近日，来自法国布列塔尼大学等多国合作团队的研究表明，通过Surface Water and Ocean Topography（SWOT）卫星，研究人员成功实现了对小振幅巨型涌浪的精确解析。这项研究发表于 Geophysical Research Letters期刊，开创了波浪观测的全新视角，为气象预报、沿岸防灾和地震学研究带来了重大技术突破。
GRL论文：ARDHUIN F, MOLERO B, BOHÉ A, 等. Phase-Resolved Swells Across Ocean Basins in SWOT Altimetry Data: Revealing Centimeter-Scale Wave Heights Including Coastal Reflection[J/OL]. Geophysical Research Letters, 2024, 51(16): e2024GL109658. DOI:10.1029/2024GL109658.
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Baby，公众号：海洋遥感学习SWOT测量海洋中的巨型涌浪
此次研究中，GNSS波浪浮标被用来验证和评价SWOT卫星观测数据的精度，充分展示了这一组合在长波涌浪观测中的可行性。Southern Ocean Flux Station (SOFS)和Spotter等浮标通过GNSS系统精确测量波浪的垂直运动，提供了厘米级精度的现场数据。
这些浮标依靠GNSS实现了高精度的波高测量，同时具备较低的成本，能够在全球范围内大规模布放，覆盖广泛的海洋区域，捕捉完整的海洋波浪过程。通过GNSS浮标数据与SWOT卫星观测数据的对比，研究验证了SWOT的可靠性，突显了GNSS浮标在全球海洋观测中的关键作用及其巨大的应用价值。
传统技术的局限与SWOT的突破
长波涌浪（swell）是由风暴生成并传播至全球的波浪，通常波长可达数百米至一千米，但波高较低。传统的遥感技术和浮标难以检测波高低于0.2米的长波，尤其是在远离风暴源的区域。这种技术局限使得研究长波的传播、反射和其对全球沿岸地区的影响一直是难题。
SWOT卫星的关键技术——Ka波段雷达干涉仪（KaRIN），打破了这一瓶颈。该系统通过跨轨雷达干涉，能够以250米的空间分辨率捕捉全球海洋表面细致的波动情况，首次将长波波高的检测极限推进至 3厘米。相比于传统的浮标和雷达技术，SWOT在检测波长超过500米的长波时，展现出了卓越的性能。
为何波高小而波长大？
在论文中，研究解释了长波的生成与传播机制。长波通常由强风暴生成，随着它们远离风暴源传播，波高会逐渐衰减，但波长保持不变。因此，即便波高小至厘米级，这些波浪的波长依旧可达500至1000米。通过SWOT的精确观测，研究团队能够捕捉到这些波浪在全球海洋中的传播过程。
SWOT的精度验证
现场数据源：
Spotter浮标，GNSS测量系统，低成本GNSS系统，漂流观测
Southern Ocean Flux Station (SOFS)浮标，锚定观测，双频GNSS测量系统
SWOT卫星的观测精度得到了浮标和数值模型的验证。通过与SOFS浮标及Spotter浮标的数据对比，SWOT的波高测量与浮标数据高度一致，误差通常在 10% 以内。浮标噪声水平约为 10厘米，而SWOT可以捕捉到相同水平以下的波浪，这一能力远超传统浮标。
此外，SWOT还展示了其对沿岸反射和小岛散射现象的观测能力。研究发现，在澳大利亚南部及新西兰北部区域，SWOT首次捕捉到较强的波浪反射和散射现象。这些反射波虽然波高仅有20厘米，但通过SWOT的精确测量，清晰地呈现了波浪的传播方向和强度。
SWOT项目由美国航天局（NASA）和法国国家航天研究中心（CNES）联合资助，随着更多观测数据的积累，SWOT的应用范围将不断扩展。
