海洋二号卫星A星雷达高度计在海洋防灾减灾中的应用

● 文|国家卫星海洋应用中心 贾永君 林明森 张有广

海洋二号卫星A星（HY-2A）是我国第一颗海洋动力环境卫星。HY-2A卫星集主、被动微波遥感器于一体，具有高精度测轨、定轨能力与全天候、全天时、全球海洋探测能力。2011年8月16日，HY-2A卫星成功发射。2012年1月卫星完成在轨测试，各项测试均达到设计指标[1]，并在3月交付使用。雷达高度计是HY-2A卫星的主要载荷之一，主要用于全球海面高度、有效波高和海面风速的观测。其数据产品已经成功应用于海洋防灾减灾、海洋环境保护、海洋科学研究以及国防建设等领域，有效发挥了HY-2A卫星的经济和社会效益。

一、HY-2A卫星雷达高度计

HY-2A卫星采用太阳同步轨道，倾角99.34°，降交点地方时为 6∶00 am。为了满足雷达高度计（技术指标参见表1）海洋观测需求，卫星在寿命前期采用重复周期为14天的回归冻结轨道，高度971km，周期104.46min，每天运行13+11/14圈；在寿命后期采用重复周期为168天的回归轨道，卫星高度973km，周期104.50min，每天运行13+131/168圈，主要用于大地测量学的研究。雷达高度计是HY-2A卫星的主要载荷之一，自卫星发射以来，雷达高度计已经连续工作将近7年，正常工作时间近98.24%。

表1 HY-2A卫星雷达高度计技术指标

雷达高度计用于测量海面高度、有效波高及风速等基本海洋要素。

雷达高度计观测获取的海洋动力环境要素包括：海面高度、有效波高和海面风速等，其观测精度通过与现场观测数据和同类卫星数据进行比对和统计分析后确定。

二、在海洋防灾减灾中的应用

1. 台风监测

HY-2A卫星同时搭载了微波散射计和雷达高度计，这两种主动微波遥感器同步获取的海洋风场和海浪信息在海洋灾害监测中具有独特的优势，可以及时提供台风发生和发展过程中的风场和有效波高，为沿海地区及时应对海洋灾害提供了多要素的海况信息，这在海洋防灾减灾中发挥着重要作用。同时，HY-2A卫星提供的同步海况信息可为风场和海浪同化模式的运行提供高精度的初始场，进而提高海面风场和海浪数值同化模式的精度，为海洋防灾减灾的决策提供信息服务[2]。图1 -图3为2012年HY-2A卫星监测到的台风风场与浪高。

2. 海啸监测

HY-2A卫星雷达高度计具备海面高度和有效波高监测能力，可为海啸监测提供观测数据。以印度尼西亚地震前后全球海域有效波高监测为例，据中国地震台网测定，北京时间2012年4月11日16时38分，印度尼西亚苏门答腊北部附近海域 (北纬2.3°，东经93.1°) 发生里氏8.5级地震，震源深度为20km。11日当天再次发生里氏8.2级强震。

研究中利用HY-2A卫星雷达高度计对印度尼西亚地震前后全球海域有效波高分布进行了监测分析。图4和图5分别为地震前后全球海域有效波高与印度洋海域有效波高分布。图6和图7分别为地震前后全球海域有效波高与印度洋海域有效波高分布。从图6和图7比较可以确定，地震前后全球范围内，特别是地震最有可能引发海啸的印度洋海域有效波高变化不大，印度洋海域有效波高变化不超过1m。根据上述比较结果，可以判定在印度洋海域不会发生海啸。美国太平洋海啸预警中心在发布了海啸预警信息后，随后取消了针对印度洋相关地区的海啸预警，由此验证了利用HY-2A卫星观测数据分析后所得出的不会发生海啸的结论，从而也证明了HY-2A卫星雷达高度计具备提供海啸预警报的能力。

3. 飓风监测

2012年形成于大西洋洋面上的一级飓风“桑迪”，因其侵袭美国东部，造成严重灾害而受到关注。“桑迪”飓风10月28-30日横扫美国东部海岸，HY-2A卫星在27日成功观测到该飓风及其移动方向，这为有效防范飓风在28日的登陆提供了预警时间。图8为飓风期间波高的变化，可以看出，“桑迪”飓风期间具有明显超过6m以上的波高，因此，“桑迪”飓风造成的损失不容忽视。

三、结语

HY-2A卫星雷达高度计的测量精度已经达到国际上同类雷达高度计的观测水平，可以满足海洋科学研究和业务监测的需要，在海洋防灾减灾中发挥着重要的作用。但是，考虑到以HY-2A卫星雷达高度计为代表的传统雷达高度计的观测特点，仅仅1颗雷达高度计的观测能力是有限的。为此，需要通过组网的方式来提高全球观测的空间分辨率和时间分辨率。通过研究发现，保持3颗传统雷达高度计同时在轨观测，将基本能满足对中尺度海洋现象的监测。如需进一步获取亚中尺度海洋信息，则需要发展新体制卫星雷达高度计，来实现宽刈幅高精度的观测能力[3]。

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

[2]国家海洋局. 2015年中国海洋卫星应用报告[R]. 2015，P36.

[3]国家卫星海洋应用中心. 新一代海洋动力环境卫星需求论证报告[R]. 2017.