關于災害預警，衛星能做這些事

實際上，人類現在已經能預測不少自然災害了，而這些預測能力的獲得，都是長期探索和實踐的結果。

大氣層內盡知曉

到目前為止，人類已經通過氣象衛星能做到不間斷地跟蹤大氣變化。其中，會造成嚴重后果的臺風、熱帶風暴、颶風、沙塵暴、寒潮等災害，都可以實時跟蹤、及時發布預警信息。我國學者還曾經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類于災害，氣象衛星同樣能夠在這些方面發揮重要作用。

在許多地方，災害都是由大量集中的降水導致的。例如洪水、泥石流和城市內澇都是如此。因此，人們正在對降水現象做更加深入的研究，試圖找到它的機理。美國和日本聯合發射的熱帶降雨觀測衛星就是一種專用的降水觀測衛星。

其實，氣象監測也可以通過另一種方式進行，就是測量導航衛星信號的變化。人們在研究GPS導航衛星應用時發現，空氣中的水汽含量、溫度、氣壓都會影響導航信號的傳播。這是無線電信號傳播的特性決定的。因此，人們一方面要設法消除空氣對GPS導航衛星傳播的不利影響，另一方面也可以通過GPS導航衛星的信號傳播變化來測量大氣的一些參數。美國一家名為斯派爾的創業公司就打算發射全球覆蓋的小衛星星座，利用GPS導航衛星的信號來提供專業化的天氣預報。

需要注意的是，氣象衛星的發展經過了相當長的周期，世界上最早的氣象衛星——美國泰羅斯一號發射于1960年4月。此后，美國經過數代衛星的發展，才達到了今天的水平。中國也是先后發射了極軌氣象衛星和靜止軌道氣象衛星各兩代，才實現了業務化運行的氣象衛星體系。

除了氣象衛星，海洋衛星也是災害監測“小能手”。海洋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。不被大家熟知的是，海洋衛星會監測一些專業性的數據，比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，未必會立刻、直接影響人的生命安全，卻會影響漁業生產，進而影響到人們的“菜籃子”。

長期防災也重要

隨著高分辨率遙感衛星的普及，人們對自己居住的陸地越來越熟悉，對災害的研究也越來越深入。

一般來說，高分辨率衛星在長期防災方面是能手，但其很難直接用于災害的短臨預報。這里有兩個方面的因素。首先，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害的短臨預報。

另外，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，遙感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。

“凝視衛星”有前途

從傳統上來說，遙感衛星的分辨率雖然高，卻都部署在低軌道上，通過任何地區時都是一掠而過。

部署在靜止軌道上的氣象衛星雖然可以凝視地球，但分辨率都是以公里計算的。能不能把兩者的優勢結合起來呢？

我國在2016年發射的高分四號衛星就部署在靜止軌道上，可以用50米的分辨率凝視某個地區，單幅照片的覆蓋范圍是16萬平方公里。這樣的衛星，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者氣象衛星的信息。

隨著技術的發展，或許靜止軌道遙感衛星的分辨率會一進步提高，達到米級，甚至更高。這樣，就可以為災害預報和監視提供更有力的手段。

地面之下不易看

地表之下的監測就是衛星的弱項了。雖然合成孔徑雷達可以觀察淺地表下的情況，但對于地質災害預報所需要的深層次觀測卻很難實現，對地震的預測預報就更難了。

曾經有學者提出，地震發生前，震中附近會發生局部地表溫度升高的現象。國內有學者針對這個理論進行了深入研究，并且利用遙感衛星的紅外相機進行了一些實踐，實現了成功的預報。但是這項技術同樣存在很多問題。例如，紅外遙感容易受到云層遮擋的影響，并不能作為一種不間斷監測的手段。

當然，對于地質災害，衛星可以用一種間接的方式來“看”，這就是衛星定位形變監測技術。如今的衛星定位接收機已經能夠達到厘米級，甚至更高的精度。如果把高精度接收機安裝在巖石或者建筑物上，牢固地連接起來，就能測量巖層或建筑物的微小形變。一旦形變幅度超過警戒線，監測系統就會自動報警。

但是，如果需要監測的面積很大，就需要部署大量的接收機，這對于大面積山地監測來說是不現實的。因此，人們發明了一種叫做邊坡雷達的設備，它并不是裝在衛星上，而是用汽車運載，可以靈活機動地到需要的地方，用雷達波照射山坡、礦石堆、煤堆、渣土堆等大尺寸對象。因為距離近，所以雷達波可以探測到比較深的位置。一旦發現內部形變超過安全限度，系統就會自動報警。

通信衛星也重要

上述所有衛星只是部署在空間的敏感器，更多的數據分析和判斷決策工作，還需要在地面上做出。如何把探測到的數據傳送回分析部門和指揮部門，就需要通信衛星發揮作用了。

在很多時候，并不需要傳輸大量的視頻、音頻或者圖片，幾個參數就足夠指揮部門作出決策。因此，災害預警用到了多種多樣的通信衛星。除了傳統的靜止軌道通信衛星，還可以使用低軌道的數據通信衛星或者導航衛星的數據傳輸功能。

當然，如果需要傳回合成孔徑雷達的圖像，就一定要用到寬帶衛星了，這對于無人機和遙感飛機來說是非常必要的功能。它們可以一邊飛一邊傳輸，否則就必須回到機場再把數據記錄設備送到分析中心，會耽誤不少時間。

因此，無論地震還是臺風，把現有的數據用好，從現有的使用中發現問題，提取出對新一代衛星系統和應用系統的需求，才能更好地為防災減災服務。

來源：中國航天報·飛天科普周刊