(wèi)星發(fā)射以來，雷達(dá)高度計(jì)已經(jīng)連續(xù)工作將近7年，正常工作時(shí)間近98.24%。

表1 HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)技術(shù)指標(biāo)

雷達(dá)高度計(jì)用于測量海面高度、有效波高及風(fēng)速等基本海洋要素。

雷達(dá)高度計(jì)觀測獲取的海洋動(dòng)力環(huán)境要素包括：海面高度、有效波高和海面風(fēng)速等，其觀測精度通過與現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)和同類衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和統(tǒng)計(jì)分析后確定。

二、在海洋防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用

1. 臺(tái)風(fēng)監(jiān)測

HY-2A衛(wèi)星同時(shí)搭載了微波散射計(jì)和雷達(dá)高度計(jì)，這兩種主動(dòng)微波遙感器同步獲取的海洋風(fēng)場和海浪信息在海洋災(zāi)害監(jiān)測中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可以及時(shí)提供臺(tái)風(fēng)發(fā)生和發(fā)展過程中的風(fēng)場和有效波高，為沿海地區(qū)及時(shí)應(yīng)對海洋災(zāi)害提供了多要素的海況信息，這在海洋防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，HY-2A衛(wèi)星提供的同步海況信息可為風(fēng)場和海浪同化模式的運(yùn)行提供高精度的初始場，進(jìn)而提高海面風(fēng)場和海浪數(shù)值同化模式的精度，為海洋防災(zāi)減災(zāi)的決策提供信息服務(wù)[2]。圖1 -圖3為2012年HY-2A衛(wèi)星監(jiān)測到的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場與浪高。

2. 海嘯監(jiān)測

HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)具備海面高度和有效波高監(jiān)測能力，可為海嘯監(jiān)測提供觀測數(shù)據(jù)。以印度尼西亞地震前后全球海域有效波高監(jiān)測為例，據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，北京時(shí)間2012年4月11日16時(shí)38分，印度尼西亞蘇門答臘北部附近海域 (北緯2.3°，東經(jīng)93.1°) 發(fā)生里氏8.5級地震，震源深度為20km。11日當(dāng)天再次發(fā)生里氏8.2級強(qiáng)震。

研究中利用HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)對印度尼西亞地震前后全球海域有效波高分布進(jìn)行了監(jiān)測分析。圖4和圖5分別為地震前后全球海域有效波高與印度洋海域有效波高分布。圖6和圖7分別為地震前后全球海域有效波高與印度洋海域有效波高分布。從圖6和圖7比較可以確定，地震前后全球范圍內(nèi)，特別是地震最有可能引發(fā)海嘯的印度洋海域有效波高變化不大，印度洋海域有效波高變化不超過1m。根據(jù)上述比較結(jié)果，可以判定在印度洋海域不會(huì)發(fā)生海嘯。美國太平洋海嘯預(yù)警中心在發(fā)布了海嘯預(yù)警信息后，隨后取消了針對印度洋相關(guān)地區(qū)的海嘯預(yù)警，由此驗(yàn)證了利用HY-2A衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)分析后所得出的不會(huì)發(fā)生海嘯的結(jié)論，從而也證明了HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)具備提供海嘯預(yù)警報(bào)的能力。

3. 颶風(fēng)監(jiān)測

2012年形成于大西洋洋面上的一級颶風(fēng)“桑迪”，因其侵襲美國東部，造成嚴(yán)重災(zāi)害而受到關(guān)注?！吧５稀憋Z風(fēng)10月28-30日橫掃美國東部海岸，HY-2A衛(wèi)星在27日成功觀測到該颶風(fēng)及其移動(dòng)方向，這為有效防范颶風(fēng)在28日的登陸提供了預(yù)警時(shí)間。圖8為颶風(fēng)期間波高的變化，可以看出，“桑迪”颶風(fēng)期間具有明顯超過6m以上的波高，因此，“桑迪”颶風(fēng)造成的損失不容忽視。

三、結(jié)語

HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)的測量精度已經(jīng)達(dá)到國際上同類雷達(dá)高度計(jì)的觀測水平，可以滿足海洋科學(xué)研究和業(yè)務(wù)監(jiān)測的需要，在海洋防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮著重要的作用。但是，考慮到以HY-2A衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)為代表的傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)的觀測特點(diǎn)，僅僅1顆雷達(dá)高度計(jì)的觀測能力是有限的。為此，需要通過組網(wǎng)的方式來提高全球觀測的空間分辨率和時(shí)間分辨率。通過研究發(fā)現(xiàn)，保持3顆傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)同時(shí)在軌觀測，將基本能滿足對中尺度海洋現(xiàn)象的監(jiān)測。如需進(jìn)一步獲取亞中尺度海洋信息，則需要發(fā)展新體制衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)，來實(shí)現(xiàn)寬刈幅高精度的觀測能力[3]。

[1] Xingwei Jiang, Mingsen Lin. HY-2 Satellite in-orbit testing summary report，national satellite ocean application service (NSOAS), p2-4, 2012.

[2]國家海洋局. 2015年中國海洋衛(wèi)星應(yīng)用報(bào)告[R]. 2015，P36.

[3]國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心. 新一代海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星需求論證報(bào)告[R]. 2017.