海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星：在太空中“品嘗”海水咸淡

海洋鹽度，這一看似微小的要素，卻是驅(qū)動(dòng)全球氣候系統(tǒng)的隱秘“齒輪”，它蘊(yùn)含著地球氣候、生態(tài)系統(tǒng)以及人類(lèi)生存環(huán)境的眾多奧秘。為了更深入地捕捉這個(gè)要素的全球全貌，人類(lèi)正不斷嘗試新的科技手段。

我國(guó)于2024年11月14日發(fā)射的海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星，是我國(guó)第一顆能夠在太空中精確“品嘗”海水咸淡的衛(wèi)星，它為我們打開(kāi)了一扇窗，從太空中“看”到一直躲藏在大洋表面下的能量流動(dòng)。

無(wú)形的鹽

海洋鹽度是指海水中溶解鹽類(lèi)物質(zhì)的含量，通常用千分比（‰）或?qū)嵱名}度單位（psu）來(lái)表示。它是海洋動(dòng)力環(huán)境的重要參數(shù)之一，與匯入海水的淡水量、降水量以及海面蒸發(fā)過(guò)程等密切相關(guān)。

受蒸發(fā)、降水、洋流、淡水匯入、冰川等影響，不同海域的含鹽量略有不同，但全球海水的平均鹽度大約在35‰（1000克海水中含有約35克鹽），而變化范圍基本上在32‰～36‰之間。

海洋鹽度的分布與變化，如同海洋的雨量計(jì)和生物棲息圖，不僅能預(yù)示著海洋的降水概率，還能為漁業(yè)生產(chǎn)等提供重要參考。然而，海洋鹽度的測(cè)量并非易事，傳統(tǒng)的觀測(cè)手段，如海洋科考船和漂流浮標(biāo)等，雖然能夠獲取一定數(shù)據(jù)，但不僅要投入大量的人力、物力，數(shù)據(jù)覆蓋范圍和觀測(cè)連續(xù)性也有限，因此，全球仍有25%的海域缺乏鹽度觀測(cè)數(shù)據(jù)。

更高精度的測(cè)量

2009年，我國(guó)海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)將目光鎖定在了“完成高精度海洋鹽度探測(cè)”的目標(biāo)。

遙感衛(wèi)星主要通過(guò)探測(cè)海洋表面輻射亮溫?cái)?shù)據(jù)（衡量海面微波輻射強(qiáng)度的物理量，會(huì)隨海洋鹽度變化而變化），再進(jìn)行公式計(jì)算反演，得到海洋鹽度。

但是，海洋鹽度造成的海洋表面輻射亮溫變化非常微弱，衛(wèi)星探測(cè)時(shí)會(huì)受到海面自身的物理溫度、海面風(fēng)場(chǎng)引起的海面粗糙度以及人類(lèi)活動(dòng)信號(hào)等多種因素的干擾，因此獲取高精度的海洋鹽度遙感數(shù)據(jù)難度極大，是同類(lèi)型衛(wèi)星尚未完全突破的技術(shù)壁壘。

我國(guó)科研人員歷經(jīng)十余年努力，研制出了高精度海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星。它可以同步獲取海面亮溫、海面溫度、海面粗糙度和射頻干擾信息，排除多種干擾因素的影響，從而讓探測(cè)精度達(dá)到0.1psu——也就是說(shuō)，它能看出每1000克海水中含有35.0克鹽還是34.9克鹽。

“望聞問(wèn)切”測(cè)鹽度

工作時(shí)，海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星如同一名中醫(yī)，在太空中對(duì)全球海洋“望聞問(wèn)切”。

“太空視角”的登高望遠(yuǎn)

海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星從幾百千米外的宇宙空間瞭望全球海洋，可以做到全天時(shí)、全天候獲取高精度全球海洋鹽度信息，每3天可完成一次全球海域觀測(cè)。

“肚子”上的“三叉扳手”

綜合孔徑輻射計(jì)就像一個(gè)三叉扳手，負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)對(duì)海面亮溫變化更敏感、波長(zhǎng)較長(zhǎng)、頻率較低的L波段。其上有許多小孔，依據(jù)小口徑天線(xiàn)陣列等效合成大口徑天線(xiàn)效果的原理，這些“小耳朵”會(huì)等效成一個(gè)“大耳朵”，“聽(tīng)聞”海面的微波輻射信號(hào)。

“頭”上的“大鐵鏟”

衛(wèi)星“頭頂”的“大鐵鏟”是主被動(dòng)探測(cè)儀的天線(xiàn)，兼顧“聞”和“切”。

被動(dòng)探測(cè)儀由L、C、K波段3個(gè)微波輻射計(jì)組成，工作原理與綜合孔徑輻射計(jì)類(lèi)似。其中，L波段微波輻射計(jì)與綜合孔徑輻射計(jì)探測(cè)數(shù)據(jù)互為補(bǔ)充；C波段、K波段則是頻率更高的波段，如同海面的“中高音”，能夠幫助實(shí)現(xiàn)海面溫度數(shù)據(jù)的反演。

“摸一摸”海洋的“皮膚”

L波段微波散射計(jì)則是衛(wèi)星中唯一一個(gè)主動(dòng)探測(cè)的儀器，它通過(guò)向海面發(fā)射微波信號(hào)，來(lái)測(cè)算信號(hào)遇到海面波浪等發(fā)生的后向散射系數(shù)（描述在大氣中傳播的電磁波產(chǎn)生后向散射的強(qiáng)度特性的一個(gè)物理量），如同伸手“摸”海面的粗糙度。

更安靜地“聆聽(tīng)”

海的“聲音”并不純凈，由于衛(wèi)星主要工作的L波段也是手機(jī)通信、北斗導(dǎo)航等的工作波段，因此接收到的信號(hào)常會(huì)受到人類(lèi)活動(dòng)信號(hào)干擾。

衛(wèi)星的“肩頭”架著幾個(gè)形似“小手電筒”的頻譜監(jiān)測(cè)儀，專(zhuān)門(mén)用來(lái)監(jiān)測(cè)L波段的干擾信號(hào)。它不僅可以分辨“音色”，還能識(shí)別位置，精準(zhǔn)鎖定目標(biāo)，幫助科研人員排除射頻干擾。

隨著海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星發(fā)射入軌，我國(guó)正式擁有了自主可控的高精度海洋鹽度探測(cè)數(shù)據(jù)，能夠滿(mǎn)足海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海洋生態(tài)預(yù)報(bào)、水循環(huán)監(jiān)測(cè)、短期氣候預(yù)測(cè)與全球氣候變化研究等方面的需求，同時(shí)，衛(wèi)星還能兼顧土壤濕度測(cè)量，在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)用能力。

展望未來(lái)，我們期待海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星繼續(xù)幫助人類(lèi)破譯這顆藍(lán)色星球深藏的秘密，助力我國(guó)“海洋強(qiáng)國(guó)”建設(shè)，為人類(lèi)探索海洋、保護(hù)海洋、利用海洋提供幫助。

（責(zé)任編輯 / 牛一名" 美術(shù)編輯 / 周游）