10月31日微波遥感的现在与未来姜景山-第1章
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10月31日 微波遥感的现在与未来 姜景山
主讲老师简介
姜景山,中国科学院院士,中国科学院空间中心研究员,空间中心负责人,早年毕业于苏联乌里亚诺夫电工学院,获得苏联工程师头衔,后回国从事中国航天工程的筹建等工作,姜院士在微波遥感等方面有甚深造诣。
全文
我下面讲的时候,尽量说一说,什么叫做微波遥感,因为我们行业不同,你们在某一方面是专家,我在微波遥感这个方面可能是专家,隔行如隔山,很多事情,可能(有)需要沟通的问题,这个是我们的宇宙,宇宙是一个无穷的东西,其中我们有一个太阳系,我们人类就在太阳系里边的,在地球里边很小的一个地方,那么在20世纪,人类做了很好的工作,其中非常具有一个划时代意义的,就是人类进入了太空,1957年10月4号,原苏联发射了第一颗人造卫星,开创了我们人类进入太空的这样一个历史,所以我们研究宇宙,研究太阳系,研究我们地球,已经不是在地球上看自己。
上到天空要看地球,上到天空要看更远的宇宙,那就看得更清楚,我们以往做一个天气预报,大家就知道北京怎么样,天津怎么样,各地方都有自己的(气象)站,这个站(的收据)报来以后,把它汇总起来,但是这个云彩都是在活动的,天气系统是一个全球系统,它不但是跟地球的地面现象有关,跟外边也有关,那么我怎么了解,使得我们整个过程,如果站得高,登高望远,那么站得越高,我看得越宽,那么了解的更深一点,所以人类长期以来希望能够在脱离地球在地球以外某一个轨道上,要看看自己住的地球,也要看看我们的邻居,月球 太阳还有其他的星球,所以20世纪我们做的工作,就是开阔了我们的眼界,然后扩大了我们人类活动范围,不但(在)地球轨道有活动,那么探索了一个整个地球的本质。
21世纪,我们要揭开宇宙的奥秘,进一步研究我们的地球,掌握整个的变化规律,这就需要有一系列的知识和技术做市场,这个是太阳系,那么有,这边太阳,然后比较近的,水星 金星 地球,地球外边有我们自己的卫星在活动 月球,那么人类想了解宇宙,想了解太阳系,但是更重要的是我们要了解自己的地球,这个是实实在在的东西,因为我们生活在这个地球上面,这个地球就是我们要讲的通过遥感,拍出来的这么一个全球的,这样的一个图像,让它转的话都可以看得见,那么这里面我们有海洋,陆地,植被高山河流,和湖泊,人类靠着这样的资源赖以生存的,所以地球给人类创造了一个,我们要世世代代生活在这儿,发展这么一个空间,是非常美好,提供了很好的地方,但是这个地球并不是那么安分,这里边有很多灾害,有自然的,人工的,还有我们面临的是 能源,资源 环境问题,给人类带来很多很多的威胁和影响,所以人类面临这样的问题,我们想方法要解决,我们继续要生活下去,这些问题不解决的话,我们就很难世世代代,子子孙孙生活下去,所以面临这样的问题,我们怎么解决我们能源的问题,我们环境越来越恶化,怎么解决这个问题,灾害那么多,我们怎么解决。
在20世纪我们发展了太空技术,也叫宇航技术,那么有了这样的技术以后,我们做了很多很多的科研和技术研究,发现其中有一个就是叫做遥感,那么我今天要讲的是遥感里边的一个片段,这个是我们在地球上产生的台风,这个图是用遥感拍出来的“台风眼”,这个大小,每天天气预报的大小,(我们)都看得见,这就是遥感拍下来的,这个是比较有名的1987年,黑龙江大兴安岭的一个火灾,当时我们用卫星拍下来,把这个资料提供给国家,指导了灭火,以后再进一步,我们的森林让它生长,这是台湾发生的几次大地震,这个是1992年4月16号,台湾的大地震,地震发生的过程,然后我们通过遥感,是从天上要了解为什么发生这个地震,它的变化规律,研究这个东西,那么下边我简单说一说什么叫遥感,遥感就是遥远的感知,那么举例来说,我这个眼睛是非常典型的遥感器,到目前为止,做得再好的,谁都超过不了我的眼睛,我指的是太阳光底下,那么,从我的眼睛作比较的话,现在比较远的地方,我看见了对方,我们的观众们,我都看见了,如果我再远一点,在卫星 几百公里以外的,甚至几万公里,三万六千公里同步轨道上我要看地球,就是很远的距离里边,要感知我们地球的一个现象,这种科学和技术叫做遥感技术,这个名称,中国的语言相当丰富的,遥感一听就知道是遥远感知的意思。
那么这里边有卫星平台,还有飞机,我们这样的仪器,可以放在卫星上面,也可以放在飞机上面,然后它所(拍)摄下来的照片或者其他数据,传到地面来进行分析,我们每天的海洋预报。天气预报,都这么(拍)下来的,那么我们到目前,遥感就在一个电磁波波段里面,那么观众,很多人可能对电磁波是比较熟悉,很熟悉的,我们听广播,传播电视,那么这些东西都是一个电磁波的作用,当然我们接触比较多的电磁波,是可见光,这使我的眼睛能够看物体,这个是它的波段,是0。3(微米)到0。8(微米)左右,在这个频段里边,人的眼睛是很好的遥感器,它是一个电磁波段很短的一部分,再短的是紫外的 光的,大家到医院去照相,X光照相,这个都属于电磁波的,再往长的话,是我们现在广播电台用中波、短波还有长波,再更长一些波长,整个这个波长,这个图上面所说的,都是一个电磁波,这个电磁波不同的波段都有它自己的特性,那么我们利用这样的电磁波的某些特长,要观察我们的目标,我们现在分成三个波段,一个就是可见光,刚才说了,我们照相 摄像,这都是可见光里边的遥感器,还有一个就是红外,红 橙 黄 绿 青 蓝 紫,红(外线)是可见光里边最长的一个波长,再长的话,人都看不见了,但是蝙蝠它的视觉能够覆盖红外的一部分,红色以外的它能够看得见,人类看不见,我们的仪器能够看得见,它有它的波段,再长就是我们的,我们平常大家知道的,微波,这里边是厘米波和毫米波,亚毫米波,这个指的是一个波长的长度,但可见光是微米一级,甚至纳米一级的也有,所以 遥感的过程是这样的,遥感必须由几个方面组成,组成一起的话,首先第一个遥感器,这个遥感器就是我们的眼睛是我们的相机,红外成像仪的相机,雷达,这都是它的遥感器,这个遥感器在空中,获取了目标以后,在上边进行预处理,处理好了以后,传到 也许两个部分,一个在上边,在胶卷里面存储,把胶卷送回来,再处理,这个跟我们(的)相机是一样的,另外一个我把这些数据都传到地面来,在地面处理,处理以后送给用户处理,因为这个图像,一个图像用的也很多,用在森林里边,用在水位里边,用在城市管理里边,用在农业的,农作物的估产,还用在灾害的监测,其中我今天讲的是微波。
这个微波频段一般都是从厘米开始,然后是到毫米,到亚毫米,再短的话,是跟红外线接起来,我把它叫做全球观测的不知疲倦的哨兵,可见光大家知道,灯一关大家谁都看不见了,可见光必须有日光或者是人造光,所以黑夜里它不能工作,或者大家说,黑夜不能工作,我必须黑夜要看呢,所以用了红外,凡是有热的物体,它都能看得见,不论白天黑夜,所以它比可见光能看得时间更长一点,比如说这边停了一个飞机,它飞走了,也许飞走以后,还有三四个小时以后,我照样能够把飞机原来的影子我能照下来,因为飞机停在那儿,它温度和飞机没有停的温度不一样,只要有温差它就能照下来,已经很好了,但它的问题,有了云彩,下雨它就不行,所以它也有局限性,那么怎么办呢,我全天候的全天时的要工作,就是微波,在微波 大部分波段里边,它是全天候能够工作,它不受天气的影响,不受下雨,不受昼夜的影响,所以它是一个全天候的,这三个如果是合起来,一块工作,那全天候都能工作,我们卫星发射了,已经几十年了,我们的遥感也是,这个技术发展也就三十多年,但靠可见光和红外,到目前为止,整个地球上仍然有30%的地方没有图片,而微波遥感是在70年代以后,20世纪70年代以后发生的,自从有了它以后,我们才能拿到全球的图像。
下面简单我介绍一下这个技术怎么回事,微波遥感必须有一个,遥感就像我们照相机一样的,必须有这么个东西,遥感器,那么在我们照相机或者红外都是被动的,我并不是发射什么东西,只要有太阳光、日光我就能照出来,到微波这儿呢,是两个模式,一个 不需要任何外边照射,叫被动式的,我照样能够照相,还有一种像大家知道雷达一样,我照射一个电磁波,一去要它反射回来,因为反射回来它的强弱信号,各种各样无线电参数的变化,我可以测量,所以我们分成被动的和主动的,那么被动我们叫辐射计,那么主动里边,什么叫散射计 高度计 合成孔径雷达,这个专业性太强,我不再介绍。
那么下边我简单说明一下这些东西怎么用法,这个在海洋探测里边用的,海洋(占)我们整个地球60%的面积,甚至还多,那么人类现在,上个世纪我们主要是靠陆地,有了资源,有了食品,现在地球里边的,非再生资源越来越少了,石油越勘探越少,煤越来越少,我们的食物,(因为)人口膨胀,食物越来越少了,怎么办呢,我们现在提出口号向海洋要资源,那我们必须得要研究海洋,要研究海洋的话,海洋的很多动态,我们需要研究的,一般都是浪长 海浪 风长,海洋的风向风速,温度长,海面的温度怎么分布的,流长,海流怎么流法,因为这些东西,跟我们所需要的人类的活动密切相关。
比如说我们出海,必须知道今天的天气,海流往哪儿走,风向应该往哪儿走,不知道这个,他回不来了,另外我们的海洋动物,生物,各种不同的鱼,它跟海洋的温度,海洋的叶绿素的分布,都有关,如果是我们比较准确地掌握了这个东西,我们就,渔民直接到那儿去,所以可以大量地捕鱼,我们国家已经使用这个东西指导海洋的捕鱼,这就是海洋的应用,那么海洋的灾害也比较多了,台风,厄尔尼诺现象,大家听到了,温度异常,反过来拉尼娜现象,这个都是跟人类生活非常非常(密切的),拉尼娜 它是厄尔尼诺的一个反面,厄尔尼诺是温度升温, 拉尼娜是降温,那么这个东西,如果我们不了解的话,为什么最近我们天气比较异常呢,跟这个有关,以往我们不知道,现在我们可以准确地预报它,这个开发海洋资源里边,这个图像是海洋的地貌,不但是能够给表面地貌,而且能够给出海底的地貌,这很重要。
因为我们现在大陆架,伸出去,大陆架是我们中国的领土,如果不了解我们 大陆架怎么延伸的,你说少了,我们受损失,说多了,人家笑话你,大陆架延伸多少,这是海面的温度,温度差是很重要