實(shí)際上，人類現(xiàn)在已經(jīng)能預(yù)測(cè)不少自然災(zāi)害了，而這些預(yù)測(cè)能力的獲得，都是長(zhǎng)期探索和實(shí)踐的結(jié)果。

大氣層內(nèi)盡知曉

到目前為止，人類已經(jīng)通過(guò)氣象衛(wèi)星能做到不間斷地跟蹤大氣變化。其中，會(huì)造成嚴(yán)重后果的臺(tái)風(fēng)、熱帶風(fēng)暴、颶風(fēng)、沙塵暴、寒潮等災(zāi)害，都可以實(shí)時(shí)跟蹤、及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。我國(guó)學(xué)者還曾經(jīng)利用氣象衛(wèi)星對(duì)積雪進(jìn)行過(guò)測(cè)量和計(jì)算。這對(duì)祁連山、天山等高度依賴融雪灌溉的農(nóng)業(yè)區(qū)有重要意義。

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，大氣災(zāi)害的定義范圍也越來(lái)越廣，包括霧霾在內(nèi)的很多污染也被歸類于災(zāi)害，氣象衛(wèi)星同樣能夠在這些方面發(fā)揮重要作用。

在許多地方，災(zāi)害都是由大量集中的降水導(dǎo)致的。例如洪水、泥石流和城市內(nèi)澇都是如此。因此，人們正在對(duì)降水現(xiàn)象做更加深入的研究，試圖找到它的機(jī)理。美國(guó)和日本聯(lián)合發(fā)射的熱帶降雨觀測(cè)衛(wèi)星就是一種專用的降水觀測(cè)衛(wèi)星。

其實(shí)，氣象監(jiān)測(cè)也可以通過(guò)另一種方式進(jìn)行，就是測(cè)量導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的變化。人們?cè)谘芯縂PS導(dǎo)航衛(wèi)星應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，空氣中的水汽含量、溫度、氣壓都會(huì)影響導(dǎo)航信號(hào)的傳播。這是無(wú)線電信號(hào)傳播的特性決定的。因此，人們一方面要設(shè)法消除空氣對(duì)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星傳播的不利影響，另一方面也可以通過(guò)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)傳播變化來(lái)測(cè)量大氣的一些參數(shù)。美國(guó)一家名為斯派爾的創(chuàng)業(yè)公司就打算發(fā)射全球覆蓋的小衛(wèi)星星座，利用GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)提供專業(yè)化的天氣預(yù)報(bào)。

需要注意的是，氣象衛(wèi)星的發(fā)展經(jīng)過(guò)了相當(dāng)長(zhǎng)的周期，世界上最早的氣象衛(wèi)星——美國(guó)泰羅斯一號(hào)發(fā)射于1960年4月。此后，美國(guó)經(jīng)過(guò)數(shù)代衛(wèi)星的發(fā)展，才達(dá)到了今天的水平。中國(guó)也是先后發(fā)射了極軌氣象衛(wèi)星和靜止軌道氣象衛(wèi)星各兩代，才實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)化運(yùn)行的氣象衛(wèi)星體系。

除了氣象衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星也是災(zāi)害監(jiān)測(cè)“小能手”。海洋衛(wèi)星包括海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋環(huán)境衛(wèi)星。不被大家熟知的是，海洋衛(wèi)星會(huì)監(jiān)測(cè)一些專業(yè)性的數(shù)據(jù)，比如測(cè)量對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)有影響的葉綠素、溫度、風(fēng)速、鹽度等。如果這些數(shù)據(jù)發(fā)生嚴(yán)重異常，未必會(huì)立刻、直接影響人的生命安全，卻會(huì)影響漁業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)而影響到人們的“菜籃子”。

長(zhǎng)期防災(zāi)也重要

隨著高分辨率遙感衛(wèi)星的普及，人們對(duì)自己居住的陸地越來(lái)越熟悉，對(duì)災(zāi)害的研究也越來(lái)越深入。

一般來(lái)說(shuō)，高分辨率衛(wèi)星在長(zhǎng)期防災(zāi)方面是能手，但其很難直接用于災(zāi)害的短臨預(yù)報(bào)。這里有兩個(gè)方面的因素。首先，遙感衛(wèi)星只在固定的時(shí)間飛過(guò)某個(gè)地區(qū)上空。作為太陽(yáng)同步軌道的遙感衛(wèi)星，星下點(diǎn)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間永遠(yuǎn)是上午10點(diǎn)前后，每天最多只有一次觀測(cè)機(jī)會(huì)。這就意味著很難進(jìn)行災(zāi)害的短臨預(yù)報(bào)。

另外，全球性遙感星座的建設(shè)會(huì)大幅度提高時(shí)間分辨率，而破壞性的自然災(zāi)害往往由氣象因素引發(fā)，這并不是高分辨率遙感衛(wèi)星的專長(zhǎng)。

因此，遙感衛(wèi)星在防災(zāi)方面更重要的作用是預(yù)先探查一個(gè)地區(qū)的地理、地質(zhì)條件，結(jié)合多方面信息，為土地規(guī)劃、工業(yè)布局、交通管理提供決策依據(jù)，為長(zhǎng)期防災(zāi)做貢獻(xiàn)。

“凝視衛(wèi)星”有前途

從傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，遙感衛(wèi)星的分辨率雖然高，卻都部署在低軌道上，通過(guò)任何地區(qū)時(shí)都是一掠而過(guò)。

部署在靜止軌道上的氣象衛(wèi)星雖然可以凝視地球，但分辨率都是以公里計(jì)算的。能不能把兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)呢？

我國(guó)在2016年發(fā)射的高分四號(hào)衛(wèi)星就部署在靜止軌道上，可以用50米的分辨率凝視某個(gè)地區(qū)，單幅照片的覆蓋范圍是16萬(wàn)平方公里。這樣的衛(wèi)星，在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)、林火災(zāi)害監(jiān)測(cè)、地震構(gòu)造信息提取等方面，可以提供遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星或者氣象衛(wèi)星的信息。

隨著技術(shù)的發(fā)展，或許靜止軌道遙感衛(wèi)星的分辨率會(huì)一進(jìn)步提高，達(dá)到米級(jí)，甚至更高。這樣，就可以為災(zāi)害預(yù)報(bào)和監(jiān)視提供更有力的手段。

地面之下不易看

地表之下的監(jiān)測(cè)就是衛(wèi)星的弱項(xiàng)了。雖然合成孔徑雷達(dá)可以觀察淺地表下的情況，但對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)所需要的深層次觀測(cè)卻很難實(shí)現(xiàn)，對(duì)地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)就更難了。

曾經(jīng)有學(xué)者提出，地震發(fā)生前，震中附近會(huì)發(fā)生局部地表溫度升高的現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)有學(xué)者針對(duì)這個(gè)理論進(jìn)行了深入研究，并且利用遙感衛(wèi)星的紅外相機(jī)進(jìn)行了一些實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了成功的預(yù)報(bào)。但是這項(xiàng)技術(shù)同樣存在很多問(wèn)題。例如，紅外遙感容易受到云層遮擋的影響，并不能作為一種不間斷監(jiān)測(cè)的手段。

當(dāng)然，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害，衛(wèi)星可以用一種間接的方式來(lái)“看”，這就是衛(wèi)星定位形變監(jiān)測(cè)技術(shù)。如今的衛(wèi)星定位接收機(jī)已經(jīng)能夠達(dá)到厘米級(jí)，甚至更高的精度。如果把高精度接收機(jī)安裝在巖石或者建筑物上，牢固地連接起來(lái)，就能測(cè)量巖層或建筑物的微小形變。一旦形變幅度超過(guò)警戒線，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

但是，如果需要監(jiān)測(cè)的面積很大，就需要部署大量的接收機(jī)，這對(duì)于大面積山地監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的。因此，人們發(fā)明了一種叫做邊坡雷達(dá)的設(shè)備，它并不是裝在衛(wèi)星上，而是用汽車運(yùn)載，可以靈活機(jī)動(dòng)地到需要的地方，用雷達(dá)波照射山坡、礦石堆、煤堆、渣土堆等大尺寸對(duì)象。因?yàn)榫嚯x近，所以雷達(dá)波可以探測(cè)到比較深的位置。一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)部形變超過(guò)安全限度，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

通信衛(wèi)星也重要

上述所有衛(wèi)星只是部署在空間的敏感器，更多的數(shù)據(jù)分析和判斷決策工作，還需要在地面上做出。如何把探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送回分析部門和指揮部門，就需要通信衛(wèi)星發(fā)揮作用了。

在很多時(shí)候，并不需要傳輸大量的視頻、音頻或者圖片，幾個(gè)參數(shù)就足夠指揮部門作出決策。因此，災(zāi)害預(yù)警用到了多種多樣的通信衛(wèi)星。除了傳統(tǒng)的靜止軌道通信衛(wèi)星，還可以使用低軌道的數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星或者導(dǎo)航衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸功能。

當(dāng)然，如果需要傳回合成孔徑雷達(dá)的圖像，就一定要用到寬帶衛(wèi)星了，這對(duì)于無(wú)人機(jī)和遙感飛機(jī)來(lái)說(shuō)是非常必要的功能。它們可以一邊飛一邊傳輸，否則就必須回到機(jī)場(chǎng)再把數(shù)據(jù)記錄設(shè)備送到分析中心，會(huì)耽誤不少時(shí)間。

因此，無(wú)論地震還是臺(tái)風(fēng)，把現(xiàn)有的數(shù)據(jù)用好，從現(xiàn)有的使用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提取出對(duì)新一代衛(wèi)星系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的需求，才能更好地為防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。