低成本、高效率、全天候的近海监测突破，X波段雷达海底地形
传统海底地形通常采用单波束、多波束和侧扫声呐等，但这种传统的船舶勘测成本高昂，而如果采用遥感观测，可能会受到光强度、云层遮挡和水体浑浊度等限制。最近，一项新的研究展示了X波段雷达这种革新近海床形监测技术，成本低、高效率和全天候监测。
X波段雷达克服了其中许多障碍，海洋雷达系统安装在海岸线上的固定桅杆上，天线每转动一次，就会发送和接收一连串无线电波。通过检测反射回信号，这种有源传感器可用于对周围数公里的区域进行成像。
单张原始图像可显示高反射性物体，例如船舶或导航设备，以及海面上的单个波浪。将多个图像组合成复合图像时，可以去除短暂的物体，并可检测到海面粗糙度的细微变化。由于沿岸洋流经过时在其尾流中产生的湍流，水下特征的痕迹看起来是较粗糙的表面斑块，对 X 波段雷达数据进行适当的分组、平均和校正，去除瞬时干扰，可以在短至单个潮汐周期的时间尺度内检测和推导床形位置。
X波段雷达并不是新技术，它原本用于航海和气象观测，能探测海面波浪、船只甚至降雨，但研究发现，它还能用来间接观测海底地形。
X波段雷达是如何工作的呢？主要是通过海面粗糙度揭示海底特征。雷达天线架设在海岸，不断旋转并向海面发射无线电波，并接受返回的电波信号，平滑的海面反射较弱，而粗糙的海面反射更强。当海流经过海底沙丘或沙洲时，会产生湍流，使上方海面变得略微粗糙，雷达通过检测这些微小的粗糙变化，反推出海底地形的轮廓。
在英格兰南部Pevensey Bay海湾，这里的海底存在韵律床形，虽然知道风暴会影响这些床形，但缺乏实时观测数据。通过X波段雷显示，风暴期间，沙洲的迁移速度明显加快，极端天气事件可迅速重塑海底地貌。
另一个案例是英国Suffolk核电站选址，在规划一座新核电站时，工程师需要评估海上运输路线是否安全。传统勘测显示该海域海底相对稳定。然而，X波段雷达却发现了一个高度动态的潮下沙洲系统。尽管该地区已有20年的常规监测数据，但这一沙洲系统此前未被发现。沙洲的位置会随潮汐和海流变化，可能对船舶航行构成风险。
X波段雷达通过高时空分辨率和全天候监测能力，解决了近岸床形动态监测的传统难题，并在实际应用中揭示了传统方法无法检测的地貌动态。相较于船舶调查，成本与风险显著降低。
❓思考题：X波段雷达测海底地形，主要是通过探测海面的什么变化？
A.温度变化
B.盐度变化
C.粗糙度变化
D.颜色变化
参考答案：（点击查看）
C.
解析：X波段雷达本身无法直接穿透海水，但它能探测海面的微小波纹和湍流（粗糙度变化），这些变化是由海底床形（如沙丘）影响水流造成的。通过分析这些数据，科学家就能反推出海底地形。
尽管X波段雷达展现出强大潜力，但目前研究仅限于局部区域，未来研究可进一步优化算法、拓展监测范围，并探索多源数据融合的应用。
参考文献：Dominique Townsend，Detecting nearshore bedforms with X-band radar. Nature Reviews Earth & Environment (2025)，doi：10.1038/s43017-025-00671-0