膠州灣海洋航空遙感實驗
——中國海洋遙感研究的開端

膠州灣海洋航空遙感實驗
——中國海洋遙感研究的開端

“Remote Sensing”即“遙感”一詞, 最早來自于西文。在西方社會, 在20世紀六七十年代該詞已經被科學家廣泛接受、大量使用。但在當時有著特殊政治、經濟和社會環境下的中國, 外文文獻, 即便是科技文獻也是少之又少。為此, 當人們第一次接觸到該詞時, 的確有點“不知所措”。翻閱我國早期的科技論文文獻, “Remote Sensing”一詞的翻譯可以說是五花八門, 有叫“遠視”, “遙視”, 也有叫“遠觀”者等等, 最后, 基本上將“Remote Sensing”一詞統一稱為“遙感”的時間應該大約是在 80年代中后期。當然, 也伴隨著其科學技術的發展和進步一起走過了它的童年、青年和壯年。在中國科技發展史上留下了它濃墨重彩的一筆。

在中國科技發展史上, 特別在中國海洋遙感科技發展史上, 海洋遙感也和其他學科一樣走過了漫長的探索歲月,歷經了從無到有, 發展、壯大的艱難歷程; 歷經了由最初的目視判讀到定性和半定量時代, 到現在的數值和定量遙感時代。中國海洋遙感也已經由最初靠僅利用國外氣象衛星資料進行有限的目視判讀、定性描述, 跨越發展到現在已經擁有自主產權的“海洋-1號”衛星; 從只能利用NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)氣象衛星圖像進行海洋風場、浪場、溫度場、海冰和流場定性研究和人工信息解譯, 發展到現在計算機自動解譯與識別, 海洋信息的模式定量反演、提取; 從僅用于地理信息的識別與地貌信息特征佐證, 發展到現在的空間三維制圖、自動分類、動態監測、深海地形反演和海洋環境的實時監測; 發展到現在的工程前地質地貌調查、環境評價、功能區劃和海洋赤潮、風暴潮、海冰等災害的實時監測, 為國家經濟、社會發展, 領導科學決策與科學管理提供了海量、實時的監測數據, 取得了巨大的經濟效益和社會效益。為此, 也贏得了國內、外同行的贊譽。

所有這些成績的獲得, 無不讓我們歡欣鼓舞, 為之驕傲。

追憶海洋遙感研究的歷史與發展, 有兩件事是值得記述的, 它就是具有劃時代意義的開場篇——“膠州灣海洋航空遙感實驗”和國家海洋局第一海洋研究所“海洋遙感組”的成立。它的出現, 標志著中國海洋遙感研究時代的開始。正由于這兩件事的出現, 才使中國海洋遙感研究組織像雨后春筍一般, 發展壯大, 遍及全國大江南北; 正由于這兩件事的出現, 才使遙感技術在中國海洋研究中得到了更加深入的應用, 得到了應用領域的空前拓展, 以致在今天才有更多國家級大型和重大課題與任務出現在更高層面上。然而, 追述那發生在30年前的日日夜夜仿佛就在眼前。

空間遙感從早期單純軍事、政治意義上的空間技術展示與競爭走向民間、經濟與社會是以美國 NOAA系列氣象衛星的空間運行, 接受頻道、解碼的世界公開, 向世界各國提供全天24小時氣象衛星云圖為標志。它的出現, 將人們從原有的水平視覺直接帶入到幾十乃至上百或上千公里的空間; 它的面世, 從此世界任何地區再也沒有一次颶風或臺風或其他惡劣天氣由于監測視野的局限被漏報,沒有一次被惡劣的颶風或臺風突襲, 而人們竟全然不知;它的面世, 使人們真正從空間看到了我們生存的地球, 看到了覆蓋地球表面70%多的海洋, 看到了覆蓋在陸地、海洋上空的大氣運動; 當然, 也看到了海洋中更為詳盡的環境狀況以及在復雜動力環境影響下的多種海洋學現象。盡管它現在所攜帶的傳感器有限, 分辨率和全天時監測能力還遠遠滿足不了人們日常生活和經濟社會發展以及科學研究的需要, 然而, 它真正的科學價值在于, 它改變了人們的常規思維, 完成了人們幾百乃至上千年夢寐以求的“更上一層樓”俯視群山巍峨、群雄逐鹿的愿望, 實現了人們思維方式的歷史性跨越。它必將推動科學技術, 推動相關科學的發展與進步。

然而, 在20世紀60～70年代, 在東方這片古老文明的大地上, 由于政治的原因, 未能將國際上這一重大轉變和技術革命給予足夠的重視。1978年, 是中國改革開放的初年, 思想上撥亂反正, 事業上百廢待興, 人們在思想意識上也從單純的“政治掛帥, 重革命、輕生產”開始了向兩者并重或向重生產的方向轉變, 科研戰線也是如此。在那個動亂和彷徨的年代, 盡管科研并不是科研人員的第一要務, 但是, 仍然有那么一些人, 在有限的科技文獻中, 洞察到了國際上科技發展的未來和前沿; 洞察到了遙感技術必將在海洋學和環境科學研究中發揮更大的作用; 覺察到在不遠的將來, 海洋的空間遙感時代即將拉開帷幕。為此,幾經周折和反復的科學論證, 于1978年3月由曾榮(時任所長)、劉寶銀和鄭全安同志發起, 經國家海洋局第一海洋研究所黨委研究批準, 成立了中國最早的專業研究海洋遙感的科研組織——“海洋遙感組”。她的誕生, 標志著中國海洋遙感正式走上了科技舞臺。月余, 筆者有幸加入其中,當時全組共有6人, 他們是鄭全安、劉寶銀、薛德鏞、張國才、吳永森和于衍桂, 其專業分別來自微波、光學、電子技術, 地理學、海洋與氣象。

隨著組織的健全, 人員的不斷加入, 研究工作的不斷的深入, 在分析國外現有技術發展的基礎上, 結合國家當時對環境監測和海洋管理與研究的重大需求, 科學論證并選擇的第一個研究突破點就是： 海上油溢航空遙感監測。在國家海洋局和有關部門的大力支持下, 經過長達1年多的技術準備, 包括不同油種的光譜實驗, 油膜水面擴散的模擬實驗, 機上航空遙感儀器的調試、標定、光譜實驗和現場實驗區實驗時機的選擇等, 最后決定, 于1979年9月上、中旬擇機在膠州灣及其鄰近海域進行海上油溢航空遙感模擬實驗。

實驗于1979年9月9～17日在膠州灣和膠南進行。實驗分4個組, 即指揮組、機上技術組、海上現場實驗組和后勤保障組。除機上技術組組長由專業技術人員擔任外,其他3個組組長分別由久經戰爭沙場的老領導擔任。他們分別是, 指揮： 王頤楨(時任副所長); 海上現場實驗總負責： 王殿首(時任所科技部部長); 后勤保障組組長： 陶魁武; 機上技術組組長分別為： 鄭全安和史長青; 海上現場實驗環境參數和油溢布控監測、數據處理由吳永森負責。執行這次飛行任務的飛機是國產直五型直升飛機(圖 1),由北航某團機務組執行該飛行任務。機上裝載的實驗傳感器有： 航空相機、微光閉路電視、紅外測溫儀和成像微波輻射計等。實驗分為兩個實驗海區： 膠州灣和膠南大江口實驗區。實驗共計飛行11個航次, 多個航高, 飛行時間長達十幾個小時。海上任務由國家海洋局北海分局“海調-101”和“向陽紅-08”船承擔和國家海洋局第一海洋研究所 20余位科研人員執行海上監測、觀測和實驗用料布放任務。

“長鷹, 長鷹, 我是黃河, 聽到請回答”。1979年9月 9日, 晴空萬里, 只有微風拂過海面, 蕩起層層漣漪,在潮汐的作用下, 周期性地運動著。時值中午12時, 一束清脆的電波劃破了長空。隨著指揮部一聲呼叫, 中國海洋遙感研究時代的第一道序幕迅即拉開了。

“黃河, 黃河, 我是長鷹。長鷹一切準備就緒, 原地待命。”

“黃河明白。”

“黃海, 黃海, 我是黃河, 聽到請回答。”

“黃河, 黃河, 我是黃海, 黃海已經到達指定海域,一切準備就緒, 原地待命。”

“黃河明白。”

“長鷹, 長鷹, 我是黃河, 按預定時間準備起飛, 航向： 指定海域。”

“長鷹明白。”

“黃海, 黃海, 我是黃河, 長鷹將按預定時間起飛,黃海要按預定時間進行海上測量、按預定方案在預定方位、用量布放實驗用油并進行現場記錄。”

“黃海明白。”……

隨著飛機馬達一聲急促的加油聲, “長鷹”旋即離開了流亭機場, 飛向了藍天, 飛向了指定海域……

在完成可見光、熱紅外、微波, 閉路電視系統等載航儀器的各項航空實驗任務后, 隨著“飛鷹”最后一個航次的歸航和成功降落, 連續 8天的海-空同步航空遙感實驗圓滿地畫上了句號。

通過海-空海洋航空遙感實驗, 在中國第一次獲得了現場條件下的大面積海上溢油海面擴散、漂移和油膜的海-空現場同步實驗數據; 第一次展現了從空間觀測并記錄下的膠州灣海面波浪、海島形狀與分布等高分辨率信息; 獲得了有關海洋環境污染、工廠或船舶排污、海岸帶變遷、圍墾改造、開發利用等方面的直觀信息、資料。同時, 也使人們真正認識到, 航空遙感技術可以應用于海洋科學的研究中, 特別是在海洋環境、潮間帶和淺海地形的監測,海岸帶規劃、開發管理以及海洋學動態參數等的實時、快速監測、數據提供, 決策咨詢等方面具有突出重要的意義。在這些領域, 航空遙感技術遠距離探測、同步、快速、大范圍、地面和光譜分辨力高、機動靈活等特點可以得到充分的發揮, 可以解決傳統方法無法解決和難以解決的問題。

實驗的成功, 不僅拉開了中國海洋遙感研究的第一道序幕, 也標志著中國海洋遙感技術真正從理想走向了現實, 從理論走向了實際, 標志著中國真正海洋遙感時代的開始。

30年, 彈指一揮間。回眸海洋遙感研究曾經取得的每一項成就和進步無疑使人感到振奮。時下, 歷史的快車已經入了 21世紀, 科學技術也進入了日新月異、高速發展的時代,在這個百舸爭流的年代, 相信海洋遙感和其他科學技術一樣,必將伴隨著共和國的前進步伐走向更加輝煌的明天。

G322.9

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1000-3096(2010)03-0092-02

圖1 膠州灣航空遙感實驗用直五型直升飛機

國家海洋局第一海洋研究所 吳永森

(本文編輯： 劉珊珊)