國際首次！機載干涉成像高度計觀測獲得波數譜

日前，中國科學院海洋研究所研究員徐永生團隊與航天科工集團23所合作，在國際上首次利用機載干涉成像高度計觀測獲得了覆蓋海洋亞中尺度范圍的海面高度異常波數譜，展示了機載干涉成像高度計對海洋亞中尺度海面高度異常探測的潛力，成果發表于《遙感》。

人類至今仍然沒有在空間域上實現對亞中尺度海洋過程的遙感觀測。該尺度范圍的海面高度異常信號較小，超出了目前星載海洋遙感的分辨極限。然而，亞中尺度海洋過程在海洋能量傳遞、串級與耗散的研究中發揮關鍵作用，對研究海洋能量平衡、營養鹽輸運和全球氣候變化研究至關重要。

由于空間域亞中尺度海面高度異常觀測能力的限制，人們對亞中尺度海洋過程的認識主要依靠理論分析和模擬，導致亞中尺度海洋過程理論研究與相關應用發展緩慢，成為制約海洋科學發展的瓶頸之一。

徐永生提出了一種方法，即利用誤差和海洋動力信號在時空特性上的差異來將它們有效分離，從而提升觀測性能。徐永生團隊將這一想法應用到了機載干涉成像高度計在南海近100公里沿軌海面高度異常試驗觀測數據上，并成功獲得了國際上首個機載干涉成像高度計寬帶SSHA波數譜。

波數譜是評估儀器觀測性能的重要依據。這項研究深入分析了機載干涉成像高度計所得的海面高度異常波數譜的合理性，證明了其在觀測海洋亞中尺度海面高度異常方面的潛力，凸顯了科學團隊與工程團隊協作的優勢。

美國新一代干涉高度計衛星SWOT經過20年持續努力和12億美元投資，成功將海面高度異常的分辨率從傳統雷達高度計的100公里提高到了10公里的量級，但仍難以滿足典型亞中尺度的高分辨率觀測需求。

海洋干涉遙感技術處于世界科技前沿。SWOT衛星的成功標志著人類海洋遙感技術發展史上的一個里程碑。《自然》和《科學》兩大期刊都對此進行了專題報道。我國早在2016年就發射了以實驗為目的星載干涉高度計——天宮二號三維成像微波高度計，取得了大量海洋觀測數據和寶貴經驗。但與美國在SWOT衛星上的巨額投入相比，我國在該領域的后續研發投入仍嚴重不足，至今仍未有相應的在軌衛星問世。

徐永生表示，盡管研究驗證了機載干涉高度計在探測海洋亞中尺度SSHA的潛力，但未來仍有很大的改進空間。包括對硬件系統進行革新設計，以提升性能和穩定性，以及正確設計海上分辨率觀測性能的檢驗方案，以確保對亞中尺度海面高度異常觀測的準確性和可靠性。此外，信號的分離是基于對誤差成分、海洋成分的時空特性以及統計學方法的深入理解，而這方面的發展還處于起步階段。機載干涉高度計的最終成功不僅本身具有重大的科學和應用價值，還能為我國星載干涉高度計的發展提供重要的借鑒和驗證方法。

論文相關信息：

https://doi.org/10.3390/rs16081359