軍事氣象學論文范文

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【關鍵詞】普通氣象學概論教學；現代啟發式教學；創新教學；課程改革

普通氣象學概論作為氣象水文裝備國防生的一門專業課程，它是將物理學的基本定律、基本方程應用于大氣科學研究領域，研究大氣中發生的物理過程、解釋大氣中的物理現象。與其他課程相比，它具有多學科交叉的內容體系、較強的邏輯性、抽象性和廣泛的應用性，且對于初學者或非氣象專業人員而言，教材章節之間隱晦的邏輯關系難以發現。目前普通氣象學概論教學現狀是：（1）課時安排較少，學員的學習積極性及主觀能動性不高；（2）教學模式主要以講授式為主，注重強調知識的系統性，且理論知識與學員實際崗位需求相差甚遠；（3）學員僅滿足于完成課堂學習任務，自我要求不高，以及達成的學習目標不夠明確，缺乏學習興趣和熱忱，很少主動去發現和解決實際問題，這與培養適應軍隊信息化建設與聯合作戰需要的高素質氣象水文裝備人才的目標不相適應。那么如何在課時較少，課程內容理論化較強且較抽象的情況下，提高教學效果呢?筆者認為進行現代啟發式教學，激勵學員對本課程的學習興趣和內在動機，促進學員積極思維，并精心設計符合學員認知結構的現代啟發式教學流程調動學生學習的主動性和積極性，注重學以致用與用以促學，培養學員生成發現問題及解決問題的能力，同時更要掌握發現問題及解決問題的途徑，才是關鍵所在。

一、現代啟發式與傳統啟發式教學的聯系與區別

啟發式教學法簡而言之就是教師在教學過程中依據學習過程的客觀規律和學生的認知結構，引導學生積極主動地獲取和掌握知識的一種教學方法。它自我國古代的孔子，西方的蘇格拉底開始，至今已有兩千多年的歷史。隨著社會進步，科學技術傳承、創新、發展，人們又賦予它以新的內涵，因此形成了一種新的教學理念，即“現代啟發式教學”。現代啟發式教學不是對傳統教學的忽視和批判，而是繼承與創新；它繼承了傳統啟發式教學的精要所在：注重學生主體地位，重視個體差異，啟發誘導并因材施教，同時又豐富和發展了傳統啟發式教學。那么與傳統啟發式教學相比，現代啟發式教學到底有什么創新之處？對比結果[1]見表1。從表1中不難看出現代啟發式教學是一種符合現代教學規律的培養教育人的教學思想、原則和方法。它立足學生的認知水平，既注重知識的傳授，又注重能力培養，讓學生積極主動地獲取知識、發展能力，真正成為學習的主人，達到會學、創造性地學。借用我國近代偉大的教育家葉圣陶話說“教師的教學，不在于要學生搬去可以致富的金子，而在于給學生點金的指頭。教師不是給學生大量灌輸知識，而是將開發文化寶庫的鑰匙交給學生。”

二、理清教材內容，挖掘貫穿全書的隱晦邏輯

普通氣象學概論是研究地球大氣中的各種現象及其演變規律，這些現象包括物理的、化學的以及人類活動對大氣的影響，以及如何利用這些規律為人類社會和經濟發展服務。它實際上是物理學領域中一些最基本的理論或中心理論與大氣科學領域的交叉，其中包括靜力學、動力學、聲學、光學、電學（電荷，電流和電場）、電磁學（電磁輻射與電磁波）和熱力學等。課程教材依據學科架構章節安排如圖1所示，從圖1中可以看出，教材是根據學科自身的體系來闡述普通氣象學概論的主要內容，即熟知的“大氣科學+”的結構，物理學的各個基本領域只是其中一個加數，比如“大氣科學+”與動力學，簡單組合就構成大氣動力學基礎，注意這里“大氣科學+”與“+大氣科學”盡管兩者模式主體不同，但語義和內涵一致。雖然這種教材章節結構安排能夠滿足學科知識的系統性和完整性，但是考慮到學員的現有認知程度，接受知識方式、特點及困難程度，在演講式或講授式教學模式下很容易導致學員為學而學，單純為完成任務而學的狀態。故第一步必須理清教材內容，挖掘出適合初學者從事物外部入手，由簡單到復雜，由表及里探索知識的隱晦邏輯，然后在這個隱晦邏輯的指引下安排教學內容順序；并同時考慮學生的“最近發展區”，造成已有認知結構與所學普通氣象學概論知識之間中等程度的不符合，以維持學生探究知識的興趣和熱情，形成國防生學員學習知識和發展能力的最佳教學結構。課程內容教學順序調整如圖2所示。可見圖2明顯區別于圖1，它給出了一條氣象知識由淺入深、由表及里的認知邏輯。即對于初學者，首先學習和了解氣象領域的基本物理量、概念及方程，建立氣象專業的相關背景知識和基礎概念，這部分內容對應著教材的大氣概述章節；在此基礎上，學習和研究普通氣象學中最簡單的科學問題，也就是靜止條件下大氣狀態的變化和平衡規律問題。更進一步，考慮到靜止大氣不能刻畫千變萬化的運動大氣，所以必須研究大氣運動的相關問題，研究大氣運動從最簡單的水平運動開始，這部分對應教材的大氣動力學內容，然后研究大氣的垂直運動問題，即大氣熱力學。在認識這些基本規律后，需要研究導致天氣和氣候演變的基本物理過程，即輻射過程，對應于大氣輻射學。除卻以上宏觀科學規律外，還需要以熱力學和動力學為基礎研究云微物理學，它是人工影響天氣的理論基礎，即在特定的天氣背景條件和適當的云物理條件下，通過人工干預的方式對局部大氣微物理過程進行影響，使天氣向人們期望的方向發展，從而達到趨利避害的目的。最后，結合大氣中的光學、電學、聲學等自然現象，闡明其物理本質。綜上而言，改善后的教學順序存在一條邏輯主線，它對初學者認識和把握普通氣象學概論課程有重要意義。

三、把握認知結構，精心設計現代啟發式教學流程

當前現代啟發式教學更多的是一種教學理念，并無固定的教學流程或模式供借鑒，筆者站在非氣象專業初學者的立場，依據學員的認知結構，接受知識的方式、特點及困難程度，并結合《普通氣象學概論》教學內容提出了一種適合非氣象專業國防生學員現代啟發式教學理科教學模式，流程如圖3所示。它分為情景與意境創設、問題設計與引入、學員獨立思考、階梯式激發、主動獲取與吸收、誤區與盲區掃除、歸納與總結以及轉化與應用8個環節。下面結合課堂教學過程來闡述每個環節的具體應用。1.情景與意境創設：捷克教育家夸美紐斯曾說：“一切知識都是從感官開始的”。由此可見，直觀展現教學內容所表征的實際事物或者實際事物的相關背景可以使抽象的知識具體化、形象化，有助于學生感性認識的形成，并促進理性認識的發展。因此課堂教學實施的第一步就是結合教學目標，研究教材內容，根據每節課的內容、知識體系和學員起點，創設與當前學習內容相關的具有一定難度，需要學員努力克服，而又是力所能及的學習情境，激發學生的內在學習動機和熱情，引導學員帶著明確的求知欲望進入課堂。例如，在緒論中如何引導學生認識氣象學時，可安排學生觀看《后天》和《龍卷風》等電影建立學生關于氣象災害的感性認識或通過再現2016年6月24日發生在江蘇鹽城阜寧地區的強龍卷和2016年9月15日莫蘭蒂超強臺風登陸廈門等造成較大數量亡人和巨大經濟損失的實際氣象災害事件催生學員的學習情感和求知欲。2.問題設計與引入：格蘭特•威金斯說：“問題乃是通向理解之門”，即在所創設的情境框架下，依據教學目標選擇與當前教學內容密切相關的專業熱點、敏感性事件、事例或課題作為問題設計的核心內容，讓學員面臨一個需要立即去解決的問題。例如，在針對地轉風問題設計時，引入1986年4月26日切爾諾貝利發生核爆炸引起放射性物質擴散事例，試問距離切爾諾貝利以東2600公里的哈薩克斯坦會不會遭受核污染？如果會大約是什么時候？通過上述問題的設計與引入，學員立即面臨一個需要解決的問題。3.學員獨立思考：“學起于思，思起于疑”，由教員向學員提供解決該問題的有關線索，引導學員獨立思考，就是要使學員懂得思考些什么，怎樣去思考，如何判斷思考是否正確，如何歸納及利用思考得出的正確結果等，即通過“憤”“悱”情境催化，提高學員提出問題、分析問題和解決問題的能力。例如，上例核污染事件，學員需要思考自己應該用哪類知識認識和解決這個問題，以及現在自己是否具備相關知識，進一步刺激和催化學生的好奇心。4.階梯式激發：對于自然科學而言，通常僅通過學員獨立思考較難有效直面問題矛盾，尤其對于一個比較有價值的命題，其內容往往過于抽象或過程太過復雜，對于大部分學生而言都存在一定的思維難度，因此對這類問題的啟發往往最考驗授課教員的內功。階梯式激發正是解決這類問題的有效途徑，即將比較復雜的命題分解成若干個難度由淺入深、循序漸進的小問題，對于分解成的每一個小問題獨立啟發，各個擊破，從而使原問題得以解決，并從不同層次激發學員的思維積極性，讓學員在類比、辨析、遷移中學會解決問題的方法。例如上面核污染事件階梯式分成運動學問題、風壓定律問題、地轉風計算問題，通過3個小問題的解決，原問題就迎刃而解了。5.主動獲取與吸收：在實施現代啟發式教學過程中，教員結合講授過程，必須給學生提供專門的機會進行知識“組裝”，即綜合訓練。這一階段是完成由教員啟發轉向學員自我啟發的關鍵，是學員由“學會”到“會學”的轉換。教員可以通過和學員一起設計“自我提問”，使學員按一定的程序自己提問啟發自己，促進學員生成主動獲取與吸收知識的能力。6.誤區與盲區掃除：在課堂教學中，教員對于學員的思考過程，不能簡單僅給予“對”或“錯”的回答，而要結合大多數學員對于思考問題的綜合反饋，從中發現學員思維過程中的缺陷，然后給予恰如其分的指正。這樣，學員才能真正發現自己的問題所在，避免同樣的錯誤再次發生。與此同時，對于學員在思考問題時有意識地運用科學的思維方法時，要及時給予表揚和鼓勵，促進學員良好思維習慣的形成。例如，實施大氣狀態方程教學時，試比較在同溫同壓下，干空氣密度、水汽密度及濕空氣密度的大小，大部分學生會得出錯誤的結論，需要教員發現學員思維過程的盲區，并恰當的啟發，促進學員理性思維的形成。7.歸納與總結：教員應當結合課堂教學目標，引導與協同學生把現代啟發式教學所得到的結果組織成一個可理解的、有用的結論，并把它與相關信息結合起來，納入到學員的原認知結構中，而且應使學員體會到獲得成功的喜悅感，增進學生的智力開發，幫助學生獲得批判性思維與自主學習能力。8.轉化與應用：學以致用，用以促學。轉化與應用對現代啟發式教學提出了更高的要求，本環節主要依托任務啟發的方式，結合課后習題及前沿熱點事件，鞏固和提高學員發現問題及解決問題的能力，同時掌握發現問題及解決問題的途徑。如以往在普通氣象學概論教學中教員會布置有關專業方面的課程論文，大部分學生結論浮在表面，本環節嘗試將學生按單位所在地或工作崗位分組，讓學生自行搜集普通氣象學在軍事裝備、業務工作和生活需求等方面的實際應用，并根據所學知識和查閱文獻凝練出科學問題以及提出針對性的解決辦法，這樣學以致用、用以促學的方式極大地調動學生的積極性，有效提升學員解決實際問題的能力。

四、結語

本文主要結合普通氣象學概論教學實踐，從教材內容、教學目標和學員的實際知識結構出發，提出了一種有效進行普通氣象學概論教學現代啟發式教學改革的思路。總體而言，在理科基礎教學過程中采用現代啟發式教學已經是大勢所趨，值得在各種不同的課程中去應用和實踐。另外現代啟發式教學需要耗費教員大量的創造性勞動以及對教師的要求較高，因此需要教員在日常教學工作中注重積累、不斷總結和逐步完善，特別是挖掘大氣科學中高影響敏感事件和前沿熱點問題，靈活運用到教學過程中，以取得更好的教學效果。

參考文獻：

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關鍵詞：靜止衛星；水利；應用；水文水資源監測；災害監測；水利通信

中圖分類號：TP79；TV21文獻標識碼：A文章編號：1672-1683（2013）04-0134-06

地球靜止軌道衛星（以下簡稱靜止衛星）位于地球赤道上空距地面約36 000 km，軌道平面與赤道平面夾角為零，并且繞地球運行的角速度與地球自轉的角速度相同，故相對于地面靜止。由于靜止衛星與地球自轉的同步性，衛星可以實現連續對地觀測，在氣象、通信、軍事、農業、林業等行業都有較廣泛的應用，特別是在氣象和通信領域，已成為不可或缺的監測和數據獲取工具和平臺。

水利行業中許多領域都存在對靜止衛星的應用需求，如水資源日常監測、突發事件應急監測、災害監測預警等，但總體上對靜止衛星的應用仍處于起步階段，多局限于氣象預報產品應用等方面，應用范圍有待進一步拓寬，應用程度有待進一步深入[1]。

本文通過對現有靜止衛星主要參數和特點的歸納，以及對國內外靜止衛星水利應用的調研和分析，基于靜止衛星在我國水利行業的應用現狀，提出未來我國靜止衛星水利應用前景的設想和展望。

1國內外水利相關靜止衛星發展狀況

國外水利相關靜止衛星發展較早。1975年，美國率先實現了人類首顆靜止氣象衛星GEOS-1業務運行；1977年，日本第一顆靜止氣象衛星GMS-1發射；1978年，歐空局的Meteosat靜止氣象衛星首次實現了水汽通道圖像傳輸；1982年，印度第一代INSAT衛星發射，集通信、廣播和氣象探測于一身。

目前，美國的GEOS系列已經發展到了第四代，擁有更穩定的平臺，支持更新的成像儀、空間環境探測器（SEM）、垂直探測器和太陽X射線成像儀（SXI）。新一代的GOES-R系列也已提上日程，預計于2014年實現業務運行，將搭載先進的基線成像儀（ABI）和超光譜環境監測儀（HES），性能將大幅提升，在同步衛星監測領域繼續保持領先優勢。

日本的MTSAT-2和MTSAT-1R雙星在軌運行，互為備份，較上一代GMS-5的自旋穩定姿態控制不同，MTSAT采用三軸穩定方式，成像時間短、圖像信噪比、靈敏度高。

歐盟第二代靜止氣象衛星MSG-2替代了上一代Meteosat，雖然仍采用自旋穩定方式，但在傳感器通道數、空間分辨率、圓盤成像時間和量化級數上有了很大提高。MSG-3已于2012年7月發射，第三代靜止氣象衛星（MTG）將會在成像精度上和數據傳輸速率上有大輻改進，首顆衛星將于2018年開始服役。

俄羅斯在軌靜止衛星二代GOMS-N2和印度在軌靜止衛星INSAT-3D都采用先進的多通道掃描成像儀，擁有各自的特點。

我國水利相關靜止衛星發展起步較晚。1997年6月10日，我國第一顆靜止氣象衛星FY-2A正式投入使用，2004年10月FY-2C發射成功，實現業務化運行，比美國晚了整整29年，總體水平也只相當于美國20世紀90年代初的水平，據估計這樣的差距可能在風云四號才能趕上。不過風云二號也有很多自己的特色，尤其在圖像定位配準方面已經達到了世界先進水平。2006年12月，FY-2D靜止氣象衛星發射成功，與FY-2C星實現了雙星備份，主汛期每天每15分鐘可提供一張圖像。2008年12月，FY-2E星接替已經超期服役的FY-2C星繼續運行。這三顆星均采用自旋穩定的姿態控制方式，搭載5通道掃描成像儀和空間環境探測儀，但是和發達國家相比，還是有一定的差距。表1是各國靜止氣象衛星搭載主要荷載對比。

2.1靜止衛星在水利行業的可用性分析

2.1.1水利相關應用參數分析

隨著水利現代化的不斷深入，傳統水利監測手段已經無法滿足需求。在水資源監測方面，傳統水文監測只采集站點數據，且水文站網密度有限，展布到面后精度有一定不確定性。水旱災害監測也距實時、持續監測與預警的業務需求有一定差距。傳統水質監測能力也落后于管理需求，指標不夠全面，站點密度不夠，快速機動監測能力差，突發性水污染預警系統不夠完善。

極軌等高空間分辨率遙感衛星重訪周期長，幅寬窄，可能在區域性單次監測上精度較高，但在大尺度動態監測方面較為薄弱。靜止衛星可每30 min獲取一次影像，尺度可覆蓋全球，并且新一代靜止衛星多配置高分辨率多通道傳感器，將為水利業務監測提供多指標、真實可靠的實時監測數據，大幅提高日常管理和應急能力。

從GEOS-1只搭載單臺掃描成像儀，提供單一氣象資料，到如今搭載多種高分辨率空間探測器，并依托各國靜止氣象衛星建立起的全球靜止氣象衛星觀測系統，靜止衛星已實現為水文監測、重大水旱災害監測和實時水情數據傳輸提供動態數據和多種定量產品支持，表2是全球主要靜止氣象衛星的水利相關應用領域。除提供初級遙感信息外，靜止衛星還可提供多種定量產品，為水利行業提供更深入、針對性強的業務應用產品，表3是我國FY-2C衛星提供的水利相關定量產品。此外，靜止衛星還為水利部門提供相關數據轉發和衛星通信系統網絡支持，20世紀90年代，我國水利部就購買了亞洲二號半個轉發器，并以此為依托建立了水利衛星通信系統。另外，靜止衛星移動通信系統和全球導航系統也可應用于水利行業。靜止衛星移動通信系統主要有全球覆蓋的國際海事衛星（Inmarsat）通信系統和區域覆蓋北美的移動衛星（MSAT）通信系統、亞洲蜂窩衛星（ACeS）通信系統、瑟拉亞（Thuraya）衛星通信系統等。比較成熟的衛星導航系統有美國的全球定位系統（GPS）、俄羅斯的GLONASS和我國自行研制開發的區域性有源三維衛星定位與通信系統（CNSS），即北斗衛星導航系統。目前，為我國水利通信建設提供服務的靜止衛星系統主要是Inmarsat-C海事衛星系統和北斗衛星導航系統。

相對于傳統地面觀測和其它衛星在水利中的應用，靜止軌道衛星的主要優勢在于可以高時間分辨率探測信息，有效的動態跟蹤和監測大尺度系統的形成、發展及演變規律。一顆靜止軌道氣象衛星每30 min就能獲得近地球的氣象圖片資料，對水資源運行調度管理實時監測、水旱災害監測，洪水、暴雨和突發水污染事故應急監測以及水情數據轉發具有突出的能力。因此，靜止衛星在水利方面的應用有著廣闊的前景。

在水資源監測方面，傳統水文監測只采集站點的數據，擴展到面后精度不高，且許多地區水文站網密度不夠，甚至還存在無監測地區，降水、徑流監測和預報等技術手段尚不能完全不能滿足水資源評價、規劃與管理等方面的需求，而極軌等高空間分辨率遙感衛星由于重訪周期過長，幅寬較窄，可能在區域性水資源監測精度較高，但對于大尺度動態水資源監測方面較為薄弱。在水資源管理方面，由于人工側支循環，使得流域水資源的分配和轉換關系異常復雜，分配層次多，流域降水和徑流變化趨勢不同步，降雨徑流預報和水資源趨勢預測依然是世界級難題，滿足不了流域水資源配置和調度管理的需要。靜止軌道衛星每30 min就能獲得水文監測資料，尺度可覆蓋全球，相信配備高空間分辨率傳感器的靜止軌道衛星會在全球水資源領域有更深入的應用。

在水旱災害遙感監測方面的，我國雖已開展多年，但距實時、持續監測與預警的行業需求還有一定的差距。高分辨率的靜止軌道衛星數據，進一步提高業務化程度，以形成一套完整的水旱災害遙感監測產品。

2.2在水文水資源監測中的應用進展

2.2.1降水監測

降水是水文循環中的基本環節，在水資源評價、管理、水循環模擬等方面都有著大量的數據需求。從1978年美國人L.E.Spayd Jr.和R.A.Scofield[12]第一次基于GOES數據提出估算熱帶氣旋降雨量方法并業務化應用以來，不論是在理論還是手段上，基于靜止衛星的降水監測技術都已相當成熟，方法呈現多樣化。美國NOAA的NESDIS 發展了利用GEOS紅外資料估算降水量的系統并于1997年投入業務運用[13]，我國水利部信息中心也使用云分類方法對GMS衛星數字云圖估算面雨量[14]，張云惠、史可傳[15]基于GMS衛星云圖對哈密地區降雨進行估算，徐亮等[16] 基于靜止衛星氣象數字化產品采用多元決策加權法估算降雨，熊秋芬[17]提出了基于GMS衛星4通道資料的人工神經網絡技術估算降雨的方法，并進行了實例驗證。

為了彌補靜止衛星空間分辨率的不足和發揮其高時間采樣頻率的優勢，靜止衛星降水監測主要采用多種傳感器聯合監測的方法。現在水利行業應用較廣的全球降水監測數據集——全球衛星降水制圖（GSMaP） 和 GPCP就是多種傳感器聯合監測的成果。GSMaP 數據集采用的GEOS衛星的可見光/紅外數據，空間分辨率為0.03635°（在赤道上相當于 4 km） ，時間分辨率約為30分鐘，覆蓋區域為60°N ～ 60°S，在海洋上的監測效果最好，在高山上的表現最差。在陸地和海岸帶地區，GSMaP 數據難于識別強降水，同時低估強度大于10 mm/h 的降水。GPCP數據集主要數據源是GOES、GMS、Meteosat衛星，逐月、逐日和每5日降水分析資料空間分辨率分別為2.5°、1°和2.5°。

2.2.2土壤含水量與蒸散發監測

土壤含水量與蒸散發監測是水資源評價、管理中的重要一環，獲取實時連續監測數據是做好實時調度和管理工作的必要保障。靜止氣象衛星的紅外掃描輻射計在土壤墑情、溫度、溫度和植被監測方面均有所應用。趙長森等[18]提出了基于靜止衛星的陸面區域蒸散模型，并采用FY-2C數據對淮河流域蚌埠以上農業區進行了多時間尺度的區域耗水模擬，開創了利用靜止衛星模型模擬區域耗水的先河。裴浩等[19]借鑒極軌氣象衛星監測植被和土壤墑情的研究成果，采用GMS的多通道數據監測土壤墑情和植被指數。楊曉春[20]利用FY-2數據對土壤濕度進行模擬，并在多年干旱監測中得到了應用。

為了彌補靜止衛星在空間分辨率上的不足，舒云巧等[21]提出利用FY-2C結合MODIS產品估算河北灌溉農田實際蒸散量的方法，利用靜止衛星時間分辨率強的優勢，提高了遙感監測的質量。由于靜止衛星的紅外傳感器空間分辨率往往都是千米級的，因此，比較適于大、中區域尺度高時間分辨率的地表參數反演。張霄羽和王嬌[29]利用風云二號靜止氣象衛星數據，提出了多時相熱紅外/可見光反演地表水分的算法，在中尺度區域上定量化土壤表面含水量，并在中國西北地區進行應用，獲得了5 km×5 km空間尺度的日均土壤含水量，并且與先進的AMSR土壤水分產品相比，均方根誤差為0.025 g/cm3，最大估算誤差在0.07 g/cm3以內。這一研究為中尺度高時間分辨率土壤含水量產品的獲取提出了一種思路。

2.2.3冰雪監測

冰雪融量的計算是水文學上的一個重要問題，靜止衛星也在大尺度連續動態觀測冰雪上很有優勢，但由于空間分辨率較低，目前還處于初探階段。裴浩等[19]嘗試利用GMS可見光通道探測冰雪分布并取得了較好的精度。中國科學院冰川所利用氣象衛星云圖來計算雪被覆蓋的范圍、厚度、冰雪融量，并追索其連續演變，進行了祁連山冰川水文學的研究。

2.3在水旱災害監測中的應用進展

2.3.1洪災監測

靜止氣象衛星在全天候洪水監測和汛期降雨預報方面均有應用，是防洪減災輔助決策的重要信息來源。中國氣象局國家衛星氣象中心從20世紀80年代中期開展提供氣象衛星監測洪澇災害的科研服務，曾成功對1991年江淮大水、1996年華北水災以及1998年長江洪水等重大洪澇災害進行了監測[19]。王慶齋等[23]也根據GMS-5靜止氣象衛星數字化衛星云圖曲灰度分布，建立云頂溫度與地面實測降水關系曲線，實現對黃河流域汛期降水的預報。

2.3.2旱災監測

靜止氣象衛星監測旱情問題，已引起國內外學者的關注，并進行了一些研究嘗試。張元元[24]利用FY-2/VISSR數據生成PRETA干旱指數產品，應用于全國范圍的旱情連續監測，與極軌衛星同類產品相比，在監測范圍和頻次上都具有明顯的優勢，很好地反映了2009年秋季至2010年春季西南大旱的旱情時空變化。姬菊枝等[25]利用風云二號衛星并結合NOAA的數據用熱慣量法估計了2003年哈爾濱春季干旱受災情況，提出了防治措施。

2.3.3冰雪災害監測

靜止氣象衛星在重大冰雪災害也有一些應用。朱小祥等[26]利用FY-2C、D星結合modis數據在2008年南方雪災中向有關部門提供降雪天氣預報、受災區積雪覆蓋范圍等方面的遙感監測信息。

2.4在國內水利通信中的應用進展

靜止衛星在水利行業中的應用除包含靜止氣象衛星提供水利相關應用的直接產品外，還承擔著轉發水情數據、進行水利通信的任務。1991年，北京海事衛星通信系統（Inmarsat-C）地面站正式運行，開始承擔起用戶、衛星與移動終端之間水情數據轉發的任務，使得水情測報系統不受距離和下墊面條件的限制。我國自主研發的北斗導航系統也為水情部分流域的水情測報系統提供服務，承擔著部分水利衛星通信任務，具有覆蓋范圍廣、傳輸數據量大和成本低的優勢。此外，我國從1976年開始投資水利通信網。1994年，水利部一次性購買了亞洲二號的半個Ku波段轉發器，建設水利通信系統，經過十多年的努力，建立了以語音、數據、圖像為媒介的水利通信網。2008年，亞洲二號退役，水利部又租用亞洲五號Ku波段轉發器和亞太六號C波段轉發器，實現混網組合，組建了新一代的水利通信系統，并于2010年投入使用，提高了抗雨衰能力，EIRP和G/T指數值在邊遠地區比前代提高了16倍，增強了發射和接收能力。新系統集圖像、數據、語音和應急通信業務為一體，采用新型的DVB-S2通信體制，加大傳輸帶寬，充分提高衛星信號傳輸能力，滿足了防汛、抗旱衛星通信需求，有效保證了水利通信系統的業務應用。

3存在問題與展望

靜止衛星自身雖然有覆蓋范圍廣、成像周期短、資料來源均勻、連續、實時性強、成本低等先天性優勢，但犧牲了傳感器精度、荷載和傳輸速率等條件，造成業務應用面窄和深化程度不夠的問題。因此，靜止衛星在水利行業得到廣泛應用還需要解決以下幾個問題。

（1）提高衛星穩定性，保證監測數據的持續穩定獲取。我國的FY-2號還采用自旋穩定姿態控制方式，衛星運行穩定性差，數據噪點多，難以實時穩定更新，改進靜止衛星姿態控制方式，提高傳感器靈敏度和穩定性，是保證監測數據高質量持續穩定傳輸的有效手段。

（2）提高傳感器性能，滿足行業應用精度要求，深化業務應用。目前水利行業采用的靜止衛星數據源大多空間分辨率和光譜分辨率較低，離行業應用的精度要求尚有一定距離，另外，有效荷載種類過少，監測范圍不足，相關應用領域較窄，需加大高軌、高分辨率傳感器的研發投入，深化業務應用，在保證靜止衛星同步、大尺度觀測特性的同時，開展新型傳感器的研究，擴展監測領域，進行精細化研究，提高傳感器觀測精度，保證行業應用的可靠性。

（3）做好與傳統地面監測數據的協同應用。不管是單一靜止衛星遙感監測數據，還是傳統地面監測數據，都在反應真實水利應用狀況時存在優缺點，做好和地面觀測數據同化處理，實現與傳統地面觀測技術的結合應用，才能提供更加全面、真實、精確地監測數據。

（4）做好與高空間分辨率數據源的同化應用。靜止衛星可提供全天候、大尺度的遙感監測資料，但不足之處是空間分辨率較低，數據精度有限，做好靜止衛星數據與高空間分辨率遙感衛星數據的協同應用，是保證數據精度的發展方向之一。

目前，靜止衛星在水利方面的應用還僅限于一些氣象水文信息、水旱災害的初級監測和水情的轉發，像水土流失、水環境狀況、灌溉面積監測、水利工程監測等更多水利信息的獲取應用還不深入，并且由于應用理論水平的限制，也不能完全滿足業務需求。但是，在高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率為代表的新型傳感器的研發和高穩定姿態控制技術的發展下，隨著數據傳輸能力的提高、地面數據處理技術的發展，靜止衛星數據與傳統監測數據和高空間分辨率數據的同化技術的深入研究，靜止衛星數據的應用水平將不斷提高。近期，依托高分辨率對地觀測系統重大專項，我國將發射一顆高空間分辨率的光學靜止衛星，將在衛星姿態控制和傳感器物理指標上有重大突破，會大幅提升靜止衛星的空間監測能力，為地表水體變化、水利工程運行狀態監測、農作物長勢監測以及水旱災害監測與預警、突發水污染事件和其他突發災害應急監測提供更加全面的監測數據，相信會更加深化靜止衛星數據在水利行業的應用水平。

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篇3

中圖分類號：P715.4+1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）15-0160-01

近年來，隨著海洋經濟的迅猛發展，世界各國不斷出臺海洋法規與政策，積極投入到海洋創新體系的建設中。雖然我國在國家海洋中心建設、國家及地方海洋產業集群發展、海洋科技創新管理體系和機制建設等方面已經取得一些成績，但相比其他海洋大國和強國，我國的國家海洋創新體系建設和相關研究還處于初級階段，海洋對于經濟發展和強國戰略的支撐還十分有限，為了整合現有海洋科技資源，打通海洋強國戰略需求和海洋研究開發的脈絡，建立富有活力和路徑創新突破能力的國家海洋創新體系，我們需要積極借鑒世界主要海洋國家的建設經驗。

1 澳大利亞

澳大利亞是典型的海洋大國，作為國家創新體系的重要組成部分，海洋創新體系已經發展比較成熟，并且被納入國家創新體系框架。澳大利亞海洋領域的創新驅動包括氣候變化、海洋資源的可持續利用、維護海洋生物多樣性、沿海地區發展和國家安全五個方面。當前專屬經濟區的可持續利用和保護是澳大利亞國家創新的重點[1]。當前，澳大利亞海洋創新也面臨一系列挑戰：海洋研發基礎設施不足；體制的發展和演變有待加強；海洋人才供應不足；海洋產業面臨調整和轉變；海洋研發中的聯網與合作。

為了解決經濟、環境和社會方面的挑戰并且保護其海洋領土日本，澳大利亞需要以連貫性、綜合性和前瞻性的方式進行海洋研發和創新。海洋研發和創新主要涉及知識生產、知識應用、擴散與吸收三方面。在澳大利亞創新周期的“知識生產”部門，發達的海洋研發占據重要一席。海洋研發主要通過政府資助的五個研究機構（AIMS， CSIRO， BOM， GA和AAD）進行，同時，具有國際競爭力的大學也參與其中。但是由于一些地區受到基礎設施和資源的約束，海洋研發的效益正不斷減少。在“知識應用”方面，主要的海洋研發機構及成果應用者之間的協作已經卓有成效。在特定領域內（如政策、海洋預報、世界文物古跡區的管理和海洋資源的勘探等）海洋研發成果的吸收是非常高的，但是受到海洋環境的限制，很多仍處于未知或開發不佳狀態。從海洋研發領域向其他組織和產業界進行創新擴散在某些領域是很普遍的，如海洋氣候、海洋保護區與西北大陸架的探索等。然而，在其他領域（如旅游、航運、海洋休閑、海洋生物技術和海岸帶發展）海洋部門的分散性限制了創新的傳播與吸收。

2 美國

憑借優越的海洋自然環境、強大的綜合國力，美國在海洋學、海洋政策和海洋管理領域一直處于世界領先地位，并且多次在海洋領域的創新發展中起到里程碑作用，為其海洋霸權戰略奠定了可靠基礎。美國著名的海洋科學研究機構有太平洋海洋環境實驗室、大西洋海洋學與氣象學實驗室、伍茲霍爾海洋研究所、斯克里普斯海洋研究所等，這些科研機構擔負了美國海洋科技創新的重要使命，為海洋科技創新貢獻了巨大力量。

進入21世紀，美國加快了海洋開發與科技發展的步伐。美國海洋政策委員會于2004年提交的《21世紀海洋藍圖》和接下來的實施的《美國海洋行動計劃》是對美國30多年海洋政策綜合評價、經驗教訓的總結，尤其是在加強海洋管理，調整海洋管理體制，增設高層次的國家海洋委員會，加強海洋行政主觀部門的職能；建立海洋政策信托基金，大幅度增加對海洋的資金投入；以及加強政府人員和公眾及學校的海洋意識教育等方面特別值得我國參考借鑒。2007年的“繪制美國未來10年海洋科學發展路線――海洋科學研究優先領域和實施戰略”指出，未來10年海洋科學優先發展領域包括：自然和文化的海洋資源管理；對自然災害的恢復能力；海上作業；海洋氣候系統；海洋生態系統，海洋與人類健康[3]。

3 日本

日本是一個島國，專屬經濟區水域面積約為陸地面積的12倍。日本經濟、社會發展高度依賴海洋，海洋產業加上臨海產業總產值占日本國內生產總值的一半，經過多年的積累，日本在海洋開發、科研和海上軍事力量方面已經堪稱海洋強國。

面對資源環境約束的日益加大，日本在創新海洋體系建設方面也面臨巨大壓力。日本政府在海洋創新方面不斷進行新的嘗試。從沿海50米水深的海域到離岸10千米的陸域日本，日本海洋利用已經實現了空間集約發展，成為海洋空間利用程度最高的國家。政策法規方面，“21世紀日本海洋政策”提倡要堅持海洋科學研究、海洋開發利用和生態環境保護平衡發展的原則執行海洋政策。2004年日本第一部海洋白皮書，提出對海洋實施全面管理。2006年日本海洋政策研究財團和日本海洋法研究會提交了《日本海洋政策大綱：以新的海洋立國為目標》和《日本海洋基本法草案概要》，論述了在海洋問題上日本應選取的道路，提出海洋基本法的制定要以新的海洋立國為目標。2007年4月，日本國會審議通過了《海洋基本法》。日本海洋法規的不斷出善和政策上的銜接，為海洋創新提供了有力保障。

近年來，日本的海洋研究創新比以往任何時期進行著更為徹底的改變。在日本國家創新體系建設中，政府研發資金的60%以上資助給非大學科研機構，而大學科研經費的百分之二十來自工業項目資助，產業研發的一小部分（2001年所占比例為1.4%）是由政府資助的，金融危機以后產業研發速度開始放緩[5]。作為國家創新體系建設的重要組成部分，日本海洋科學研究由大學、政府部門及相關產業承擔。其中政府部門科研主要集中于海洋科學技術中心。該中心承擔者研究開發、設施配給、知識培訓和信息處理的職責。作為日本海洋領域的一個“問題解決型”科研機構，由日本國家財政支持建立的國家海洋研究所（NMRI）憑借在專業知識、研究設施和技術能力上的優勢，為政府和社會提供高質量的服務，包括擬定日本和國際的海洋技術標準、保護海洋環境、創新海洋技術、確保海洋運輸安全等。2010年是NMRI實施第二個中期計劃的最后一年（NMRI的中長期戰略如圖1所示），作為對政府政策的緊密配合，NMRI在2010年的關鍵研究課題主要集中在溫室氣體的減排和排放標準制定、海上事故的技術分析、日本專屬經濟區的發展、以及技術的轉移方面[6]小論文。為促進學術界與產業界的合作交流，日本政府在許多地區建立了“創新集群”（innovative clusters）。“創新集群”的設立旨在連接區域的創新參與者，這在很大程度上為當地經濟發展和就業機會的增加做出了貢獻。除了推動產學互動，“創新集群”也積極鼓勵當地企業與分包商之間的合作。實踐證明，這種創新模式的實施已經形成取得很好的效果。

4 總結