北斗新应用——海风海浪的遥感观测

文/涂满红

海风海浪的观测对海洋气象和防灾减灾都具有十分重要的作用。无论是对于台风等灾害性天气的预报预测，还是海上生产作业、海洋研究、海航海运等海上活动安全等诸多方面，准确掌握海洋气象信息，特别是海风海浪的信息显得尤为重要。

目前海洋浮标观测是海洋观测中普遍采用的海风海浪探测手段，但浮标投资大，运行维护成本较高。

近年来，随着全球导航卫星系统的不断发展，其在提供传统定位、导航及授时服务的同时，还提供了大量的电磁信号源。利用全球卫星定位系统的反射信号（GNSS-R）反演海风海浪技术作为一种非接触式、无需发射源设备，具有全球域、全天时以及成本低等特点，可弥补传统浮标投资大，运行维护困难的不足。

超声检测法：以波动的形式在弹性介质中传播的机械振动特性对试件进行宏观缺陷检测。以其适用范围广、穿透能力强、定位较准确、灵敏度较高、对面积缺陷检出率较高、检测成本低等优点使其广泛应用在制造、石油化工、造船、航空航天、核能、军事工业、医疗器械以及海洋探测等领域。

北斗卫星导航系统（BDS）作为中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，已具备良好的亚太覆盖能力，为导航卫星海面反射信号实现海风、海浪探测提供了可靠的基础条件，这将作为一个北斗应用的重要领域，为我国海洋气象观测提供有效的监测手段。

基于北斗导航卫星系统的GNSS-R遥感是利用导航卫星L波段信号为发射源，以岸、机、星载或其它接收平台，通过接收并处理海洋反射信号，实现被测媒介的特征要素提取或移动目标探测的一种技术，GNSS-R技术基本原理如上图所示。接收机同时接收到卫星的直射信号及来自反射面的反射信号。由电磁波的传播基本理论可知，该反射信号中携带者反射面的特征信息，反射信号波形的变化，幅值、相位和频率等参量的变化都直接反映了反射面的物理特性。探测系统通过对反射信号的精确估计和接收处理，则可实现对海面物理特性的估计和反演。

由图1可以很明显看出，硬质合金与钢两侧界面区内有一定的反应产物形成。当间隙为0.05mm时反应产物贯穿了整个焊缝，随着接头间隙的增大，反应产物越来越不明显。因此，对界面区内产物及钎缝中心区的元素构成进行分析有助于确定界面区产物的类型及钎焊接头形成机理。

自贡市开展全覆盖常态化选派第一书记工作是市委贯彻落实中央、省委战略部署作出的一项重大决策。总体来讲，全覆盖常态化选派的第一书记在加强基层组织建设、推进精准扶贫工作、推动地方经济发展、强化村级治理、为民办事等方面的工作得到了组织和群众的认可。通过分析调研发现选派第一书记工作存在的问题，提出解决问题的思路，旨在进一步完善全覆盖常态化选派第一书记工作制度。抓好第一书记工作具有重大意义，选派第一书记是加快发展之策、促进和谐之需和改善民生之举，希望全覆盖常态化选派第一书记这一举措能为加快建设城乡一体繁荣幸福新自贡作出更大贡献。

基于北斗导航卫星反射信号的海洋遥感技术，作为一种新型的海风海浪观测手段，可在一定程度上改善我国综合气象观测系统在海上缺乏有效观测手段和观测资料不足的状况，为近海气象观测提供了新的思路。

国际上对于GPS卫星反射信号反演海风海浪研究起步较早，从20世纪90年代开始，美国和欧洲都开展了大量飞行及陆上试验，在海面高度、海面风场、土壤湿度、海冰等各方面的应用都取得了长足进步。

我国对此项技术的研究起步较晚，从2004年开始，陆续在渤海海域、厦门、深圳等地进行了一些相关试验，取得了一些数据和成果。

中国气象局从2010年开始，陆续组织开展了北斗探测海风海浪的关键技术研究和相关软件的开发。和北京航空航天大学联合在山东威海、广东阳江、深圳等多个临海气象站，开展了大量的岸基北斗反射信号海洋遥感试验，对岸基探风原理进行了验证，取得了大量实验数据和研究成果。目前中国气象局已组织研制出北斗反射信号海风海浪探测系统，并基于本系统在广东阳江和山东威海成山头气象站，分别建成了北斗反射信号海洋遥感探测示范站点，针对沿海台风进行长期探测研究，为全国范围内业务推广使用奠定基础。

目前，阳江和威海成山头两个示范站运行稳定，北斗反射信号探测系统的有效波高与浮标数据相比，其平均误差为±10cm左右；北斗反射信号探测系统的风速与气象站风速相比，其平均误差为1.85m/s左右；北斗反射信号风速测量值与同比风速仪结果间均方根误差为2.4m/s，两者具有良好的一致性，验证了北斗反射信号对台风海况探测的可行性。在后续的研究中，为提升北斗反射信号测量技术的精度和稳定性，可在风浪模型计算中，融入多种统计算法、提升模型的鲁棒性和精度，进一步提高北斗海风海浪探测系统的运行稳定性和探测精度，争取北斗海风海浪探测技术尽早进入气象业务应用。