空基觀測

中文名稱

空基觀測

英文名稱

air-borne observation

定　　義

傳感器位于地球表面以上大氣層的觀測平臺(tái)(如飛機(jī)、氣球等)上進(jìn)行的氣象觀測。

應(yīng)用學(xué)科

大氣科學(xué)（一級(jí)學(xué)科），大氣探測（二級(jí)學(xué)科）

隨著航天和航空遙感技術(shù)的發(fā)展，航天和航空遙感技術(shù)逐漸應(yīng)用于海洋探測，形成天基海洋環(huán)境遙感。天基海洋遙感具有觀測范圍廣、重復(fù)周期短、時(shí)空分辨率高等特點(diǎn)，可以在較短時(shí)間內(nèi)對全球海洋成像，可以觀測船舶不易到達(dá)的海域，可以觀測普通方法不易測量或不可觀測的參量，成為繼地面和海面觀測的第二大海洋觀探測平臺(tái)，也成為發(fā)達(dá)國家竭力爭奪的海洋高科技之一。近年來，美國、歐洲、日本等航天大國相繼制定了相應(yīng)的海洋發(fā)展規(guī)劃。

海洋觀測技術(shù)衛(wèi)星遙感觀測

國外已經(jīng)陸續(xù)發(fā)射了多顆海洋水色衛(wèi)星、海洋地形衛(wèi)星和海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星。

1）SeaStar衛(wèi)星

1997年8月，美國發(fā)射了SeaStar海洋水色衛(wèi)星。星上裝載有第二代海洋水色傳感器，共有8個(gè)通道，前6個(gè)通道位于可見光范圍，7、8通道位于近紅外，中心波長分別為765nm和865nm；地面分辨率為1．1km，該衛(wèi)星現(xiàn)仍在運(yùn)行。

2）EOS衛(wèi)星系列

EOS系列中的EOS－AM衛(wèi)星主要用于陸地和大氣觀測、物理和化學(xué)、氣候環(huán)境調(diào)查。第一顆EOS－AM衛(wèi)星Terra于1999年12月18日發(fā)射。EOS－AM1衛(wèi)星裝載五個(gè)主要儀器：中分辨率成像光譜儀（MODIS－N）、先進(jìn)星載熱發(fā)射和反射輻射器（ASTER）、多角度成像光譜儀（MI－SR）、云和地球輻射能量系統(tǒng)（CERES）和對流層污染儀（MOPITT）。EOS－PM衛(wèi)星共計(jì)三顆，第一顆EOS－PM衛(wèi)星Aqua于2002年5月4日發(fā)射；EOS－PM2衛(wèi)星Aura于2004年7月15發(fā)射；EOS－PM3于2010年12月發(fā)射。

EOS－PM衛(wèi)星裝載的儀器有：先進(jìn)的微波探測器（AMSU）、微波濕度探測器（MHS）、云和地球輻射能量系統(tǒng)（CERES）、中分辨率成像光譜儀（MODIS－N）、大氣紅外探測器（AIRS）、多通道微波成像輻射器（MIMR）。

3）Geosat衛(wèi)星

1985年3月，美國海軍發(fā)射了Geosat大地測量衛(wèi)星，也是一顆海洋地形衛(wèi)星，星上裝載的唯一傳感器是一部Ku波段（13．5GHz）的雷達(dá)高度計(jì)。該衛(wèi)星以軍用為主，用于測量海洋表面有效波高，研究地球重力場、海潮和海面地形等，鑒于衛(wèi)星軌道誤差大（50cm）和數(shù)據(jù)保密等原因，沒有得到廣泛應(yīng)用。1998年2月，美國海軍又發(fā)射了Geosat的后繼衛(wèi)星GFO－1，運(yùn)行至今。

海洋觀測技術(shù)航空海洋觀測

航空海洋探測采用固定翼飛機(jī)和無人機(jī)為傳感器載體，具有機(jī)動(dòng)靈活、探測項(xiàng)目多、接近海面、分辨率高、不受軌道限制、易于?？张浜隙彝顿Y少等特點(diǎn)，是海洋環(huán)境監(jiān)測的重要遙感平臺(tái)，通過搭載的微波和光學(xué)遙測設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)獲取大氣海洋環(huán)境資料。在軍事上，由于無人機(jī)可有效減少人員傷亡，得到了廣泛應(yīng)用。典型代表有美國的“全球鷹”、“捕食者”，澳大利亞的Aerosonde等無人機(jī)。

常規(guī)高空氣象觀測是指氣球攜帶無線電探空儀，以自由升空方式對自地球表而到兒萬米向度空間的大氣氣象要素(氣壓、溫度、濕度)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)〔風(fēng)向、風(fēng)速)等的變化進(jìn)行觀測、收集、處理的活動(dòng)和工作過程。

常規(guī)觀測高空氣象觀測站

（1）高空氣象觀測站環(huán)境要求

①采用定向大線(需達(dá))觀側(cè)系統(tǒng)的高空氣象觀測站應(yīng)四周開門，障礙物對觀測系統(tǒng)大線形成的遮擋仰角不得高于50°，特別是觀測站盛行風(fēng)下風(fēng)向120°范圍內(nèi)的障礙物對觀測系統(tǒng)的大線形成的遮擋仰角不得高于2°。在觀測氣球施放場地半徑50m范圍內(nèi)要求平坦空曠無架空電線、建筑、林木等障礙物。

②采用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的.佰空氣象觀測站應(yīng)四周開闊，障礙物對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收大線形成的遮擋仰角不得高于5°。在氣球施放場地半徑50m范圍內(nèi)要求平坦空曠，無架空電線、變壓器、建筑、林木等障礙物。

③高空氣象觀側(cè)站的電磁環(huán)境應(yīng)滿足觀測系統(tǒng)的要求。由國家無線電頻率管理部門審定的.句空氣象探空系統(tǒng)所使用的無線電頻段，不允許其他部門或個(gè)人非法使用。

④高空氣象觀測站應(yīng)有鈞一合國家供電規(guī)范的電源和滿足實(shí)時(shí)資料傳輸要求的通信方式，水、電、暖、交通等附屬設(shè)施齊全、便利。

（2）空氣象觀測站制(儲(chǔ)、用)氫要求

①制(儲(chǔ)、用)氫室應(yīng)選擇遠(yuǎn)離繁華的市區(qū)、住宅和火源區(qū)域;不宜位十明火源的下風(fēng)向;制〔儲(chǔ)、用)氫室與民用建筑的距離必須人一于25m以上，與重要建筑的蹌離大于50m以.上。制氖室、儲(chǔ)氯室和充氣室均為防暴間，應(yīng)采用輕質(zhì)屋頂和有利十泄壓的門窗，各房間門、窗的而積與房間體積的比值介十0.05--0.22(㎡/m3)。

②制(儲(chǔ)、用)氫室通風(fēng)良好，嚴(yán)禁煙火，室外要有明顯的警不杯志，并有健全的安全措施?；瘜W(xué)制氧用的苛性鈉、矽鐵粉必須分別存放。制氯室、儲(chǔ)氧室、和充氣室必須互為獨(dú)立。

③制(儲(chǔ)、用)氖室供電裝置必須符合《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》等要求，井安裝防暴燈和防暴開關(guān)。配備必要的消防設(shè)施。

④制<儲(chǔ)、用)氯室設(shè)備要定期的檢查、維護(hù)和檢定。

常規(guī)觀測觀測時(shí)次

（1）定時(shí)高空氣象觀測時(shí)次是指北京時(shí)02時(shí)、08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)，正點(diǎn)施放時(shí)間分別是北京時(shí)01時(shí)15分、07時(shí)15分、13時(shí)15分、19時(shí)15分。各高空氣象觀測站具體進(jìn)行觀測的時(shí)次及項(xiàng)目由國務(wù)院氣象主管機(jī)構(gòu)規(guī)定。

（2）需臨時(shí)增加高空氣象觀測時(shí)，須經(jīng)省、自治區(qū)、直轄市以上氣象主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，并報(bào)國務(wù)院氣象主管機(jī)構(gòu)備案。

常規(guī)觀測觀測裝備

（1）無線電探空儀：由溫度、濕度、氣壓傳感器，測量電路，控制（解碼）電路，發(fā)射電路和電池等部分組成。探空儀傳感器的測量范圍分別為：溫度從50℃至―90℃；濕度從1%至100%（RH）；氣壓從1050hPa至1hPa，觀測精度應(yīng)符合規(guī)定要求。

（2）探空儀基測箱：探空儀基測箱是對探空儀溫度、濕度傳感器在探空儀施放前與檢測箱內(nèi)溫度、濕度的標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行比對的綜合性檢測設(shè)備。探空儀基測箱內(nèi)環(huán)境要穩(wěn)定，智能化程度高，盡可能消除由于操作而引起的誤差。定期對基測箱內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行檢定。

（3）探空氣球:具有良好的彈性、防老化性和耐低溫性。高空氣象觀測站根據(jù)其觀測業(yè)務(wù)的要求，選用相應(yīng)型號(hào)的探空氣球。探空氣球按用途和質(zhì)量主要有兩種：經(jīng)緯儀測風(fēng)氣球（如：30g氣球）和探空氣球（如：300g、750g、800g、1600g氣球等），經(jīng)緯儀測風(fēng)氣球?yàn)榧t色、黑色或膠乳本色，探空氣球?yàn)槟z乳本色。

常規(guī)觀測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（1）測風(fēng)雷達(dá):由接收、發(fā)射、天線和伺服系統(tǒng)等組成。具備對壓、溫、濕、仰角、方位角、斜距等基本數(shù)據(jù)的接收和處理功能。雷達(dá)的性能指標(biāo)應(yīng)符合其功能規(guī)格書的要求。

（2）衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收系統(tǒng):能夠接收和處理衛(wèi)星導(dǎo)航定位探空儀發(fā)回地面的信號(hào)，利用衛(wèi)星星歷解算導(dǎo)航電文，通過數(shù)據(jù)處理軟件完成高空氣象要素觀測。

（3）數(shù)據(jù)處理終端:數(shù)據(jù)處理終端由硬件和軟件組成。硬件要滿足系統(tǒng)的基本配置需求，軟件要符合規(guī)范要求。

常規(guī)觀測高空壓、溫、濕、風(fēng)觀測

（1）高空壓、溫、濕觀測是由氣球攜帶無線電探空儀升空，將實(shí)時(shí)觀測的壓、溫、濕等高空氣象數(shù)據(jù)傳送至地面接收設(shè)備。

（2）高空風(fēng)觀測采用定向天線（雷達(dá)）跟蹤、經(jīng)緯儀或衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)等方式。定向天線（雷達(dá)）和經(jīng)緯儀主要通過跟蹤氣球飛升過程中的仰角、方位角、斜距或高度計(jì)算風(fēng)向、風(fēng)速。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)通過接收導(dǎo)航信號(hào)，確定氣球攜帶探空儀（應(yīng)答器）在空間的位移，計(jì)算風(fēng)向、風(fēng)速。風(fēng)向是指風(fēng)的來向，以o為單位，以正北方位為0o，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣移動(dòng)的水平距離，以m/s為單位。

（3）地面數(shù)據(jù)處理終端對氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取規(guī)定等壓面、規(guī)定高度、特性層、對流層頂、零度層、空間定位等資料，并形成上傳數(shù)據(jù)文件和秒數(shù)據(jù)文件等，編制高空壓、溫、濕記錄月報(bào)表和高空風(fēng)記錄月報(bào)表，形成月數(shù)據(jù)文件，觀測業(yè)務(wù)人員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成文件傳輸。

海洋觀測技術(shù)海洋測量船

海洋測量船也叫海洋調(diào)查船，是一種能夠完成海洋環(huán)境要素探測、海洋各學(xué)科調(diào)查和特定海洋參數(shù)測量的艦船，西方早在19世紀(jì)后半葉就認(rèn)識(shí)到海洋測量船的作用并開始改裝使用測量船。隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展和軍事的需求，海洋測量已從單一的水深測量拓展到海底地形、海底地貌、海洋氣象、海洋水文、地球物理特性、航天遙感和極地參數(shù)測量，海洋測量船的作用日益突出。

美國擁有的海洋測量船型號(hào)多、技術(shù)新。1989～1994年短期內(nèi)裝備了6艘現(xiàn)代化測量船（USNS系列）之后，又迅速在兩年時(shí)間內(nèi)建造了6艘更先進(jìn)的5000噸級(jí)中遠(yuǎn)海測量船，每艘船上都裝備了淺海回聲測深儀、深?；芈暅y深儀、海底淺層剖面儀、淺海多波束系統(tǒng)、深海多波束系統(tǒng)、多普勒聲學(xué)測流儀、側(cè)掃聲吶、全球定位系統(tǒng)、遙控潛水器、重力儀、磁力儀等20多種海洋測量設(shè)備和多個(gè)測量工作站，可以詳盡準(zhǔn)確地探測海底地形、海底地貌、海底淺層剖面、海底表層地質(zhì)等多種要素，在一些中型以上的測量船上還配置有海洋生物和海洋特性等專項(xiàng)調(diào)查設(shè)備。長期在我國南?；顒?dòng)的“無暇”號(hào)是美國海洋測量船的典型代表，其中配有約20名水手，10名技術(shù)人員和20名海軍人員，裝備有大型拖曳陣聲納，可以有效探測和跟蹤安靜型艦艇，此外，美國海軍在航空母艦上也裝有先進(jìn)的測量設(shè)備。

俄羅斯的海洋測量船較多，幾乎每兩三年就造一艘，噸位也比較大，俄羅斯大型測量船常年保持全球海域活動(dòng)，海洋作業(yè)項(xiàng)目是綜合性的，主要有海洋測量、救生、地質(zhì)、氣象、水文，生物和化學(xué)等方面，搭載的測量設(shè)備數(shù)量多，但指標(biāo)和功能一般，不如美、日等國先進(jìn)。

日本海上自衛(wèi)隊(duì)和海上保安廳管轄有20多艘各類測量船，包括“二見”級(jí)、“明石”級(jí)和“明洋”級(jí)等系列，數(shù)量位居世界前列，部分由軍方管理，部分由地方部門管理。其中“明洋”號(hào)裝有海底地形測繪系統(tǒng)，通過高頻聲吶進(jìn)行海底地形測繪與海底地質(zhì)探測，配合傳感器以及聲速儀等測量裝備，可快速測量深度與大面積海底地形，建立三維空間海底圖像，艦上還配備先進(jìn)的磁力探測儀，通過水下磁力的對比，就能立刻分辨因潛艇水下活動(dòng)造成的磁力異常，達(dá)到探測敵方潛艇的目的。日本測量船裝備的測量設(shè)備都很先進(jìn)，更新速度很快。日本測量船近來頻頻在周邊國家近海出沒，主要是探測這些地區(qū)海流等情報(bào)，這些情報(bào)可用作諸如潛艇巡航所需要的水文數(shù)據(jù)。此外，日本借助測量船成果已出版了1：20萬和1：50萬的大陸架海底地形圖。日本無論是在測量船隊(duì)的數(shù)量上，還是在最新的測量技術(shù)上，都努力保持海洋大國的地位。

海洋觀測技術(shù)浮標(biāo)

浮標(biāo)監(jiān)測分布面廣、測量周期長，已經(jīng)成為海洋和水文監(jiān)測的主要手段。浮標(biāo)集計(jì)算機(jī)、通信、能源、傳感器測量等技術(shù)于一身，成為科技含量較高的科技綜合體。

法國研制出帶溶解氧式傳感器的新型浮標(biāo)Provor　CT。該浮標(biāo)由“法國海洋開發(fā)研究所”（IFREMER）與MARTEC集團(tuán)合作研制，以滿足ARGO國際研究計(jì)劃的需要。最大深度可達(dá)2000m，可以預(yù)設(shè)漂浮深度和時(shí)間。浮標(biāo)通過預(yù)先設(shè)定的程序，提供所處海洋環(huán)境的有關(guān)狀況，收集有關(guān)含鹽量、溫度和壓力的參數(shù)。浮標(biāo)浮出水面之后，通過AR－GOS衛(wèi)星將數(shù)據(jù)傳出。浮標(biāo)潛入水中的周期為十天?？梢詮囊凰掖喜捎靡话闶┓鸥?biāo)的拋出器向海洋中施放，也可以采用專用的投放箱進(jìn)行施放。

挪威在歐共體尤里卡海洋計(jì)劃支持下，研制和開發(fā)的SEAWATCH系統(tǒng)主要用于小區(qū)域的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報(bào)，配有相應(yīng)的應(yīng)用軟件，其中使用的TOBIS浮標(biāo)，帶有多種適于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的傳感器和儀器。

海洋觀測技術(shù)剖面探測漂流浮標(biāo)

該項(xiàng)技術(shù)是上世紀(jì)90年代初的重大成果，它的出現(xiàn)催生了國際“阿爾戈”（ARGO）計(jì)劃，解決了全球次表層溫鹽同步觀測的難題。美國、法國相繼研制了幾種剖面浮標(biāo)，最大設(shè)計(jì)深度2000m，設(shè)計(jì)工作壽命4～5年。

“阿爾戈”浮標(biāo)指用于建立全球海洋觀測網(wǎng)的一種專用測量設(shè)備。Argo是英文“Array　for　Real－time　GeostrophicOceanography”的縮寫，其中文含義為“地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測陣”。它可以在海洋中自由漂移，自動(dòng)測量海面到2000m水深之間的海水溫度、鹽度和深度，并可跟蹤它的漂移軌跡，獲取海水的移動(dòng)速度和方向。ARGO全球海洋實(shí)時(shí)觀測網(wǎng)是1998年，由美國、法國和日本等國家大氣、海洋科學(xué)家推出的一個(gè)大型海洋觀測計(jì)劃，設(shè)想在全球大洋中每隔300km布放一個(gè)由衛(wèi)星跟蹤的剖面漂流浮標(biāo)（即ARGO剖面浮標(biāo)），總計(jì)為3000個(gè)，組成一個(gè)龐大的ARGO全球海洋實(shí)時(shí)觀測網(wǎng)，以便快速、準(zhǔn)確、大范圍地收集全球海洋0～2000m上層的海水溫度和鹽度剖面資料，有助于更細(xì)致地了解大尺度實(shí)時(shí)海洋的變化，提高氣候和海洋預(yù)報(bào)的精度，有效防御全球日益嚴(yán)重的氣候和海洋災(zāi)害（如颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、冰暴、洪水和干旱，以及風(fēng)暴潮、赤潮等）給人類造成的威脅。

中國Argo計(jì)劃自2002年初組織實(shí)施以來，已經(jīng)在太平洋、印度洋等海域投放了155個(gè)Argo剖面浮標(biāo)，有78個(gè)浮標(biāo)仍在海上正常工作。