自然災害未卜先知各路衛星大顯神通

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進入夏季以來，我國很多省市都發生了不同程度的地質災害和洪澇災害，并造成大量的經濟損失。我國作為世界上自然災害最嚴重的國家之一，土地面積遼闊，地理氣候條件復雜，自然災害種類多且發生頻繁，因此，加強對自然災害的準確、及時預測和預警十分重要。

隨著航天技術的發展，人類利用各類衛星獲取的信息對自然災害的發生、發展和演變進行預測和監測的能力逐步加強。通過衛星采集各種地面災害和環境的信息，可為天氣氣候的觀測、精細化預防提供科學依據，對防災減災具有重要作用。

▲風云四號衛星

氣象衛星：氣象災害的先知者

氣象衛星是利用所攜帶的各種氣象遙感器，接收和測量來自地球、海洋和大氣的可見光輻射、紅外線輻射和微波輻射信息，再將它們轉換成信號傳輸給地面的接收站。

氣象衛星最重要的作用是觀察地球表面的天氣變化，從而給天氣預報及監測提供依據。氣象人員根據收集到的信息，并經過處理后得出全球大氣溫度、濕度等氣象要素資料，從而做出長期天氣預報，確定臺風中心位置和變化，預報臺風和其它風暴。

氣象衛星主要分為兩類，一種是極軌氣象衛星，另一種是靜止氣象衛星。前者分辨率較高，但對特定地區的掃描周期較長，這樣的衛星每天在固定時間內經過同一地區上空2次，因而每隔12小時就可獲得一份全球的氣象資料，如果有6顆衛星同時在軌運轉，就能每隔2小時更新一次。后者的分辨率則較低，但覆蓋區域廣，5顆這樣的衛星就可形成覆蓋全球中、低緯度地區的觀測網，并每隔1小時更新一次氣象數據。

我國從1988年9月7日發射第一顆氣象衛星——風云一號太陽同步軌道氣象衛星開始，至今已使用氣象衛星30載，并發展出了多個系列的衛星，為我國的氣象事業發展起到了巨大的推動作用。

如今，氣象衛星已經成為人們日常生活中不可或缺的一部分，除森林大火外，臺風、暴雨、沙塵暴、大霧、干旱、洪澇、雪災等，各種天氣都可以找到氣象衛星的應用。利用氣象衛星預警惡劣氣候，對保證航海和航空的安全，保證農業、漁業和畜牧業生產等，都有很大作用。

另外，我國科研人員還曾利用氣象衛星對積雪進行過測量和計算，這對祁連山、天山等地區高度依賴融雪灌溉的農業區有重要意義。隨著人們對生活質量的要求越來越高，大氣災害的定義范圍也越來越廣，包括霧霾在內的很多污染也被歸納為災害，氣象衛星同樣能夠在預測這些災害方面發揮重要作用。

▲風云三號衛星

▲風云四號氣象衛星及儀器示意圖

高分衛星：長期防災顯身手

遙感衛星的分辨率高，且都部署在低軌道上，但通過任何地區上空時都是一掠而過，很難大范圍觀測。部署在靜止軌道上的氣象衛星可以凝視地球，但分辨率都是以公里計算。能不能把兩者的優勢結合起來呢？答案是：可以。

高分辨率衛星在長期防災方面是能手，但很難將其直接用于災害的短臨預報。這里有兩個方面的因素，一方面是遙感衛星只在固定的時間飛過某個地區上空。作為太陽同步軌道的遙感衛星，星下點的當地時間永遠是上午10點前后，每天最多只有一次觀測機會，這就意味著很難進行災前的短臨預報。

另一方面，全球性遙感星座的建設會大幅度提高時間分辨率，而破壞性的自然災害往往由氣象因素引發，這并不是高分辨率遙感衛星的專長。因此，高分衛星在防災方面更重要的作用是預先探查一個地區的地理、地質條件，結合多方面信息，為土地規劃、工業布局、交通管理提供決策依據，為長期防災做貢獻。

2010年，我國正式啟動“高分專項”，其中，“高分一號”“高分二號”“高分四號”和高分三號衛星分別于2013年、2014年、2015年和2016年成功發射，2018年5月、6月又相繼成功發射了“高分五號”“高分六號”。這種衛星在災害風險預警預報、林火災害監測、地震構造信息提取等方面，可以提供遠優于傳統遙感衛星或氣象衛星的信息。

以“高分四號”為例，其部署在靜止軌道上，可以用50米的分辨率凝視某個地區，單幅照片的覆蓋范圍達到16萬平方公里。2016年6月，江西省上饒市的鄱陽縣發生洪澇災害，通過“高分四號”獲取的數據為災區評價次生災害預測工作提供了有利支持。總之，高分家族在災害預防、應急救災等方面屢立戰功。

▲張衡一號電磁監測試驗衛星

張衡一號：地震預測的基石

我國地震區域分布廣、強度大、震源淺，是世界上大陸地震活動最強烈、災害最嚴重的國家之一。地震災害的潛在危險對于我國社會發展造成的影響不容輕視，而地震預測更是世界性難題。

目前，世界各國監測地震的主要手段是地面臺站觀測，但這種觀測方式具有很大的局限性，因為受觀測環境、生活環境等諸多客觀條件限制，在國境邊界、海洋、高山、原始森林等地區建臺站比較困難，導致目前全球的地震觀測臺站分布不均勻，存在很多監測空白區。

相反，由于對地觀測衛星具有覆蓋范圍廣、電磁環境好、動態信息強、無地域限制等優點，使用衛星研究地球電磁環境，能夠從更大尺度上提高對地震孕育發生規律的研究和認識，彌補常規地面地震監測手段的不足。

例如，在高原、海洋等地震臺站網不能完全覆蓋的地區，其通過衛星就可以實現全疆域實時觀測。同時，衛星圖像可用于描述地球的新構造運動結構，確定地震風險帶的地震構造條件；空間探測能克服地面勘探測量中的很多限制，已成為評估地球斷層、板塊邊界運動、位移情況的有力工具，精度甚至可達毫米級。

那么，衛星可以預測地震嗎？理論上，地震發生前，震中附近會發生局部地表溫度升高的現象，因此，利用遙感衛星上攜帶的紅外相機就能感知。近年來，我國陸續開展了利用航拍影像和中高分辨率遙感數據進行地震判讀與快速評估，以及利用衛星紅外數據進行地震熱紅外監測的研究工作。

不過，地震衛星也存在很多問題。例如，紅外遙感容易受到云層遮擋影響，不能作為一種不間斷監測的手段。在2008年5月12日汶川大地震發生前夕，由于當地連日陰雨天，受云層干擾，衛星熱紅外輻射計探測不到云層下低空大氣的溫度，所以無法做出臨震前預報。

另外，通過衛星電磁監測的方法來發現地殼異動，獲得地震即將發生的信息還是被廣大科研人員接受，并逐漸成為發展趨勢。一方面，地震發生前，地球巖石的摩擦破裂會產生電磁波，并傳播至大氣層。另一方面，地殼運動會切割磁力線，造成磁力線扭曲。

今年2月2日，我國研制的首顆電磁監測試驗衛星“張衡一號”在酒泉衛星發射中心發射成功，“張衡一號”主要用于地震孕育機理研究，為未來建立地震監測體系進行前期技術儲備。

這顆衛星每5天實現對地球上同一地點的重訪，觀測區域可覆蓋地球南北緯65度內，重點觀測區域覆蓋我國陸地全境、陸地周邊約1000公里區域以及全球主要地震帶。

該電磁監測試驗衛星會在軌運行5年，將以標準手段來監測我國6級以上、全球7級以上的地震，并通過大量數據積累和震例分析，推動我國地震觀測技術發展。

不過，也必須看到，目前利用電磁監測試驗衛星尚不能直接預測預報地震，現在討論地震預測預報還為時過早，但我國和世界科學界在該領域不斷積累，希望在未來攻克這個難題。

“張衡一號”是我國地球物理場探測衛星計劃的首發星，未來將以該衛星為基礎，繼續推進綜合空間信息應用研究，加快推進后續衛星的研制進程和地球物理場探測衛星規劃論證，全面提高我國對全球地球物理場信息的獲取能力。

▲高分五號衛星

▲海洋二號衛星

“兼職”衛星不容小覷

在預測自然災害方面，除上述提到的幾種典型衛星外，一些“兼職”衛星的作用也不容小覷。例如，氣象監測也可以通過測量導航衛星信號的變化來發現。科研人員在研究美國GPS導航衛星系統的應用時發現，空氣中的水汽含量、溫度、氣壓都會影響導航衛星信號的傳播。因此，科研人員一方面要設法消除空氣對GPS系統傳播的不利影響，另一方面也可以通過GPS系統的信號傳播變化來測量大氣參數。

海洋衛星也是災害監測“小能手”。這種衛星包括海洋水色衛星、海洋動力環境衛星和海洋環境衛星。海洋衛星會監測一些專業性的數據，例如，測量對漁業生產有影響的葉綠素、溫度、風速、鹽度等。如果這些數據發生嚴重異常，則意味著災害即將發生，輕則影響漁業生產，影響到人們的“菜籃子”，重則直接影響到人的生命安全。

另外，由于衛星只是部署在太空的一種探測器，更多的數據分析和判斷決策工作，還需要在地面上進行，而把探測數據傳送到分析部門和指揮部門，需要通信衛星發揮作用。

總之，利用衛星進行自然災害的準確預測與預報已經發揮了超乎尋常的作用。未來，隨著衛星技術的飛速發展，衛星預報將會為人類的生活帶來更為重要的影響，將有越來越多的優秀“成員”加入到災害預測和預警的大軍中，為保護地球和人類的安全貢獻力量。