近日，海洋所徐永生研究团队与航天科工集团23所合作，在国际上首次利用机载干涉成像高度计观测获得了覆盖海洋亚中尺度范围的海面高度异常 (SSHA) 波数谱，展示了机载干涉成像高度计对海洋亚中尺度 SSHA 探测的潜力，成果在遥感学期刊Remote Sensing发表。

人类至今仍然没有在空间域上实现对亚中尺度海洋过程（0.1-10公里）的遥感观测。该尺度范围的海面高度异常（SSHA）信号较小，超出了目前星载海洋遥感的分辨极限。然而，亚中尺度海洋过程在海洋能量传递、串级与耗散的研究中发挥关键作用，对研究海洋能量平衡、营养盐输运和全球气候变化研究至关重要。由于空间域亚中尺度 SSHA 观测能力的限制，人们对亚中尺度海洋过程的认识主要依靠理论分析和模拟，导致亚中尺度海洋过程理论研究与相关应用发展缓慢，成为制约海洋科学发展的瓶颈之一。美国新一代干涉高度计卫星SWOT经过20年持续努力和12亿美元投资，成功将SSHA的分辨率从传统雷达高度计的100公里提高到了10公里的量级，但仍难以满足典型亚中尺度SSHA的高分辨率观测需求。机载干涉成像高度计具备距离海面近、信噪比高的优势，有望在空间域实现对亚中尺度SSHA观测的突破。但是，干涉测高相位的高敏感性也使其极易受到误差的干扰，从而影响了仪器的观测性能。

徐永生提出了一种方法，即利用误差和海洋动力信号在时空特性上的差异来将它们有效分离，从而提升观测性能。徐永生团队将这一想法应用到了机载干涉成像高度计在南海近100公里沿轨SSHA试验观测数据上，并成功获得了国际上首个机载干涉成像高度计宽带SSHA波数谱。波数谱是评估仪器观测性能的重要依据。这项研究深入分析了机载干涉成像高度计所得的SSHA波数谱的合理性，证明了其在观测海洋亚中尺度SSHA方面的潜力，凸显了科学团队与工程团队协作的优势。文章第一作者是徐永生指导的学生何晋超，徐永生研究员为通讯作者兼共同第一作者。

机载干涉成像高度计观测的海面高度波数谱（红色）与星载高度计 ICESat-2、SARAL/AltiKa 和 Sentinel-6A 波数谱的比较

海洋干涉遥感技术处于世界科技前沿。SWOT卫星的成功标志着人类海洋遥感技术发展史上的一个里程碑。《自然》和《科学》两大期刊都对此进行了专题报道。我国早在2016年就发射了以实验为目的星载干涉高度计——天宫二号三维成像微波高度计，取得了大量海洋观测数据和宝贵经验。但与美国在SWOT卫星上的巨额投入相比，我国在该领域的后续研发投入仍严重不足，至今仍未有相应的在轨卫星问世。尽管本次研究验证了机载干涉高度计在探测海洋亚中尺度SSHA的潜力，但未来仍有很大的改进空间。这包括对硬件系统进行革新设计，以提升性能和稳定性，以及正确设计海上SSHA分辨率观测性能的检验方案，以确保对亚中尺度SSHA观测的准确性和可靠性。此外，信号的分离是基于对误差成分、海洋成分的时空特性以及统计学方法的深入理解，而这方面的发展还处于起步阶段。机载干涉高度计的最终成功不仅本身具有重大的科学和应用价值，还能为我国星载干涉高度计的发展提供重要的借鉴和验证方法。

文章信息：

He J,Xu Y,Sun H,Jiang Q,Yang L,Kong W,Liu Y. Sea Surface Height Wavenumber Spectrum from Airborne Interferometric Radar Altimeter. Remote Sensing. 2024;16(8):1359. https://doi.org/10.3390/rs16081359