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        “千里眼”“看”生態(tài)

        2018-05-21 16:40:22卜英竹曹志建
        大眾科學(xué) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:千里眼分辨率光譜

        卜英竹 曹志建

        隨著我國(guó)航天科技的迅猛發(fā)展,衛(wèi)星遙感已進(jìn)入一個(gè)立體多層次、全方位和全天候的對(duì)地觀測(cè)新時(shí)代。人類活動(dòng)對(duì)地球環(huán)境的影響,使地球面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),這需要我們對(duì)生活的各大圈層進(jìn)行更多的觀測(cè)。

        大氣環(huán)境的觀察員——高分五號(hào)衛(wèi)星

        在今年首屆中國(guó)航天大會(huì)衛(wèi)星應(yīng)用與國(guó)際合作論壇上獲悉,我國(guó)高分專項(xiàng)中唯一一顆實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率重要使命的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星高分五號(hào)預(yù)計(jì)今年5月初發(fā)射。高分五號(hào)衛(wèi)星是環(huán)境專用衛(wèi)星,也是高分專項(xiàng)中搭載載荷最多、光譜分辨率最高、研制難度最大的衛(wèi)星。衛(wèi)星搭載了六大“神器”:可見(jiàn)短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀、大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測(cè)儀、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測(cè)儀和大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀,借助它們,可獲取從紫外到長(zhǎng)波紅外譜段的高光譜分辨率星載遙感數(shù)據(jù),對(duì)內(nèi)陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境、蝕變礦物及巖礦類型等地物目標(biāo),以及大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等環(huán)境和氣象要素進(jìn)行綜合探測(cè)。

        高分專項(xiàng)是啥?

        高分專項(xiàng)全名是高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng),被稱為 “天眼工程”“創(chuàng)新工程”“應(yīng)用工程”,主要由天基觀測(cè)系統(tǒng)、臨近空間觀測(cè)系統(tǒng)、航空觀測(cè)系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)等組成,是我國(guó)中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃確定的16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一。這項(xiàng)工程的目標(biāo)就是要通過(guò)系列高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射,到2020年使我國(guó)形成全天候、全天時(shí)、全球覆蓋的陸地、大氣、海洋對(duì)地觀測(cè)能力。在人造衛(wèi)星領(lǐng)域,通信、導(dǎo)航、遙感是衛(wèi)星應(yīng)用最主要的三大方向。高分專項(xiàng)系列衛(wèi)星都屬于遙感衛(wèi)星,是幫助人們從天上來(lái)觀測(cè)地球表面的“眼睛”。

        “高分專項(xiàng)”的其他成員

        自2013年高分一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射以來(lái),高分二號(hào)、高分四號(hào)、高分三號(hào)高分系列衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射。目前,“高分家族”一共發(fā)射入軌了四名成員。已經(jīng)在軌運(yùn)行工作的高分衛(wèi)星們個(gè)個(gè)都是好眼力,也都有著各自的絕活,我們來(lái)逐一了解:

        高分一號(hào)衛(wèi)星。2013年4月發(fā)射,是高分專項(xiàng)的首發(fā)星,中高分辨率和寬幅成像能力兼?zhèn)?,它視野廣闊,一眼下去覆蓋800公里??臻g分辨率指從衛(wèi)星照片上能辨別地面目標(biāo)的最小尺寸,高分一號(hào)衛(wèi)星可達(dá)2米左右,這意味著從衛(wèi)星上可以清楚地看到地面上的小汽車。時(shí)間分辨率指重復(fù)觀察同一地物所需要的時(shí)間,高分一號(hào)衛(wèi)星只需要4天就能把地球完整地看一遍。高分一號(hào)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了空間分辨率和時(shí)間分辨率最優(yōu)組合。

        高分二號(hào)衛(wèi)星。2014年8月發(fā)射,是我國(guó)自主研制的首顆空間分辨率優(yōu)于1米的民用光學(xué)遙感衛(wèi)星,可以用目光銳利來(lái)形容,它“看”得更清晰、細(xì)致,它的發(fā)射成功將中國(guó)遙感衛(wèi)星空間分辨率帶進(jìn)“亞米時(shí)代”。高分二號(hào)比一號(hào)的分辨率高但是幅寬小些。一號(hào)可以用于寬范圍的普查,二號(hào)用于精確定點(diǎn)的詳查。

        高分四號(hào)衛(wèi)星。2015年12月發(fā)射,它有些“與眾不同”,它不像高分一號(hào)衛(wèi)星和高分二號(hào)衛(wèi)星那樣在600至700公里的近地軌道環(huán)繞地球“奔跑”,而是“站”在距地3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道上,相對(duì)地球靜止駐留凝望,可對(duì)某一目標(biāo)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè),源源不斷地獲取目標(biāo)區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化。它不僅代表了中國(guó)目前在高軌遙感衛(wèi)星領(lǐng)域的最高成就,是我國(guó)向高軌道遙感領(lǐng)域進(jìn)軍的首發(fā)星,而且國(guó)際上也沒(méi)有能與之匹敵的同類衛(wèi)星。

        高分三號(hào)衛(wèi)星。2016年8月發(fā)射,它不屬于光學(xué)遙感衛(wèi)星,而是一顆微波雷達(dá)成像的遙感衛(wèi)星,是世界上成像模式最多的合成孔徑雷達(dá)(SAR)衛(wèi)星,具有12種成像模式。與光學(xué)遙感衛(wèi)星相比,最大的特點(diǎn)是可以全天時(shí)、全天候的成像能力,不管白天或黑夜,也不管晴空或雷雨多云,可以隨時(shí)對(duì)地成像,尤其適合用于防災(zāi)減災(zāi)的工作。

        “高分專項(xiàng)”數(shù)據(jù)的應(yīng)用

        “致廣大而盡精微”。高分衛(wèi)星“登”高“望”遠(yuǎn),憑借高空間、時(shí)間、光譜、溫度分辨率,抓住物體細(xì)小的特征。一張“高分天眼網(wǎng)”,將中國(guó)大地盡收眼底,保障著國(guó)計(jì)民生?!案叻旨易濉背蓡T們廣泛應(yīng)用于國(guó)土、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、測(cè)繪等領(lǐng)域。

        高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛,除國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部、農(nóng)業(yè)部三個(gè)主用戶外,還包括水利、住建、減災(zāi)、林業(yè)等十余個(gè)其他用戶部門,可有效替代國(guó)外同類數(shù)據(jù)進(jìn)口,提高率數(shù)據(jù)自給率,可為我國(guó)國(guó)土普查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、城市規(guī)劃、水利開(kāi)發(fā)、洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)等十余個(gè)領(lǐng)域提供空間信息支持。

        高分二號(hào)衛(wèi)星主要用戶為國(guó)土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、國(guó)家林業(yè)局等部門,同時(shí)還將為其他用戶部門的有關(guān)區(qū)域提供示范應(yīng)用服務(wù)。它投入使用后,將與在軌運(yùn)行的高分一號(hào)衛(wèi)星相互配合,推動(dòng)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用,為土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、交通路網(wǎng)規(guī)劃、森林資源調(diào)查、荒漠化監(jiān)測(cè)等行業(yè)和首都經(jīng)濟(jì)圈等區(qū)域應(yīng)用提供服務(wù)支撐。

        高分三號(hào)衛(wèi)星的主用戶包括國(guó)家海洋局、民政部、水利部、中國(guó)氣象局以及十幾個(gè)行業(yè),其獲取的C頻段多極化微波遙感信息,在海洋觀測(cè)、水利應(yīng)用、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),可以為各行業(yè)用戶提供連續(xù)、高質(zhì)量、高精度對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù),廣泛服務(wù)于我國(guó)海洋、減災(zāi)、水利及氣象等多個(gè)行業(yè)及業(yè)務(wù)部門,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

        高分四號(hào)衛(wèi)星可為我國(guó)減災(zāi)、林業(yè)、地震、氣象等應(yīng)用提供快速、可靠、穩(wěn)定的光學(xué)遙感數(shù)據(jù),為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)、林火災(zāi)害監(jiān)測(cè)、地震構(gòu)造信息提取、氣象天氣監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)補(bǔ)充了全新的技術(shù)手段,開(kāi)辟了我國(guó)地球同步軌道高分辨率對(duì)地觀測(cè)的新領(lǐng)域。同時(shí),高分四號(hào)衛(wèi)星在環(huán)保、海洋、農(nóng)業(yè)、水利等行業(yè)以及區(qū)域應(yīng)用方面,也具有巨大潛力和廣闊空間。

        高分五號(hào)衛(wèi)星整裝待發(fā),面向國(guó)家污染減排、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管、大氣成分與氣候變化監(jiān)測(cè)、國(guó)土資源調(diào)查等重大需求,開(kāi)展污染氣體、溫室氣體、區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量、水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境、大氣成分、氣候變化、地礦資源調(diào)查等高光譜遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范。(編輯/高緯時(shí) 任偉)

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