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，温度差是很重要的，刚才已经说了，举个简单例子，捕鱼的问题，除了这个以外，厄尔尼诺现象是靠温度和海洋的高度变化探测的，大气，是我们非常关注的，因为我们的空间，海洋大气在空间，那么大气里边 降水，降雨 降雪，这些东西你总得有预报，要预报的话，我需要知道云彩，另外云彩里边的含水量，这个水的颗粒多少，一般的云彩不会下雨的，我们现在说人工下雨，都是掌握了这些知识以后，再添一点，它就下雨了，所以大气探测对人类是至关重要的，我们的天气预报就是靠这个东西，我们遥感比较准确的给出这些数据。
下边就是陆地，我们生活的陆地，陆地应用比较多的是植被的分配，还有风沙，我们现在不是沙化厉害吗，现在遥感就在这儿发挥作用，这个沙眼究竟在什么地方，你说酸雨下来，这个雨从哪儿来，另外我们现在衣食住行，吃的东西，我们每年的农作物 估产，这个是对我们国民经济的发展是相当重要的，我们国家计委为什么到年底才开一个明年的计划会议，有时候年底开不了，到第二年的1月份开会，就等着这个估产，估产准确了，有些东西我可以出口多少，有些我调节粮种，进口多少，这个掌握不住的话，不该出口的出口了，不该进口的进口了，所以我们农业的估产，现在我们做的，小麦的估产做到95％的准确度，水稻 低一点85％左右，玉米 大豆稍微高一点，85％到90％，这已经形成了我们每年向国家（上）报，国务院（上）报的，当然现在预报并不是单纯这个，还有其他途径。
另外一个地震，地震预报是一个世界的难题，现在没有很好的办法，但我们利用这些空间技术，和地质技术，（逐步了解）这些东西，我们逐步逐步地改进，对地震预报能力越来越强，这里边遥感主要是从空中看地面的温度变化，有红外的，也有微波的，另外一个探矿，我们地下有很多油田，怎么发现，打井是最好一次（成功），但不能到处打井，究竟打在哪儿更准确一点，这样大量省经费，省人力，这个遥感技术就提供这个（信息），可能在这个方位有油，你去打吧，下边（是）国际上已经发射的几个典型的遥感器，我们看一看。
这个是带有微波遥感器的第一个海洋卫星，1978年美国发射的，它装的是几个微波遥感器，散射计 雷达高度计等等，这个（是）它上边的一个高度计，这个高度计在一千公里以外，对海面的距离测量精度现在已经达到4。5厘米，相当准确，然后它给出一个海浪的高度，海浪高度10％的精度，那么知道了这个以后，再加上温度，我可以告诉你， 厄尔尼诺现象是不是（正）在形成，这个是叫“GEOSAT”，这个是另外一个高度测量的卫星，这是上边的