气象卫星遥感应用发展现状

来源:国家卫星气象中心       发布日期:2011-03-07
引言

与传统温、压、湿、风等常规观测手段不同,遥感不仅是一项涉及观测的技术,更是一门涉及综合性探测的科学。遥感中的科学与技术交织在一起,遥感科学是遥感技术发展的先导,遥感技术反过来又促进遥感科学的深入。遥感借助辐射测量技术,通过科学算法反演出能够准确反映大气、陆地和海洋状态的各种物理和生态参量,科学与技术的独特结合方式为遥感学科的发展提供了强大的可持续发展生命力,这正是遥感应用遍及各个科学领域却又始终自成体系独立发展的内在原因。遥感立足于观测而其内涵又远远超出观测,它的相对独立性和科学与技术的二重性要求我们必须针对遥感应用建立特定的技术标准体系。

1国际遥感业务体系现状

自1960年第一颗气象卫星升空以来,气象卫星无论是在科学上还是在技术上都有了很大的发展,卫星轨道从低轨道(极地轨道)发展到高轨道(静止轨道),卫星探测器从可将光、红外发展到紫外、微波,卫星拥有国包括美国、欧洲、日本、中国、俄罗斯、印度等国家,韩国也在着手落实自己的卫星发展计划。随着气象卫星探测技术的发展和科学研究的深入,卫星遥感应用取得了辉煌的成就,不同国家根据自身国情摸索出了适应于本国发展的遥感服务之路。由于政府行政体系的差异,不同国家在气象卫星遥感资料应用体系建设上各具特色。

欧洲气象卫星组织(EUMETSAT)建立了由在德国达姆施塔特市的中央机构和各个成员国卫星应用分支机构SAF(Satellite Application Facilities )共同构成的分布式卫星遥感应用体系。作为专业化的卫星遥感应用、开发和处理分中心,为了集中人力资源,许多SAF由不同国别科学家组成。SAF网络作为位于达姆施塔特市的中央机构的补充,进行一些卫星数据处理软件包的开发和标准卫星数据和产品的分发以及遥感应用工作。欧洲气象卫星组织引入SAF模式有四个目的。(1)增加卫星数据的开发能力;(2)鼓励各使用成员国利用现有的基础设施和技术来开发地理数据产品和提供服务;(3)保证欧洲气象卫星组织在中央服务和各成员国气象局的分布式服务之间的高效率;(4)增进与非成员国和其它组织之间的合作。事实证明SAF模式不仅使数值天气预报受益,而且使航空、农业、水利、电力、海运、渔业、近海产业受益,特别是在灾害早期预警以及为土地利用、生态和农业预测等方面发挥了重要作用。

美国是发展气象卫星最早的国家,从卫星发展初期就十分重视卫星资料的服务与应用。经过近40年的发展,形成了一条以国家级卫星资料信息服务为主体的卫星数据服务体系。美国的气象卫星数据与信息服务通过美国环境卫星资料和信息服务局(NESDIS)来完成。NESDIS的遥感资料服务渠道主要有两个,一是通过直接为NWS以及海军和空军等政府部门提供专项服务,另一条渠道是通过设立在NC、CO、MD、MS的NESDIS的国家气候资料中心、地球物理数据中心、海洋数据中心以及海岸带数据演变中心,为不同用户提供实时遥感数据与产品来实现。私人公司可以从上述中心获取遥感数据和产品,并向最终用户提供有偿服务。

亚洲日本、韩国、泰国等国家也都建立了相应的应用服务体系,尽管这些国家的应用服务体系在结构形式上不尽相同,却都具有与其它部门有机结合却有相对独立的特点。

2我国卫星遥感应用的成就

我国气象卫星遥感应用经历了从单纯接收国外卫星资料、学习国外卫星遥感技术到建立我国自己的气象卫星观测体系的发展过程。从1970年启动气象卫星发展计划开始到现在,我们独立自主地建设了极轨和静止气象卫星对地观测系统。成为继美国、俄罗斯之后、同时拥有极轨和静止轨道气象卫星观测能力的国家。不仅如此,我们的风云一号C星和D星还具有全球观测能力,可以在24小时内获取全球陆地和海洋遥感数据。计划在2007 年发射的新一代风云三号气象卫星已经进入正样研制阶段,她的发射必将极大地推进我国卫星应用水平的提高。

卫星工程建设为卫星应用奠定了坚实的基础,国民经济的需求又促进了遥感应用服务的快速发展。从二十世纪七十年代以来,气象卫星遥感资料在我国气象、海洋、水文、航空、航海、农业、林业、牧业、渔业、环境保护、石油、军事等领域发挥了重要作用。作为气象卫星的业主,中国气象局长期以来为国民经济相关部门提供了大量公益性和专业性服务,87年大兴安岭森林火灾监测、99年洞庭湖洪涝遥感等一系列出色的遥感服务受到了国务院总理、农业部防火指挥部等国家和部委领导的表扬。在中国气象局的带动下,许多其他部门也在自然灾害监测、生态环境遥感等领域开展了广泛的研究,技术水平不断提高。

据不完全统计,全国气象部门卫星(极轨和静止、EOS/MODIS、DVB-S)安装接收处理系统已近600套,加上水利、林业、农业、环保等部门,总数已超过1000套,遍及全国各地。

3发展中的问题

从2004年全国气象部门卫星遥感工作会议各省介绍的情况看,当前全国遥感服务体系中存在的问题集中表现在缺乏完整的遥感应用业务体制和有效的遥感应用技术体制两个方面:

(1)遥感应用业务体制方面 首先是国家级与省级遥感部门,各自为战,没有统一的规范要求和业务流程,遥感服务的时效难以保证,也缺乏遥感应用的应急反应机制,难以做到优势互补。

(2)遥感应用技术体制方面 没有建立包括产品的格式、内容、规格等遥感应用产品的技术规范;没有统一的遥感应用服务平台,没有推广业务应用的机制。

与此同时,很多卫星遥感资料没有经过标准化处理,甚至一些地方应用对辐射定标和大气订正都没有考虑,遥感产品的可比性和连续性较差。

4形势与任务

由于与国际对地观测组织和机构保持着良好的合作关系,加之具备实时卫星资料接收处理的优势,中国气象局气象卫星遥感应用研究中始终保持国内领先地位。随着遥感应用技术的推广,全国许多省市都开展了具有地方特色的遥感应用服务,一些具有前瞻性的省市气象局已经得到了地方政府的财政支持,建立了地方遥感中心,将遥感应用服务纳入日常业务工作轨道,开展了针对地方的决策服务;另有相当一部分省市的遥感服务工作尚处发展初期,急需得到国家局强有力的业务与技术标准规范支持。

国家卫星气象中心在中国气象局领导的支持下,已经与广西、内蒙、青海、黑龙江气象局建立了遥感应用示范基地,力图在加强国家级卫星中心对地方遥感服务工作指导的同时,获取可靠的地方环境、灾害等真实性检验数据,提高国家级遥感研究的科学水平,为制定相关国家标准奠定了坚实基础。

由于目前我们尚未建立完整的从国家级到省、地(市)的遥感应用服务体系,国家中心与地方气象局相关机构缺乏像天气预报服务那样日常的业务联系。综观全国遥感应用服务的形势,遥感科学与技术的蓬勃发展,国家需求的日益扩大,对制定相关技术标准有迫切需求。

5标准化工作进展

早在70年代初,我国就着手开展气象卫星资料研究与应用工作。历经三十余年的努力,无论是从科学上讲,还是从技术上看,我国气象卫星遥感应用水平都有了长足的发展,这种发展为卫星气象技术标准的制定创造了有利条件。

(1)卫星遥感资源优势

我国风云一号极轨和风云二号静止气象卫星已经投入业务应用,后续新一代极轨气象卫星风云三号也已经进入研制阶段,预计2007年投入运行。风云三号极轨气象卫星将搭载11个空间对地观测仪器,具有全球、全天侯、高光谱、高空间和时间分辨率、三维、定量遥感能力。她将为我们提供非常丰富的大气、陆地和海洋环境信息。风云三号的发射一定会将我国遥感应用推向新的高潮。与此同时,我们还能够兼收美国、欧洲日本等其他国家的气象卫星以及国外高分辨环境卫星资料,具有处理中国资源一号等资源卫星资料的能力。已开展的针对这些卫星数据的处理、产品开发、应用服务等所进行的研究,为制定气象卫星应用相关技术标准的制定奠定了基础。

(2)遥感资料处理和应用技术日臻完善

卫星遥感的应用需求带动了遥感技术的发展,遥感技术的发展又促进了遥感应用的推广。通过国家科技攻关、863、973、国家自然科学基金等重大项目的支持,遥感技术水平有了空前的提高。遥感技术的普及带动了地方遥感应用技术的发展。对制定相关标准,提供遥感应用服务的时效性,规范应用服务提出了强烈需求。

(3)业务运行体系初具规模

自80年代以来,国家卫星气象中心逐渐完善了具有国际先进水平的气象卫星地面接收处理系统,目前已经具有同步接收中、日、美、欧十余颗气象与环境卫星资料的能力,建立了国内唯一的集接收、处理、分发、存档于一体的国家级气象卫星业务运行系统。在此基础上,同时还建立了业务系统,承担气象遥感监测服务业务。

6总结

中国是国际上同时拥有极轨和静止气象卫星的国家之一。中国发射的极轨和静止气象卫星已成为世界对地观测网的组成部分,担负着为国内外服务的重任,发挥着越来越重要的作用。国家卫星气象中心目前已研发的大气和地球表面环境监测多源气象卫星数据产品已达数十种,为气象、海洋、农业、林业、水利、航空、航海、环境保护及军事等部门提供了大量公益性和专业性服务,在防灾减灾的监测预警服务以及政府决策服务方面收效显著,取得了良好的社会和经济效益。为气象卫星应用相关标准制定奠定了必要的科学基础。同时,为了更好地发挥气象卫星效益,提升卫星数据和产品的应用与服务水平,也对制定相关标准,规范应用服务提出了强烈需求。