军事气象学论文范文

导语：如何才能写好一篇军事气象学论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】普通气象学概论教学；现代启发式教学；创新教学；课程改革

普通气象学概论作为气象水文装备国防生的一门专业课程，它是将物理学的基本定律、基本方程应用于大气科学研究领域，研究大气中发生的物理过程、解释大气中的物理现象。与其他课程相比，它具有多学科交叉的内容体系、较强的逻辑性、抽象性和广泛的应用性，且对于初学者或非气象专业人员而言，教材章节之间隐晦的逻辑关系难以发现。目前普通气象学概论教学现状是：（1）课时安排较少，学员的学习积极性及主观能动性不高；（2）教学模式主要以讲授式为主，注重强调知识的系统性，且理论知识与学员实际岗位需求相差甚远；（3）学员仅满足于完成课堂学习任务，自我要求不高，以及达成的学习目标不够明确，缺乏学习兴趣和热忱，很少主动去发现和解决实际问题，这与培养适应军队信息化建设与联合作战需要的高素质气象水文装备人才的目标不相适应。那么如何在课时较少，课程内容理论化较强且较抽象的情况下，提高教学效果呢?笔者认为进行现代启发式教学，激励学员对本课程的学习兴趣和内在动机，促进学员积极思维，并精心设计符合学员认知结构的现代启发式教学流程调动学生学习的主动性和积极性，注重学以致用与用以促学，培养学员生成发现问题及解决问题的能力，同时更要掌握发现问题及解决问题的途径，才是关键所在。

一、现代启发式与传统启发式教学的联系与区别

启发式教学法简而言之就是教师在教学过程中依据学习过程的客观规律和学生的认知结构，引导学生积极主动地获取和掌握知识的一种教学方法。它自我国古代的孔子，西方的苏格拉底开始，至今已有两千多年的历史。随着社会进步，科学技术传承、创新、发展，人们又赋予它以新的内涵，因此形成了一种新的教学理念，即“现代启发式教学”。现代启发式教学不是对传统教学的忽视和批判，而是继承与创新；它继承了传统启发式教学的精要所在：注重学生主体地位，重视个体差异，启发诱导并因材施教，同时又丰富和发展了传统启发式教学。那么与传统启发式教学相比，现代启发式教学到底有什么创新之处？对比结果[1]见表1。从表1中不难看出现代启发式教学是一种符合现代教学规律的培养教育人的教学思想、原则和方法。它立足学生的认知水平，既注重知识的传授，又注重能力培养，让学生积极主动地获取知识、发展能力，真正成为学习的主人，达到会学、创造性地学。借用我国近代伟大的教育家叶圣陶话说“教师的教学，不在于要学生搬去可以致富的金子，而在于给学生点金的指头。教师不是给学生大量灌输知识，而是将开发文化宝库的钥匙交给学生。”

二、理清教材内容，挖掘贯穿全书的隐晦逻辑

普通气象学概论是研究地球大气中的各种现象及其演变规律，这些现象包括物理的、化学的以及人类活动对大气的影响，以及如何利用这些规律为人类社会和经济发展服务。它实际上是物理学领域中一些最基本的理论或中心理论与大气科学领域的交叉，其中包括静力学、动力学、声学、光学、电学（电荷，电流和电场）、电磁学（电磁辐射与电磁波）和热力学等。课程教材依据学科架构章节安排如图1所示，从图1中可以看出，教材是根据学科自身的体系来阐述普通气象学概论的主要内容，即熟知的“大气科学+”的结构，物理学的各个基本领域只是其中一个加数，比如“大气科学+”与动力学，简单组合就构成大气动力学基础，注意这里“大气科学+”与“+大气科学”尽管两者模式主体不同，但语义和内涵一致。虽然这种教材章节结构安排能够满足学科知识的系统性和完整性，但是考虑到学员的现有认知程度，接受知识方式、特点及困难程度，在演讲式或讲授式教学模式下很容易导致学员为学而学，单纯为完成任务而学的状态。故第一步必须理清教材内容，挖掘出适合初学者从事物外部入手，由简单到复杂，由表及里探索知识的隐晦逻辑，然后在这个隐晦逻辑的指引下安排教学内容顺序；并同时考虑学生的“最近发展区”，造成已有认知结构与所学普通气象学概论知识之间中等程度的不符合，以维持学生探究知识的兴趣和热情，形成国防生学员学习知识和发展能力的最佳教学结构。课程内容教学顺序调整如图2所示。可见图2明显区别于图1，它给出了一条气象知识由浅入深、由表及里的认知逻辑。即对于初学者，首先学习和了解气象领域的基本物理量、概念及方程，建立气象专业的相关背景知识和基础概念，这部分内容对应着教材的大气概述章节；在此基础上，学习和研究普通气象学中最简单的科学问题，也就是静止条件下大气状态的变化和平衡规律问题。更进一步，考虑到静止大气不能刻画千变万化的运动大气，所以必须研究大气运动的相关问题，研究大气运动从最简单的水平运动开始，这部分对应教材的大气动力学内容，然后研究大气的垂直运动问题，即大气热力学。在认识这些基本规律后，需要研究导致天气和气候演变的基本物理过程，即辐射过程，对应于大气辐射学。除却以上宏观科学规律外，还需要以热力学和动力学为基础研究云微物理学，它是人工影响天气的理论基础，即在特定的天气背景条件和适当的云物理条件下，通过人工干预的方式对局部大气微物理过程进行影响，使天气向人们期望的方向发展，从而达到趋利避害的目的。最后，结合大气中的光学、电学、声学等自然现象，阐明其物理本质。综上而言，改善后的教学顺序存在一条逻辑主线，它对初学者认识和把握普通气象学概论课程有重要意义。

三、把握认知结构，精心设计现代启发式教学流程

当前现代启发式教学更多的是一种教学理念，并无固定的教学流程或模式供借鉴，笔者站在非气象专业初学者的立场，依据学员的认知结构，接受知识的方式、特点及困难程度，并结合《普通气象学概论》教学内容提出了一种适合非气象专业国防生学员现代启发式教学理科教学模式，流程如图3所示。它分为情景与意境创设、问题设计与引入、学员独立思考、阶梯式激发、主动获取与吸收、误区与盲区扫除、归纳与总结以及转化与应用8个环节。下面结合课堂教学过程来阐述每个环节的具体应用。1.情景与意境创设：捷克教育家夸美纽斯曾说：“一切知识都是从感官开始的”。由此可见，直观展现教学内容所表征的实际事物或者实际事物的相关背景可以使抽象的知识具体化、形象化，有助于学生感性认识的形成，并促进理性认识的发展。因此课堂教学实施的第一步就是结合教学目标，研究教材内容，根据每节课的内容、知识体系和学员起点，创设与当前学习内容相关的具有一定难度，需要学员努力克服，而又是力所能及的学习情境，激发学生的内在学习动机和热情，引导学员带着明确的求知欲望进入课堂。例如，在绪论中如何引导学生认识气象学时，可安排学生观看《后天》和《龙卷风》等电影建立学生关于气象灾害的感性认识或通过再现2016年6月24日发生在江苏盐城阜宁地区的强龙卷和2016年9月15日莫兰蒂超强台风登陆厦门等造成较大数量亡人和巨大经济损失的实际气象灾害事件催生学员的学习情感和求知欲。2.问题设计与引入：格兰特•威金斯说：“问题乃是通向理解之门”，即在所创设的情境框架下，依据教学目标选择与当前教学内容密切相关的专业热点、敏感性事件、事例或课题作为问题设计的核心内容，让学员面临一个需要立即去解决的问题。例如，在针对地转风问题设计时，引入1986年4月26日切尔诺贝利发生核爆炸引起放射性物质扩散事例，试问距离切尔诺贝利以东2600公里的哈萨克斯坦会不会遭受核污染？如果会大约是什么时候？通过上述问题的设计与引入，学员立即面临一个需要解决的问题。3.学员独立思考：“学起于思，思起于疑”，由教员向学员提供解决该问题的有关线索，引导学员独立思考，就是要使学员懂得思考些什么，怎样去思考，如何判断思考是否正确，如何归纳及利用思考得出的正确结果等，即通过“愤”“悱”情境催化，提高学员提出问题、分析问题和解决问题的能力。例如，上例核污染事件，学员需要思考自己应该用哪类知识认识和解决这个问题，以及现在自己是否具备相关知识，进一步刺激和催化学生的好奇心。4.阶梯式激发：对于自然科学而言，通常仅通过学员独立思考较难有效直面问题矛盾，尤其对于一个比较有价值的命题，其内容往往过于抽象或过程太过复杂，对于大部分学生而言都存在一定的思维难度，因此对这类问题的启发往往最考验授课教员的内功。阶梯式激发正是解决这类问题的有效途径，即将比较复杂的命题分解成若干个难度由浅入深、循序渐进的小问题，对于分解成的每一个小问题独立启发，各个击破，从而使原问题得以解决，并从不同层次激发学员的思维积极性，让学员在类比、辨析、迁移中学会解决问题的方法。例如上面核污染事件阶梯式分成运动学问题、风压定律问题、地转风计算问题，通过3个小问题的解决，原问题就迎刃而解了。5.主动获取与吸收：在实施现代启发式教学过程中，教员结合讲授过程，必须给学生提供专门的机会进行知识“组装”，即综合训练。这一阶段是完成由教员启发转向学员自我启发的关键，是学员由“学会”到“会学”的转换。教员可以通过和学员一起设计“自我提问”，使学员按一定的程序自己提问启发自己，促进学员生成主动获取与吸收知识的能力。6.误区与盲区扫除：在课堂教学中，教员对于学员的思考过程，不能简单仅给予“对”或“错”的回答，而要结合大多数学员对于思考问题的综合反馈，从中发现学员思维过程中的缺陷，然后给予恰如其分的指正。这样，学员才能真正发现自己的问题所在，避免同样的错误再次发生。与此同时，对于学员在思考问题时有意识地运用科学的思维方法时，要及时给予表扬和鼓励，促进学员良好思维习惯的形成。例如，实施大气状态方程教学时，试比较在同温同压下，干空气密度、水汽密度及湿空气密度的大小，大部分学生会得出错误的结论，需要教员发现学员思维过程的盲区，并恰当的启发，促进学员理性思维的形成。7.归纳与总结：教员应当结合课堂教学目标，引导与协同学生把现代启发式教学所得到的结果组织成一个可理解的、有用的结论，并把它与相关信息结合起来，纳入到学员的原认知结构中，而且应使学员体会到获得成功的喜悦感，增进学生的智力开发，帮助学生获得批判性思维与自主学习能力。8.转化与应用：学以致用，用以促学。转化与应用对现代启发式教学提出了更高的要求，本环节主要依托任务启发的方式，结合课后习题及前沿热点事件，巩固和提高学员发现问题及解决问题的能力，同时掌握发现问题及解决问题的途径。如以往在普通气象学概论教学中教员会布置有关专业方面的课程论文，大部分学生结论浮在表面，本环节尝试将学生按单位所在地或工作岗位分组，让学生自行搜集普通气象学在军事装备、业务工作和生活需求等方面的实际应用，并根据所学知识和查阅文献凝练出科学问题以及提出针对性的解决办法，这样学以致用、用以促学的方式极大地调动学生的积极性，有效提升学员解决实际问题的能力。

四、结语

本文主要结合普通气象学概论教学实践，从教材内容、教学目标和学员的实际知识结构出发，提出了一种有效进行普通气象学概论教学现代启发式教学改革的思路。总体而言，在理科基础教学过程中采用现代启发式教学已经是大势所趋，值得在各种不同的课程中去应用和实践。另外现代启发式教学需要耗费教员大量的创造性劳动以及对教师的要求较高，因此需要教员在日常教学工作中注重积累、不断总结和逐步完善，特别是挖掘大气科学中高影响敏感事件和前沿热点问题，灵活运用到教学过程中，以取得更好的教学效果。

参考文献：

篇2

关键词：静止卫星；水利；应用；水文水资源监测；灾害监测；水利通信

中图分类号：TP79；TV21文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0134-06

地球静止轨道卫星（以下简称静止卫星）位于地球赤道上空距地面约36 000 km，轨道平面与赤道平面夹角为零，并且绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，故相对于地面静止。由于静止卫星与地球自转的同步性，卫星可以实现连续对地观测，在气象、通信、军事、农业、林业等行业都有较广泛的应用，特别是在气象和通信领域，已成为不可或缺的监测和数据获取工具和平台。

水利行业中许多领域都存在对静止卫星的应用需求，如水资源日常监测、突发事件应急监测、灾害监测预警等，但总体上对静止卫星的应用仍处于起步阶段，多局限于气象预报产品应用等方面，应用范围有待进一步拓宽，应用程度有待进一步深入[1]。

本文通过对现有静止卫星主要参数和特点的归纳，以及对国内外静止卫星水利应用的调研和分析，基于静止卫星在我国水利行业的应用现状，提出未来我国静止卫星水利应用前景的设想和展望。

1国内外水利相关静止卫星发展状况

国外水利相关静止卫星发展较早。1975年，美国率先实现了人类首颗静止气象卫星GEOS-1业务运行；1977年，日本第一颗静止气象卫星GMS-1发射；1978年，欧空局的Meteosat静止气象卫星首次实现了水汽通道图像传输；1982年，印度第一代INSAT卫星发射，集通信、广播和气象探测于一身。

目前，美国的GEOS系列已经发展到了第四代，拥有更稳定的平台，支持更新的成像仪、空间环境探测器（SEM）、垂直探测器和太阳X射线成像仪（SXI）。新一代的GOES-R系列也已提上日程，预计于2014年实现业务运行，将搭载先进的基线成像仪（ABI）和超光谱环境监测仪（HES），性能将大幅提升，在同步卫星监测领域继续保持领先优势。

日本的MTSAT-2和MTSAT-1R双星在轨运行，互为备份，较上一代GMS-5的自旋稳定姿态控制不同，MTSAT采用三轴稳定方式，成像时间短、图像信噪比、灵敏度高。

欧盟第二代静止气象卫星MSG-2替代了上一代Meteosat，虽然仍采用自旋稳定方式，但在传感器通道数、空间分辨率、圆盘成像时间和量化级数上有了很大提高。MSG-3已于2012年7月发射，第三代静止气象卫星（MTG）将会在成像精度上和数据传输速率上有大辐改进，首颗卫星将于2018年开始服役。

俄罗斯在轨静止卫星二代GOMS-N2和印度在轨静止卫星INSAT-3D都采用先进的多通道扫描成像仪，拥有各自的特点。

我国水利相关静止卫星发展起步较晚。1997年6月10日，我国第一颗静止气象卫星FY-2A正式投入使用，2004年10月FY-2C发射成功，实现业务化运行，比美国晚了整整29年，总体水平也只相当于美国20世纪90年代初的水平，据估计这样的差距可能在风云四号才能赶上。不过风云二号也有很多自己的特色，尤其在图像定位配准方面已经达到了世界先进水平。2006年12月，FY-2D静止气象卫星发射成功，与FY-2C星实现了双星备份，主汛期每天每15分钟可提供一张图像。2008年12月，FY-2E星接替已经超期服役的FY-2C星继续运行。这三颗星均采用自旋稳定的姿态控制方式，搭载5通道扫描成像仪和空间环境探测仪，但是和发达国家相比，还是有一定的差距。表1是各国静止气象卫星搭载主要荷载对比。

2.1静止卫星在水利行业的可用性分析

2.1.1水利相关应用参数分析

随着水利现代化的不断深入，传统水利监测手段已经无法满足需求。在水资源监测方面，传统水文监测只采集站点数据，且水文站网密度有限，展布到面后精度有一定不确定性。水旱灾害监测也距实时、持续监测与预警的业务需求有一定差距。传统水质监测能力也落后于管理需求，指标不够全面，站点密度不够，快速机动监测能力差，突发性水污染预警系统不够完善。

极轨等高空间分辨率遥感卫星重访周期长，幅宽窄，可能在区域性单次监测上精度较高，但在大尺度动态监测方面较为薄弱。静止卫星可每30 min获取一次影像，尺度可覆盖全球，并且新一代静止卫星多配置高分辨率多通道传感器，将为水利业务监测提供多指标、真实可靠的实时监测数据，大幅提高日常管理和应急能力。

从GEOS-1只搭载单台扫描成像仪，提供单一气象资料，到如今搭载多种高分辨率空间探测器，并依托各国静止气象卫星建立起的全球静止气象卫星观测系统，静止卫星已实现为水文监测、重大水旱灾害监测和实时水情数据传输提供动态数据和多种定量产品支持，表2是全球主要静止气象卫星的水利相关应用领域。除提供初级遥感信息外，静止卫星还可提供多种定量产品，为水利行业提供更深入、针对性强的业务应用产品，表3是我国FY-2C卫星提供的水利相关定量产品。此外，静止卫星还为水利部门提供相关数据转发和卫星通信系统网络支持，20世纪90年代，我国水利部就购买了亚洲二号半个转发器，并以此为依托建立了水利卫星通信系统。另外，静止卫星移动通信系统和全球导航系统也可应用于水利行业。静止卫星移动通信系统主要有全球覆盖的国际海事卫星（Inmarsat）通信系统和区域覆盖北美的移动卫星（MSAT）通信系统、亚洲蜂窝卫星（ACeS）通信系统、瑟拉亚（Thuraya）卫星通信系统等。比较成熟的卫星导航系统有美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS和我国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），即北斗卫星导航系统。目前，为我国水利通信建设提供服务的静止卫星系统主要是Inmarsat-C海事卫星系统和北斗卫星导航系统。

相对于传统地面观测和其它卫星在水利中的应用，静止轨道卫星的主要优势在于可以高时间分辨率探测信息，有效的动态跟踪和监测大尺度系统的形成、发展及演变规律。一颗静止轨道气象卫星每30 min就能获得近地球的气象图片资料，对水资源运行调度管理实时监测、水旱灾害监测，洪水、暴雨和突发水污染事故应急监测以及水情数据转发具有突出的能力。因此，静止卫星在水利方面的应用有着广阔的前景。

在水资源监测方面，传统水文监测只采集站点的数据，扩展到面后精度不高，且许多地区水文站网密度不够，甚至还存在无监测地区，降水、径流监测和预报等技术手段尚不能完全不能满足水资源评价、规划与管理等方面的需求，而极轨等高空间分辨率遥感卫星由于重访周期过长，幅宽较窄，可能在区域性水资源监测精度较高，但对于大尺度动态水资源监测方面较为薄弱。在水资源管理方面，由于人工侧支循环，使得流域水资源的分配和转换关系异常复杂，分配层次多，流域降水和径流变化趋势不同步，降雨径流预报和水资源趋势预测依然是世界级难题，满足不了流域水资源配置和调度管理的需要。静止轨道卫星每30 min就能获得水文监测资料，尺度可覆盖全球，相信配备高空间分辨率传感器的静止轨道卫星会在全球水资源领域有更深入的应用。

在水旱灾害遥感监测方面的，我国虽已开展多年，但距实时、持续监测与预警的行业需求还有一定的差距。高分辨率的静止轨道卫星数据，进一步提高业务化程度，以形成一套完整的水旱灾害遥感监测产品。

2.2在水文水资源监测中的应用进展

2.2.1降水监测

降水是水文循环中的基本环节，在水资源评价、管理、水循环模拟等方面都有着大量的数据需求。从1978年美国人L.E.Spayd Jr.和R.A.Scofield[12]第一次基于GOES数据提出估算热带气旋降雨量方法并业务化应用以来，不论是在理论还是手段上，基于静止卫星的降水监测技术都已相当成熟，方法呈现多样化。美国NOAA的NESDIS 发展了利用GEOS红外资料估算降水量的系统并于1997年投入业务运用[13]，我国水利部信息中心也使用云分类方法对GMS卫星数字云图估算面雨量[14]，张云惠、史可传[15]基于GMS卫星云图对哈密地区降雨进行估算，徐亮等[16] 基于静止卫星气象数字化产品采用多元决策加权法估算降雨，熊秋芬[17]提出了基于GMS卫星4通道资料的人工神经网络技术估算降雨的方法，并进行了实例验证。

为了弥补静止卫星空间分辨率的不足和发挥其高时间采样频率的优势，静止卫星降水监测主要采用多种传感器联合监测的方法。现在水利行业应用较广的全球降水监测数据集——全球卫星降水制图（GSMaP） 和 GPCP就是多种传感器联合监测的成果。GSMaP 数据集采用的GEOS卫星的可见光/红外数据，空间分辨率为0.03635°（在赤道上相当于 4 km） ，时间分辨率约为30分钟，覆盖区域为60°N ～ 60°S，在海洋上的监测效果最好，在高山上的表现最差。在陆地和海岸带地区，GSMaP 数据难于识别强降水，同时低估强度大于10 mm/h 的降水。GPCP数据集主要数据源是GOES、GMS、Meteosat卫星，逐月、逐日和每5日降水分析资料空间分辨率分别为2.5°、1°和2.5°。

2.2.2土壤含水量与蒸散发监测

土壤含水量与蒸散发监测是水资源评价、管理中的重要一环，获取实时连续监测数据是做好实时调度和管理工作的必要保障。静止气象卫星的红外扫描辐射计在土壤墒情、温度、温度和植被监测方面均有所应用。赵长森等[18]提出了基于静止卫星的陆面区域蒸散模型，并采用FY-2C数据对淮河流域蚌埠以上农业区进行了多时间尺度的区域耗水模拟，开创了利用静止卫星模型模拟区域耗水的先河。裴浩等[19]借鉴极轨气象卫星监测植被和土壤墒情的研究成果，采用GMS的多通道数据监测土壤墒情和植被指数。杨晓春[20]利用FY-2数据对土壤湿度进行模拟，并在多年干旱监测中得到了应用。

为了弥补静止卫星在空间分辨率上的不足，舒云巧等[21]提出利用FY-2C结合MODIS产品估算河北灌溉农田实际蒸散量的方法，利用静止卫星时间分辨率强的优势，提高了遥感监测的质量。由于静止卫星的红外传感器空间分辨率往往都是千米级的，因此，比较适于大、中区域尺度高时间分辨率的地表参数反演。张霄羽和王娇[29]利用风云二号静止气象卫星数据，提出了多时相热红外/可见光反演地表水分的算法，在中尺度区域上定量化土壤表面含水量，并在中国西北地区进行应用，获得了5 km×5 km空间尺度的日均土壤含水量，并且与先进的AMSR土壤水分产品相比，均方根误差为0.025 g/cm3，最大估算误差在0.07 g/cm3以内。这一研究为中尺度高时间分辨率土壤含水量产品的获取提出了一种思路。

2.2.3冰雪监测

冰雪融量的计算是水文学上的一个重要问题，静止卫星也在大尺度连续动态观测冰雪上很有优势，但由于空间分辨率较低，目前还处于初探阶段。裴浩等[19]尝试利用GMS可见光通道探测冰雪分布并取得了较好的精度。中国科学院冰川所利用气象卫星云图来计算雪被覆盖的范围、厚度、冰雪融量，并追索其连续演变，进行了祁连山冰川水文学的研究。

2.3在水旱灾害监测中的应用进展

2.3.1洪灾监测

静止气象卫星在全天候洪水监测和汛期降雨预报方面均有应用，是防洪减灾辅助决策的重要信息来源。中国气象局国家卫星气象中心从20世纪80年代中期开展提供气象卫星监测洪涝灾害的科研服务，曾成功对1991年江淮大水、1996年华北水灾以及1998年长江洪水等重大洪涝灾害进行了监测[19]。王庆斋等[23]也根据GMS-5静止气象卫星数字化卫星云图曲灰度分布，建立云顶温度与地面实测降水关系曲线，实现对黄河流域汛期降水的预报。

2.3.2旱灾监测

静止气象卫星监测旱情问题，已引起国内外学者的关注，并进行了一些研究尝试。张元元[24]利用FY-2/VISSR数据生成PRETA干旱指数产品，应用于全国范围的旱情连续监测，与极轨卫星同类产品相比，在监测范围和频次上都具有明显的优势，很好地反映了2009年秋季至2010年春季西南大旱的旱情时空变化。姬菊枝等[25]利用风云二号卫星并结合NOAA的数据用热惯量法估计了2003年哈尔滨春季干旱受灾情况，提出了防治措施。

2.3.3冰雪灾害监测

静止气象卫星在重大冰雪灾害也有一些应用。朱小祥等[26]利用FY-2C、D星结合modis数据在2008年南方雪灾中向有关部门提供降雪天气预报、受灾区积雪覆盖范围等方面的遥感监测信息。

2.4在国内水利通信中的应用进展

静止卫星在水利行业中的应用除包含静止气象卫星提供水利相关应用的直接产品外，还承担着转发水情数据、进行水利通信的任务。1991年，北京海事卫星通信系统（Inmarsat-C）地面站正式运行，开始承担起用户、卫星与移动终端之间水情数据转发的任务，使得水情测报系统不受距离和下垫面条件的限制。我国自主研发的北斗导航系统也为水情部分流域的水情测报系统提供服务，承担着部分水利卫星通信任务，具有覆盖范围广、传输数据量大和成本低的优势。此外，我国从1976年开始投资水利通信网。1994年，水利部一次性购买了亚洲二号的半个Ku波段转发器，建设水利通信系统，经过十多年的努力，建立了以语音、数据、图像为媒介的水利通信网。2008年，亚洲二号退役，水利部又租用亚洲五号Ku波段转发器和亚太六号C波段转发器，实现混网组合，组建了新一代的水利通信系统，并于2010年投入使用，提高了抗雨衰能力，EIRP和G/T指数值在边远地区比前代提高了16倍，增强了发射和接收能力。新系统集图像、数据、语音和应急通信业务为一体，采用新型的DVB-S2通信体制，加大传输带宽，充分提高卫星信号传输能力，满足了防汛、抗旱卫星通信需求，有效保证了水利通信系统的业务应用。

3存在问题与展望

静止卫星自身虽然有覆盖范围广、成像周期短、资料来源均匀、连续、实时性强、成本低等先天性优势，但牺牲了传感器精度、荷载和传输速率等条件，造成业务应用面窄和深化程度不够的问题。因此，静止卫星在水利行业得到广泛应用还需要解决以下几个问题。

（1）提高卫星稳定性，保证监测数据的持续稳定获取。我国的FY-2号还采用自旋稳定姿态控制方式，卫星运行稳定性差，数据噪点多，难以实时稳定更新，改进静止卫星姿态控制方式，提高传感器灵敏度和稳定性，是保证监测数据高质量持续稳定传输的有效手段。

（2）提高传感器性能，满足行业应用精度要求，深化业务应用。目前水利行业采用的静止卫星数据源大多空间分辨率和光谱分辨率较低，离行业应用的精度要求尚有一定距离，另外，有效荷载种类过少，监测范围不足，相关应用领域较窄，需加大高轨、高分辨率传感器的研发投入，深化业务应用，在保证静止卫星同步、大尺度观测特性的同时，开展新型传感器的研究，扩展监测领域，进行精细化研究，提高传感器观测精度，保证行业应用的可靠性。

（3）做好与传统地面监测数据的协同应用。不管是单一静止卫星遥感监测数据，还是传统地面监测数据，都在反应真实水利应用状况时存在优缺点，做好和地面观测数据同化处理，实现与传统地面观测技术的结合应用，才能提供更加全面、真实、精确地监测数据。

（4）做好与高空间分辨率数据源的同化应用。静止卫星可提供全天候、大尺度的遥感监测资料，但不足之处是空间分辨率较低，数据精度有限，做好静止卫星数据与高空间分辨率遥感卫星数据的协同应用，是保证数据精度的发展方向之一。

目前，静止卫星在水利方面的应用还仅限于一些气象水文信息、水旱灾害的初级监测和水情的转发，像水土流失、水环境状况、灌溉面积监测、水利工程监测等更多水利信息的获取应用还不深入，并且由于应用理论水平的限制，也不能完全满足业务需求。但是，在高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率为代表的新型传感器的研发和高稳定姿态控制技术的发展下，随着数据传输能力的提高、地面数据处理技术的发展，静止卫星数据与传统监测数据和高空间分辨率数据的同化技术的深入研究，静止卫星数据的应用水平将不断提高。近期，依托高分辨率对地观测系统重大专项，我国将发射一颗高空间分辨率的光学静止卫星，将在卫星姿态控制和传感器物理指标上有重大突破，会大幅提升静止卫星的空间监测能力，为地表水体变化、水利工程运行状态监测、农作物长势监测以及水旱灾害监测与预警、突发水污染事件和其他突发灾害应急监测提供更加全面的监测数据，相信会更加深化静止卫星数据在水利行业的应用水平。

参考文献：

[1]周旋，周晓中，吴耀平.美国气象卫星的现状与发展[J].中国航天，2006，（1）：30-33.

[2]Rao P R，et al.Weather Satelites，Systems，Data and Environmental Ap-pplications[M].American Meteorological Society，1990.

[3]周润松，葛榜军.美国新一代气象卫星系统发展综述[J].航天器工程，2008，17（4）：91-98.

[4]徐建平.美国地球静止环境业务卫星-N R系列卫星[J].国际太空，2006，（8）：14-15.

[5]徐建平.日本MTSAT多功能卫星[J].气象科技，2005，33（1）：96.

[6]闵士权，朱曼洁.通信卫星现状与发展[A].中国卫星应用大会[C].2008：451-461.

[7]刘云，祝明，周杨.水利通信发展与展望[J].水文，2006，26（3）： 75-77，47.

[8]丁军，方明.水利卫星通信网的建设与卫星通信的展望[J].中国水利，2001，（4）：63-65.

[9]刘阳，何为.卫星通信在三峡水情自动测报系统中的应用[J].水电能源科学，2007，25（3）：29-32.

[10]林灿尧，丁军.新一代水利卫星通信系统[J].水利信息化，2010，（1）：58-61.

[11]雷昌友，蒋英，史东华.北斗卫星通信在水情自动测报系统中的研究与应用[J].水利水电快报，2005，26（21）：26-28.

[12]L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，陈善敏.应用地球静止卫星资料估计热带气旋降水量的方法[J].气象科技，1984，（4）：37-42.（L.E.SpaydJr.，R.A.Scofield，CHEN Shan-min.The Method of Use Geostationary Satellite Data to Estimation the Tropical Cyclone Precipitation[J].Meteorological Science and Technology Journal，1984，（4）：37-42.（in Chinese））

[13]Vicente，Gilberto A.，Roderick A.Scofield，W.Paul Menzel.The Operational GOES Infrared Rainfall Estimation Technique[J].Bull.Amer.Meteor.Soc.1998，79：1883-1898.

[14]杨杨，戚建国.数字卫星云图估算面雨量的应用试验[J].气象，1995，21（3）：35-39.

[15]张云惠，史可传.静止卫星云图在哈密降水天气预报中的应用[J].新疆气象，1998，21（5）：17-19.

[16]徐亮，张吉农，贾红莉.静止气象卫星数字化产品在西宁短期降水预报中的应用[J].青海科技，2006，（6）：41-44.

[17]熊秋芬.神经网络方法在静止卫星多通道资料估算降水中的应用[J].气象，2002，9（28）：17-21.

[18]赵长森，夏军，李召良，等.基于高时间分辨率静止卫星数据的区域耗水时空格局研究-以春旱季节淮河流域蚌埠以上农业区为例（英文）[J].自然资源学报，2008，23（6）：1055-1067.

[19]裴浩，韩经纬，李云鹏，等.利用静止气象卫星资料遥感监测植被、积雪和土壤墒情的研究[J].内蒙古气象，2001，（1）：31-35.

[20]杨晓春.基于FY-2的大气强迫数据在土壤湿度模拟中的应用[D].南京：南京信息工程大学，2010：1-66.

[21]舒云巧，李，雷玉平.基于静止气象卫星的河北平原实际蒸散量遥感估算[J].中国生态农业学报，2011，19（5）：1151-1156.

[23]王庆斋，王春青，傅德胜.利用GMS-5静止气象卫星资料定量测量黄河流域汛期降水[J].河南气象，1999，（3）：156-160.

[24]张元元.应用FY-2地表蒸散产品监测西南特大干旱[J].气象，2011，37（8）：999-1005.

[25]姬菊枝，安晓存，魏松林.利用卫星遥感技术对干旱进行监测[A].中国气象学会2005年年会论文集[C].北京：中国气象学会，2005：3706-3712.

[26]朱小祥，吴晓京，刘诚，等.卫星资料在2008年中国大范围低温雨雪冰冻天气过程中的综合应用[A].2008年海峡两岸气象科学技术研讨会论文集[C].北京：中国气象学会，2008：136-144.

[27]李纪人.遥感在水利行业中的应用[J].卫星应用，2012，（1）：61-64.

篇3

中图分类号：P715.4+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0160-01

近年来，随着海洋经济的迅猛发展，世界各国不断出台海洋法规与政策，积极投入到海洋创新体系的建设中。虽然我国在国家海洋中心建设、国家及地方海洋产业集群发展、海洋科技创新管理体系和机制建设等方面已经取得一些成绩，但相比其他海洋大国和强国，我国的国家海洋创新体系建设和相关研究还处于初级阶段，海洋对于经济发展和强国战略的支撑还十分有限，为了整合现有海洋科技资源，打通海洋强国战略需求和海洋研究开发的脉络，建立富有活力和路径创新突破能力的国家海洋创新体系，我们需要积极借鉴世界主要海洋国家的建设经验。

1 澳大利亚

澳大利亚是典型的海洋大国，作为国家创新体系的重要组成部分，海洋创新体系已经发展比较成熟，并且被纳入国家创新体系框架。澳大利亚海洋领域的创新驱动包括气候变化、海洋资源的可持续利用、维护海洋生物多样性、沿海地区发展和国家安全五个方面。当前专属经济区的可持续利用和保护是澳大利亚国家创新的重点[1]。当前，澳大利亚海洋创新也面临一系列挑战：海洋研发基础设施不足；体制的发展和演变有待加强；海洋人才供应不足；海洋产业面临调整和转变；海洋研发中的联网与合作。

为了解决经济、环境和社会方面的挑战并且保护其海洋领土日本，澳大利亚需要以连贯性、综合性和前瞻性的方式进行海洋研发和创新。海洋研发和创新主要涉及知识生产、知识应用、扩散与吸收三方面。在澳大利亚创新周期的“知识生产”部门，发达的海洋研发占据重要一席。海洋研发主要通过政府资助的五个研究机构（AIMS， CSIRO， BOM， GA和AAD）进行，同时，具有国际竞争力的大学也参与其中。但是由于一些地区受到基础设施和资源的约束，海洋研发的效益正不断减少。在“知识应用”方面，主要的海洋研发机构及成果应用者之间的协作已经卓有成效。在特定领域内（如政策、海洋预报、世界文物古迹区的管理和海洋资源的勘探等）海洋研发成果的吸收是非常高的，但是受到海洋环境的限制，很多仍处于未知或开发不佳状态。从海洋研发领域向其他组织和产业界进行创新扩散在某些领域是很普遍的，如海洋气候、海洋保护区与西北大陆架的探索等。然而，在其他领域（如旅游、航运、海洋休闲、海洋生物技术和海岸带发展）海洋部门的分散性限制了创新的传播与吸收。

2 美国

凭借优越的海洋自然环境、强大的综合国力，美国在海洋学、海洋政策和海洋管理领域一直处于世界领先地位，并且多次在海洋领域的创新发展中起到里程碑作用，为其海洋霸权战略奠定了可靠基础。美国著名的海洋科学研究机构有太平洋海洋环境实验室、大西洋海洋学与气象学实验室、伍兹霍尔海洋研究所、斯克里普斯海洋研究所等，这些科研机构担负了美国海洋科技创新的重要使命，为海洋科技创新贡献了巨大力量。

进入21世纪，美国加快了海洋开发与科技发展的步伐。美国海洋政策委员会于2004年提交的《21世纪海洋蓝图》和接下来的实施的《美国海洋行动计划》是对美国30多年海洋政策综合评价、经验教训的总结，尤其是在加强海洋管理，调整海洋管理体制，增设高层次的国家海洋委员会，加强海洋行政主观部门的职能；建立海洋政策信托基金，大幅度增加对海洋的资金投入；以及加强政府人员和公众及学校的海洋意识教育等方面特别值得我国参考借鉴。2007年的“绘制美国未来10年海洋科学发展路线――海洋科学研究优先领域和实施战略”指出，未来10年海洋科学优先发展领域包括：自然和文化的海洋资源管理；对自然灾害的恢复能力；海上作业；海洋气候系统；海洋生态系统，海洋与人类健康[3]。

3 日本

日本是一个岛国，专属经济区水域面积约为陆地面积的12倍。日本经济、社会发展高度依赖海洋，海洋产业加上临海产业总产值占日本国内生产总值的一半，经过多年的积累，日本在海洋开发、科研和海上军事力量方面已经堪称海洋强国。

面对资源环境约束的日益加大，日本在创新海洋体系建设方面也面临巨大压力。日本政府在海洋创新方面不断进行新的尝试。从沿海50米水深的海域到离岸10千米的陆域日本，日本海洋利用已经实现了空间集约发展，成为海洋空间利用程度最高的国家。政策法规方面，“21世纪日本海洋政策”提倡要坚持海洋科学研究、海洋开发利用和生态环境保护平衡发展的原则执行海洋政策。2004年日本第一部海洋白皮书，提出对海洋实施全面管理。2006年日本海洋政策研究财团和日本海洋法研究会提交了《日本海洋政策大纲：以新的海洋立国为目标》和《日本海洋基本法草案概要》，论述了在海洋问题上日本应选取的道路，提出海洋基本法的制定要以新的海洋立国为目标。2007年4月，日本国会审议通过了《海洋基本法》。日本海洋法规的不断出善和政策上的衔接，为海洋创新提供了有力保障。

近年来，日本的海洋研究创新比以往任何时期进行着更为彻底的改变。在日本国家创新体系建设中，政府研发资金的60%以上资助给非大学科研机构，而大学科研经费的百分之二十来自工业项目资助，产业研发的一小部分（2001年所占比例为1.4%）是由政府资助的，金融危机以后产业研发速度开始放缓[5]。作为国家创新体系建设的重要组成部分，日本海洋科学研究由大学、政府部门及相关产业承担。其中政府部门科研主要集中于海洋科学技术中心。该中心承担者研究开发、设施配给、知识培训和信息处理的职责。作为日本海洋领域的一个“问题解决型”科研机构，由日本国家财政支持建立的国家海洋研究所（NMRI）凭借在专业知识、研究设施和技术能力上的优势，为政府和社会提供高质量的服务，包括拟定日本和国际的海洋技术标准、保护海洋环境、创新海洋技术、确保海洋运输安全等。2010年是NMRI实施第二个中期计划的最后一年（NMRI的中长期战略如图1所示），作为对政府政策的紧密配合，NMRI在2010年的关键研究课题主要集中在温室气体的减排和排放标准制定、海上事故的技术分析、日本专属经济区的发展、以及技术的转移方面[6]小论文。为促进学术界与产业界的合作交流，日本政府在许多地区建立了“创新集群”（innovative clusters）。“创新集群”的设立旨在连接区域的创新参与者，这在很大程度上为当地经济发展和就业机会的增加做出了贡献。除了推动产学互动，“创新集群”也积极鼓励当地企业与分包商之间的合作。实践证明，这种创新模式的实施已经形成取得很好的效果。

4 总结