卫星遥感技术
气象卫星的估算应用比较广泛。前面说过，气象卫星还能够对农作物长势、病虫害及冻害进行监测，但这只是一方面。气象卫星能够对灾害面积进行估计，对农作物收成作出估算，甚至对各种资源，如渔业资源，能进行遥感探测，显示出其独特的本领。
举例说，早在1991年，在江淮地区发生特大洪水时，江苏省气象局农业气象中心利用接收到的气象卫星资料，估计出江苏省受淹农田面积为53.3万公顷。江苏省民政厅正是参考了这个遥感结果来分发救灾款物的。
利用卫星进行估产不是最近的事，早在二十多年前，美国为了研究国际市场的小麦价格，在麦收前两个月，利用卫星对前苏联小麦进行了测算，认为苏联产量约为9140万吨，结果后来进行核对，误差不到1％。
气象卫星是怎么利用遥感信息资料进行估产的呢？原来，植物的绿叶是进行光合作用的基本器官。一般地说，植物叶面积越大，光合作用就越强，经济产量就可能越高，这是一种植物生理机制，这种生理机制反映的信息也就通过其反射光谱的不同波段反映出来。当作物叶子遭受干旱、病虫害时，叶片的含水量会减少，叶绿素减少，光合作用也相应减弱，此时叶绿素吸收蓝光、红光能力降低。同时，作物在不同的生长和发育阶段，由于叶片的叶绿素含量和内部结构不同，它们的光谱反映曲线也会不同。根据这种原理，气象卫星就可以捕捉到作物的生长情况，进而推算未来的收成。
美国的第三代业务极轨气象卫星，在作物估产方面成绩不小。该卫星在运行过程中，每天有四次扫过同一具体地点，在无云的地区，它们可以很快地反映植物叶绿素对光的吸收率和反射率，通过反射率值可以算出绿度值，通过绿度值就可以监测作物生长状况，进而估计作物产量。
1985年我国就在天气系统开展了遥感综合测产项目，1990年正式投入业务运行。实践证明，该技术对农作物的估产具有迅速、宏观、准确的特点，可以弥补传统农业估产时间长、效率低的不足。
利用气象卫星遥感渔业资源的原理与小麦估产有所不同。应用气象卫星可以用红外遥感仪器测出海水表面温度，在绘出海水表层温度分布等值线图后，就可以根据鱼类生活规律与海水温度的关系来确定渔场位置，并绘成渔海况速报图。美国、日本已有渔海况速报系统，它包括卫星海况图和渔海况图。它们可以作为渔民海洋捕捞业的重要参考。
及时、准确、客观地获得作物估产、农业管理的信息，对于我国农业决策、农业规划与管理具有十分重要的意义。长期以来，国家府部门主要依靠农业部门和统计部门的地面抽样调查获得农业情况。由于我国幅员辽阔、气候多变、灾情频繁发生，农作物的类别、品种复杂且耕作制度差异较大，仅靠传统方法难以准确获取相关数据。随着航天技术迅速发展，卫星遥感技术为农作物估产、农业信息化建设提供了强大的手段。
卫星遥感技术通过作物长势、播种面积等因素来估产应用作物。如在某个地区范围内选取典型样区，利用卫星影像在该样区内进行有关作物面积和长势等的调查，以此来推算整个地区农作物总面积和总产量。2004年，中国资源卫星应用中心与江苏遥感中心合作的扬州市主要农作物长势遥感监测项目，对在田小麦长势进行监测，取得了很好的应用效果。
卫星遥感技术应用于农业生态环境的研究。农业生态环境研究是现代农业规划工作的重要组成部分。比如农田的地表度、蒸发量、土壤侵蚀、地表径流等生态环境参数及其对农业生产影响的研究。华中师范大学采用中巴地球资源卫星遥感影像，对农业生态环境进行研究，研究了区域的地表度、蒸发量和地表径流，对进一步认识和科学合理利用、规划以及管理农业具有重要意义。
卫星遥感技术推进农业信息化建设。遥感信息技术对农业发展与管理存在的弱点进行分析，应用RS、GPS和GIS技术，尤其是遥感数据覆盖面广、信息量大，更新周期快、现势性强等优势，为农业提供技术平台、信息基础和网络建设渠道。山西省应用中巴地球资源卫星遥感影像作为基础数据资料，建立了山西省冬小麦遥感监测与估产运行系统。该系统以中巴地球卫星遥感影像为主要信息源，建立健全小麦信息数据库，该系统的建立和及时更新推动了农业信息化建设，提高了农业管理水平，促进农业由粗放型经营向节约型经营、由传统农业向现代农业、由人工农业向信息农业的转变。
随着卫星遥感技术的发展，遥感技术更广泛地应用于世界农业期货投资等经济领域。比如，纽约的小麦期货投资者可以根据遥感专家提供的数据预测世界的小麦收成情况，从而进行小麦期货的投资。
卫星遥感技术已经融入了农业的各个方面，遥感信息和“3S”技术综合应用可以在改善农业生态环境，发展绿色农业，推动农业信息化等方面起到重要作用。（杨磊）
1.2.1卫星遥感的内容
广义上来说，卫星遥感是指以人造卫星为传感器平台的观测活动，它包括对地观测（这是目前卫星遥感的主要内容）以及面向太空环境的观测活动，本课程主要涉及前者。如图太阳辐射穿过地球大气到达地面的过程中，一部分被大气分子、大气微粒（气溶胶）和云层吸收，一部分由于上述目标的反射返回大气上界，而到达地面的太阳辐射也由于地表的反射也有一部分返回大气上界。来自太阳的电磁辐射通常称为短波辐射。另外一方面，地球大气本身和地表也是一个丰富的长波辐射源（红外、微波），这些电磁辐射穿过地球大气一部分被大气吸收一部分到达大气上界能为卫星仪器所接收。由于大气成份和地球表面物理特性的多样性，电磁辐射与这些粒子相互作用机理远为复杂。这一方面增加了由电磁辐射推测地球目标的难度，同时也为卫星反演遥感地球目标物特征提供了可行性。在有些称为主动式遥感的方法里，卫星接收雷达发射并与地－气系统相互作用的电磁辐射来探测地球目标属性。最早的卫星遥感从气象遥感开始，利用气象卫星对大气的状态和运动进行监测，目前，卫星遥感逐渐扩展到对地球陆地和海洋以致人类的生存环境的全面监测。卫星对地遥感目标主要包括：（a）大气：主要包括估计温度、湿度、云量、云高、云迹风、降水、大气成分和分布等。（b）陆地和海洋：陆地地貌、地表覆盖物以及海洋属性等；（c）环境监测与资源开发：利用卫星遥感的大范围、长周期特性，实现地球环境监测和地球资源调查。
1.2.2卫星遥感的特点
卫星遥感与常规的地面观测方法相比，有它自己的特点。
（1）探测原理基于遥感方法，对遥感资料的解读强烈依赖人们对地球－大气系统与电磁辐射相互作用规律的认识。另外，一次卫星任务可以搭载多项观测项目，速度快、项目多、信息量大。
（2）实现了全球观测和大范围观测。由于卫星固定在轨道上面运行，地球不停地自西向东旋转，所以当卫星绕地球转一圈时，卫星的星下点是不断变化的，进而实现全球观测。卫星的大范围观测使得占地球表面4/5的海洋，荒漠、高原甚至极地都可以由卫星获得资料，这在卫星遥感出现之前几乎是不可想象的。卫星资料比地面观测具有更大的内在均匀性，在全球表面是连续的，不像现有的常规地面观测是不均匀和间断的。
（3）卫星资料量越来越大。卫星观测项目的增多以及电子技术的进步引起的数据时空分辨率增加，卫星遥感资料越来越多，以至于资料处理能力越来越显得不足。如何处理这些海量的卫星资料是困扰学术界的难题：一方面对于如何存储这些海量资料伤脑筋，另一方面如何更好地分析这些资料还无所适从。
（4）便于加强国际交流和合作。卫星在空中对地观测时，不像在地面观测时存在国别限制。不同国家的卫星资料相互共享，使得开展全球性的研究计划成为可能。
1.2.3卫星遥感的发展趋势
1 观测目标尺度向着大尺度（比如全球尺度）和微型尺度两个方向发展
特别是全球合作交流不断加强，进行全球尺度大范围遥感观测研究成为可能；另外一方面随着遥感技术的不断进步，遥感系统分辨率越来越高，对一些小尺度个体进行单独研究成为可能。
2 观测数据时间分辨率也向超长时间（年际变化）以及超短时间两个方向发展。
随着卫星观测资料时间积累越来越长，进行年代际观测研究成为可能，比如研究地球气候问题；另外一方面高时间精度测量技术促进了精细时间观测研究，比如对台风的持续跟踪，对一个云团生消过程的全程跟踪等。
3 多波段以及多任务观测
随着传感器小型化技术的不断进步，多任务观测将成为将来卫星遥感的主流。
§1.3 卫星遥感的发展状况
1960年第一颗泰罗斯卫星发回第一幅可见光云图，使人们看到了用卫星遥感地球的潜力。从此，以气象卫星技术的逐步完善为开始，又逐渐出现了遥感地球大气、地球表面陆地、海洋特征以及监测地球环境的各种卫星。这里主要介绍美国的卫星遥感发展，这是因为美国在发展遥感技术方面一直处于世界领先地垃，代表了遥感技术的发展水平。事实上，苏联、西欧各国、加拿大、日本等国都在大力开展遥感活动，发展本国的遥感技术。苏联于1973年底，从联盟12号和13号宇宙飞船上，用多谱段相机拍摄了它的第一批多谱段卫星象片。1977年的地球资源及海洋勘测卫星上载有多谱段扫描仪。西欧各国的遥感活动由欧洲空间局进行协调和组织，并于1977年发射了第一颗气象卫星。许多第三世界国家也都把遥感技术列入团家发展规划。它们的特点是，航天遥感资料依靠美国取得，自己则独立发展航空遥感工作。其中不少国家已建立或准备建立接收美国卫星数据的地面站。国际协作和学术交流活动也在蓬勃开展。
气象卫星：TIROS系列,ITOS系列，NOAA系列（现在还在使用的），静止气象卫星GOES（日本GMS卫星）
1960年4月1日他们发射了“泰罗斯(TIROS)1‘气象卫星，这是从贾纳斯项且发展起来的。它引进一个卫星系列，宣到今天它仍被认为是最成功的。泰罗斯卫星展开了新领域。用最确切的含义来表述，就是它们有助于‘移山’。TIROS是个缩写字，原意是“电视与红外观测
卫星’．这使人立即明白卫星的任务．一是泰罗斯卫星用于试验从卫星拍摄的地球照片能否用于天气预报，如果可能，那么如何使用。二是它们用红外波段观测，这对测出地球大气中热辐射量是必要的。不过“泰罗斯I”卫星并未装有红外设备气象学家们对能观测地球和其上的云分布既满足了。他们当然未曾奢望能立刻得到十分清晰的、能辩认出每棵树和每一丛灌木的照片．“泰罗斯1”与其后继者都飞很太高了(约720公里)。加上它还打算工作几个星期。所以它不像一般的摄影设备，否则仅胶片一项就要占很多地方了．用以代替的是两架电视摄象机，拍摄的图象储存在磁带上，晚些时候再转播回地面。直接转插图象只在飞过接收站上空时才有可能，有了以上储存设备后，直播图象也就没有什么必要了。
电视转播的过程是复杂的．就是说在用气象卫星之初，不可能利用卫星图来作每天的天气预报。虽然也有例外，不过第一个泰罗斯卫星主要只用于试验新技术一种能很快取得成果的技术。卫星的一个主要缺点是磁带的储量有限．每绕地球一圈，它只能拍32张照片。这些照片而后被转发到指令与数据获得站网中的一个站。所有资料传回地面之后，卫星上的照相设备就又重新安排程序并得到何时恢复拍摄的指令．不可能给“泰罗斯”卫星制订这样的程序．例如在北美上空拍两张，非洲上空拍三张，其余在亚洲上空拍摄。能控制的是相机运转时间的选择。一当所定时刻到了，这32张照片的拍摄与储存就按预订程序进行．一刻钟内．过程结束．绕地球这一因的剩下时间，相机就停转．遗憾的是，这十五分钟内拍下的照片不全是好的．泰罗斯卫星的转矩稳定。因此通过它绕自身独的旋转可保持其空间方位。摄影机也平行于这旋转轴安装，因之它始终只指向同一个方向，而不能总是指向地球。结果，某些照片中地球严重变形，以致无法对它们作出评价．由于卫星的轨道存在空间漂移，所以对地球的全球录象也不可能。有时卫星会一连几个星期夜间只在北半球飞行另外几个星期夜间又只在南半球飞行。而此时泰罗斯卫星又还没有夜间照相机。还有，它们的轨道对赤道的倾角是48。(后来是58。)，这样照片只能显示约60到65°纬度内的陆地和水域。凡此种种，说明卫星只能拍摄地表面的一部分。只是在此后，真正的全球观测才是可行的。
这样，泰罗斯系统主要只用于研究和试验一种新技术。为取得最大效益，美国人曾请求全世界的气象学家提出各自希望拍摄的地区。每个感兴趣的人都能按到正式的通知，在以后的几天之内，该地区将在照相机的拍摄范围之内。按此通知，对拍摄照片的要求进行比较并交给专家们研究。最质，由设在马里兰州苏脱兰的美国气象局国家气象卫星中心确定何时开拍。有特殊的要求也可采纳。如美国与加拿大正在泰罗斯卫星协助下进行一项冰情侦察计划。还有科学考察方面，只要他们提出要求就给予使用这种照片的方便，例如国际印度洋考察组织和赤道大西洋考察组织．
科学家们有一点显然没有正确估量到，那就是成果资料的数量。当泰罗斯1第一圈飞行的未了拍下加拿大圣劳伦斯河的令人惊奇照片时，他们不觉得怎样。不过很快清醒过来了。每个星期要进来4000张新照片，仅仅几个星期，当“泰罗斯1”卫星停止工作的时候，照片数量已增到23000张。数量这么多，对它们作出精确评定简直是不可能的．
思考题：中国的卫星遥感现状
1997年6月10回升空的我国第一颗地球同步气象卫星“风云2号”，重达1.38 t。它是我国第二类气象应用卫星。早在1988年9月7日，我国用“长征 4号 A”火箭，将第一颗气象卫星“风云1号”送入了距地面901 km的太阳同步轨道。1990年9月3日又将“风云1号乙”气象卫星送入太阳同步轨道。“风云1号”气象卫星是近极地的极轨气象卫星，每天可对全球表面巡视两遍，能观测全球气象，获得中长期天气预报所需的数据资料。由于其轨道高度低，探测精度和空间分辨率比较高。但它对某一地区每天只能进行两次气象观测，所以它观测不到诸如风速等变化快、生成时间短的小尺度气象资料，不适于短期天气预报。因此人们要研制像“风云2号”这样的赤道上空地球同步轨道气象卫星，即地球静止轨道气象卫星，它可以连续观测地面某一地区，获取该地区小尺度气象资料，用于短期天气预报，尤其对监视灾害天气特别有利。但它对高纬度地区的观测图像因失真过大而无效，而这一点正好由极轨气象卫星来弥补。所以对我国这样幅员辽阔、天气情况变化复杂的大国，既需要极轨气象卫星，也需要静止轨道气象卫星。“风云2号”与“风云1号”两类卫星正好相得益彰，构成了我国较完整的气象卫星观测系统。“风云2号”气象卫星上面装有先进的扫描辐射计、数据传输与云图广播转发器和数据收集转发器。它定位于东经105°赤道上空，处于观测我国大陆和海区的理想位置，能覆盖以我国中部为中心的约一亿km的地表，观测和提供我国西部、西亚、印度洋区域大范围的云图、温度、水汽和风场等气象动态，对监测来自青藏高原、孟加拉湾和阿拉伯海等对我国产生主要影响的天气系统发挥了重要作用。“风云2号”气象卫星各项技术指标均达到20世纪90年代国际先进水平，它的器件引进率不到10%，造价仅为国际同类卫星的一半，它传回的图像质量不仅达到日本最新GMS（气象）卫星的水平，其红外和水汽图质量更优。“风云2号”气象卫星开拓了我国在赤道上空地球同步轨道上进行气象观测的新领域，提高了我国气象预报和防灾减灾决策的即时性和准确性，使我国空间技术跨上了新台阶。目前世界上同时拥有这两类气象卫星的国家只有美国、俄罗斯和中国。
