说说监测洪水的卫星们

太空商业评论

space business review

全文3100个字

1993年夏天，美国发生了历史上少见的特大洪水，密西西比河和密苏里河，都达到了历史上的最高水位。运营“陆地卫星(LandSat)”的地球观测卫星公司(Eosat)，向美国中西部地区的保险公司、公路管理局和运输管理部门提供了大量的卫星图像，用于评估洪水灾害损失。

早在1980年代，美国、日本等国，率先启用遥感技术监测地表洪灾情况。国内研究人员紧随其后，也立即跟进，并于1987年，在北京永定河下游的防洪遥感监测中，首次利用实时传输的机载真实孔径侧视雷达图像，进行抗灾试验。

1998年夏，长江中游和东北嫩江-松花江流域发生了历史上罕见的特大洪水灾害。在抗洪救灾过程中，共接收、处理和分析了38景雷达卫星图像，用于救援决策。

2017年“长江1一号”洪峰来临前后2m分辨率光学卫星图地表对比，高分一号卫星（2017.4.22）/资源三号卫星（2017.7.3） | 图源：文献[4]

ENVISAT雷达卫星

ENVISAT卫星是欧空局的对地观测卫星系列之一，于2002年3月1日发射升空。

该卫星是欧洲迄今建造的最大的环境卫星，也是ERS-1/2合成孔径雷达卫星的后续系列卫星。

ENVISAT卫星拍摄的加拿大麦克鲁尔海峡（2007.8.31） | 图源：ESA

卫星载有10种探测设备，可生成海洋、海岸、极地冰冠和陆地的高质量高分辨率图像，供制图、资源勘查、气象及灾害判断之用。进行洪水监测的，主要是其合成孔径雷达（ASAR）传感器。

2012年4月8日后，该卫星与地球失去联系。

Sentinel-1哨兵卫星

Sentinel哨兵系列卫星，是欧空局(ESA)哥白尼计划（全球环境与安全监测计划）的系列卫星。

用于洪水监测的，主要是Sentinel-1（哨兵1号）。它由两颗卫星组成，分别是Sentinel-1A 卫星和Sentinel-1B 卫星。作为极轨卫星，Sentinel-1卫星能提供全天候、全天时陆地和海洋雷达影像服务。

欧空局利用Sentinel-1等卫星数据制作的洪水风险地图 | 图源：ESA

Sentinel-1A 发射于2014年4月3日， Sentinel-1B 发射于2016年4月25日。目前，Sentinel-1提供免费数据下载，可用于科学研究、公益事业等。

RadarSAT雷达卫星

RadarSAT系列卫星由加拿大空间署(CSA)研制与管理，用于向商业和科研用户提供卫星雷达遥感数据。

它包括RadarSAT-1和RadarSAT-2两颗卫星，其中RadarSAT-1卫星是世界上第一个商业化的 SAR 运行系统，于2013年5月9日失效后退役。

RadarSAT-1卫星1995年11月发射升空，载有功能强大的合成孔径雷达（SAR），可以全天时，全天候成像，为加拿大及世界其他国家提供了大量数据。

利用雷达卫星提取地表水体后，制作的洪水淹没地图 | 图源：fostersurvey

RadarSAT-1的后继星是RadarSAT-2卫星，它是加拿大第二代商业雷达卫星。RadarSAT-2卫星于2007年12月14日发射。

RadarSAT系列卫星的应用广泛，包括减灾防灾、雷达干涉、农业、制图、水资源、林业、海洋、海冰和海岸线监测。

98年长江中游和东北嫩江-松花江流域特大洪灾中，就使用了Radarsat-1卫星的相关数据进行洪水监测。

CSK雷达卫星

CSK雷达卫星（COSMO-SkyMed）星座，是由意大利宇航局和国防部共同建设的空间对地观测系统，它由4颗太阳同步轨道卫星组成。

2007年6月8日，美国“德尔塔”2火箭，发射了意大利COSMO-SkyMed-1卫星。

利用CSK雷达卫星提取地表水体后，制作的洪水淹没地图 | 图源：orbiter.it

CSK雷达卫星，主要用于地中海周边地区的险情处理、沿海地带监测和海洋污染治理，是一个军民两用的对地观测系统，能够在任何气象条件下日夜观测地球。

GF-3高分三号

高分三号卫星是我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）卫星，于2016年8月发射。

高分三号卫星，能够获取可靠、稳定的高分辨率SAR图像，能够高时效的实现不同应用模式下1米至500米分辨率、10公里至650公里幅宽的微波遥感数据获取。

高分三号卫星拍摄的洪泽湖地区影像（2016.8.15） | 图源：国家航天局

卫星服务于海洋环境监测与权益维护、灾害监测与评估、水利设施监测与水资源评价管理、气象研究及其他多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑。

高分三号卫星，改善了我国民用天基高分辨率SAR数据全部依赖进口的状况，卫星由中国航天科技集团公司研制。

FY-3风云卫星

FY-3（风云三号）气象卫星，是中国的第二代极轨气象卫星，它是在FY-1气象卫星技术基础上的发展和提高，在功能和技术上向前跨进了一大步。

FY-3卫星，是我国现阶段气象卫星观测水平的代表，共搭载了观测仪器11种传感器。可见光红外扫描辐射计(VIRR)和微波成像仪(MWRI)等，都能用于地表洪水淹没情况的大尺度宏观观测。

基于气象卫星制作的全国降雨量预报图 | 图源：中央气象台

自2008年FY-3A星发射以来，目前在轨运行的 FY-3卫星已有A、B、C 星３颗，其中 A、C星为上午星，B为下午星，实现了对地球上午和下午组网观测。１天内可对同一地区进行多次监测，每天能获得多次全球的观测资料。

光学卫星们

合成孔径雷达（简称SAR）是一种主动式的对地观测系统，可安装在飞机、卫星、宇宙飞船等飞行平台上，全天时、全天候对地实施观测、并具有一定的地表穿透能力。

因此，SAR系统在灾害监测、环境监测、海洋监测、等方面的应用上具有独特的优势，可发挥其他遥感手段难以发挥的作用。

2017年“长江1一号”洪峰来临前后2m分辨率光学卫星图地表对比，高分一号卫星（2017.4.22）/资源三号卫星（2017.7.3） | 图源：文献[4]

相比之下，光学卫星，由于受气象条件影响较大，尤其是洪水来临前后，往往伴有降雨、云雾等，因此，很难捕捉到有效的地表洪水淹没信息。

不过，由于其具备“所见即所得”的特性，不需要特殊处理，即可进行判读，因此，在一些特定气象条件下，也有用可见光卫星进行洪水淹没情况拍摄。

GF-4卫星拍摄的洞庭湖洪灾前影像（2017.1.22） | 图源：中国航天科技集团

GF-4卫星拍摄的洞庭湖洪灾后影像（2017.7.2） | 图源：中国航天科技集团

卫星是多，可用的少

近期，南方多地发生洪涝灾害，造成广西、贵州、广东、江西、湖南、福建等11省（区、市）262.7万人次受灾，仅广西一地就有159.22万人受灾。疫情尚未完全平息，凶猛的洪涝灾情，匆匆来袭，雪上加霜。

目前在太空运行的卫星，除气象卫星以外均主要是针对缓慢过程的资源环境调查和观测。

适合于洪水监测的卫星地面覆盖太窄，回归周期较长，不能适应对自然灾害这种突发性很强的事件的监测。

气象卫星虽可每天观测，但由于其分辨率较低，难以对一些重要地区和目标如城镇、工矿设施等实施精确定量的监测和评估。

雷达与光学卫星图叠加制作的洪水地图 | 图源：ESA

此外，其他国家运营的卫星，除了收取较高的服务费用外，在卫星资源调度上，往往与国内的需求发生冲突，不能及时响应洪灾应急需求，这就更进一步加剧了信息源的紧张程度。也就造成了，天上的卫星看着是多，但可用的仍然较少。

中国是洪灾发生风险最高的国家之一，1998年特大洪灾发生后，国内遥感领域专家——童庆禧院士，即提出：应尽快安排灾情监测微小卫星群（每颗重仅70～ 80 kg）的研制、发射和运行，使其能够以足够的地面分辨率(50～ 100 m)，获得我国以及全球任何地区一天2次的重复观测，成为我国防灾、减灾的重要空间基础设施。

目前看来，这一建议在20年后的今天，仍然适用。

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参考材料：

[1]洪灾遥感监测与信息复合分析-魏文秋-灾害学报-1993

[2]遥感在1998年洪水监测中的作用-童庆禧-气候与环境研究-1998

[3]Envisat ASAR在特大洪涝灾害监测中的应用-孙涛-2019

[4]洪水来袭,卫星影像告诉你洪水来势有多凶猛-中科天启-2017

[5]FY3卫星洪涝灾害监测应用-郑伟-上海航天-2017

[6]基于Sentinel-1卫星SAR数据的洪水淹没范围快速提取-曾玲方-地理信息世界-2017

[7]洪涝灾害遥感监测评估研究综述-李加林-水利学报-2017

[8]高分四号卫星在防灾减灾中的应用实践-杨思全-卫星应用-2018