海洋所發(fā)現(xiàn)SWOT干涉測(cè)高衛(wèi)星在地球重力場(chǎng)反演中的巨大潛力
海面高度蘊(yùn)含著地球重力場(chǎng)變化的信息,耗資12億美元的美國新一代干涉測(cè)高衛(wèi)星SWOT,讓人類首次具備了觀測(cè)亞中尺度海面高度異常(SSHA)的能力。海洋所徐永生團(tuán)隊(duì)通過分析SWOT觀測(cè)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)該衛(wèi)星能顯著提高地球重力場(chǎng)的反演分辨率,展示了其揭示地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其變化的巨大潛力。這一成果近期在國際學(xué)術(shù)期刊 IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters發(fā)表。
靜止的海面會(huì)沿著地球重力場(chǎng)的等勢(shì)面分布。因此,任何導(dǎo)致重力場(chǎng)變化的因素,如海底地形(包括海山和海溝)、海水深度變化、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化(如地幔對(duì)流和板塊運(yùn)動(dòng))、海底地震和火山活動(dòng)等,理論上都可以通過精確測(cè)量海面高度變化來推斷。由于這些因素只會(huì)引起微小的地球重力場(chǎng)變化,因此提升測(cè)高衛(wèi)星的觀測(cè)分辨率至關(guān)重要。徐永生團(tuán)隊(duì)通過與船載重力場(chǎng)測(cè)量結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),SWOT衛(wèi)星在分辨小尺度重力場(chǎng)變化方面表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)的卓越性能。這一成果意味著SWOT將為人類帶來更多關(guān)于海洋深處的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

左圖:用于檢驗(yàn)SWOT反演重力場(chǎng)的區(qū)域、對(duì)比路線以及船載重力場(chǎng)測(cè)量軌跡;右圖:不同對(duì)比路線中不同分辨率SWOT重力場(chǎng)的精度提升情況。
衛(wèi)星高度計(jì)通常位于距離海面約1000公里的軌道上,提升海面高度觀測(cè)分辨率是其面臨的最大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)衛(wèi)星不僅分辨率低,還只能沿軌道進(jìn)行一維高度測(cè)量,極大地限制了其重力場(chǎng)反演能力。SWOT衛(wèi)星突破了這一局限,創(chuàng)新地將干涉技術(shù)(通常用于探測(cè)微觀世界)應(yīng)用于太空衛(wèi)星,實(shí)現(xiàn)了海面高度變化的寬刈幅三維高分辨率測(cè)量,分辨率比傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。這一突破性進(jìn)展在科學(xué)和實(shí)踐上具有極其重要的意義,標(biāo)志著新一代海洋遙感時(shí)代的開啟。目前,我國尚未擁有面向?qū)嶋H應(yīng)用的海洋干涉測(cè)高衛(wèi)星。SWOT衛(wèi)星的成功經(jīng)驗(yàn)將為我國在這一領(lǐng)域的探索提供寶貴借鑒和啟示。
文章第一作者是徐永生研究員指導(dǎo)的聯(lián)培博士后王建波,徐永生為通訊作者兼共同第一作者。研究獲得了國家自然科學(xué)基金、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新等項(xiàng)目支持。
文章信息:
https://ieeexplore.ieee.org/document/10605836?source=authoralert
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