高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星是一位可以對(duì)地球大氣進(jìn)行CT掃描的“診斷師”——

　　大氣“診斷師”上崗后可以干什么

　　光明日?qǐng)?bào)記者 陳海波 光明日?qǐng)?bào)通訊員 張未

　　1月23日，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星正式上崗?fù)度胧褂谩＿@是一顆服務(wù)于生態(tài)環(huán)境、自然資源、氣象、減災(zāi)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的定量光學(xué)遙感衛(wèi)星，特別是可為加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供重要數(shù)據(jù)支撐，緩解我國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)高光譜遙感數(shù)據(jù)的迫切需求。

　　“作為國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)的重要組成部分，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星是一位可以對(duì)地球大氣進(jìn)行CT掃描的‘診斷師’?！眹?guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心主任、高分專項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師兼副總指揮趙堅(jiān)如此比喻。

　　　綜合探測(cè)能力強(qiáng)

　　高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星可謂“綜合型選手”，具備全球全天時(shí)的陸地與大氣高光譜綜合探測(cè)能力。它通過獲取從紫外到紅外譜段的高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，以滿足大氣監(jiān)測(cè)、水監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境督察、自然資源調(diào)查、氣候變化研究等需求。

　　這些能力的實(shí)現(xiàn)，依賴于衛(wèi)星搭載的三臺(tái)遙感儀器——可見短波紅外高光譜相機(jī)、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、寬幅熱紅外成像儀三臺(tái)遙感儀器。趙堅(jiān)介紹，它們具備大幅寬中高空間分辨率長(zhǎng)波紅外探測(cè)能力、可見短波寬譜寬幅高光譜成像能力和污染氣體高光譜探測(cè)能力，可實(shí)現(xiàn)每天1次大氣環(huán)境探測(cè)全球覆蓋、2天1次陸表環(huán)境全球全天時(shí)覆蓋。

　　其中，可見短波紅外高光譜相機(jī)的光譜通道達(dá)330個(gè)，最高2.5納米光譜分辨率，具備國(guó)內(nèi)最高成像光譜分辨率的可見短波寬譜寬幅高光譜成像能力，可廣泛應(yīng)用于自然生態(tài)監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查、石油天然氣勘查等方面。

　　大氣痕量氣體差分吸收光譜儀也不簡(jiǎn)單，可用于定量監(jiān)測(cè)全球痕量污染氣體成分（二氧化硫、二氧化氮、臭氧等）的分布和變化情況，定量獲取全球空氣質(zhì)量變化、污染氣體的分布輸運(yùn)過程。

　　寬幅熱紅外成像儀綜合性能達(dá)到國(guó)際最高水平，可精確反演全球地表多時(shí)相溫度信息，可用于核電站溫排水監(jiān)測(cè)、秸稈焚燒監(jiān)測(cè)、海冰監(jiān)測(cè)、入江入海排污口監(jiān)測(cè)等，為核電廠運(yùn)行安全、水污染監(jiān)管、落后產(chǎn)能淘汰等提供數(shù)據(jù)支撐。

　　數(shù)據(jù)質(zhì)量全面提高

　　高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星的牽頭用戶為生態(tài)環(huán)境部，自然資源部和中國(guó)氣象局等為主要用戶。該衛(wèi)星的應(yīng)用產(chǎn)品很豐富，既有甲烷點(diǎn)源排放強(qiáng)度和二氧化氮、臭氧、二氧化硫柱濃度監(jiān)測(cè)等專業(yè)化產(chǎn)品，也有水環(huán)境、土壤環(huán)境、礦物分布信息等特色產(chǎn)品，是國(guó)家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣候變化應(yīng)對(duì)和自然資源調(diào)查的重要依據(jù)。

　　“這些應(yīng)用產(chǎn)品精度要求高，對(duì)地面數(shù)據(jù)處理提出了很高的要求?！壁w堅(jiān)指出，地面數(shù)據(jù)處理面臨的主要難點(diǎn)，一方面是遙感數(shù)據(jù)波段數(shù)多，達(dá)到一千多個(gè)，像元數(shù)超過百萬個(gè)，每個(gè)像元都需進(jìn)行高精度定標(biāo)；另一方面，由于太陽光、地物反照率和大氣吸收散射等差異，每個(gè)光譜通道信號(hào)特性差異大、隨空間環(huán)境變化大且易受傳輸路徑噪聲干擾，傳統(tǒng)的處理方法無法同時(shí)處理上千個(gè)通道、相鄰光譜，且空間屬性極易被破壞。

　　為了破解這些難點(diǎn)，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星設(shè)置了一系列定標(biāo)和校正方面的改進(jìn)措施：一是采用星上基準(zhǔn)光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)源，進(jìn)行高穩(wěn)定、高頻次自校正；二是研究對(duì)月光譜輻射定標(biāo)新方法，配置星上大氣校正儀，綜合實(shí)現(xiàn)高精度的在軌光譜輻射定標(biāo)；三是在校正處理方面，建立載荷全鏈路光譜輻射響應(yīng)數(shù)字模型，刻畫載荷波段間、波段內(nèi)的信號(hào)響應(yīng)作用機(jī)制，發(fā)展光譜-空間協(xié)同的微弱信號(hào)圖像質(zhì)量提升降噪方法，從而全面提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

　　“經(jīng)過在軌測(cè)試和地面多個(gè)高精度定標(biāo)場(chǎng)的多時(shí)相聯(lián)合檢校評(píng)估，這顆星上3臺(tái)載荷的輻射定標(biāo)精度、光譜定標(biāo)精度、圖像質(zhì)量和穩(wěn)定性都達(dá)到了目前國(guó)內(nèi)同類衛(wèi)星的最高水平?！壁w堅(jiān)說。

　　數(shù)據(jù)將共享共用

　　據(jù)了解，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星具備遙感數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)配置功能，可大幅度提升應(yīng)急響應(yīng)能力。衛(wèi)星通過自定義載荷數(shù)據(jù)傳輸順序和切換載荷觀測(cè)模式形成多種觀測(cè)方案，可滿足不同場(chǎng)景應(yīng)用需求，大幅提高衛(wèi)星的定制性、及時(shí)性和靈活性，深度賦能行業(yè)應(yīng)用，充分釋放遙感大數(shù)據(jù)“倍增效應(yīng)”。

　　趙堅(jiān)表示，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)將在國(guó)家遙感數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)上共享。該平臺(tái)持續(xù)為各層次用戶提供包括高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在內(nèi)的國(guó)家民用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)，推動(dòng)中國(guó)遙感數(shù)據(jù)共建共享共用。

　　“在國(guó)際合作方面，該衛(wèi)星也有廣闊的合作空間?！壁w堅(jiān)透露，2023年6月，國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉在巴黎會(huì)見了歐洲空間局局長(zhǎng)，雙方?jīng)Q定加強(qiáng)對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域特別是氣候變化相關(guān)領(lǐng)域的合作。高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)高精度應(yīng)用成果，促成了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì)高光譜遙感專題研討會(huì)，同時(shí)也促成了在氣候變化研究領(lǐng)域，中歐數(shù)據(jù)交換的合作意向。

　　此外，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星可以與即將投入使用的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星、陸地生態(tài)碳系統(tǒng)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星開展融合應(yīng)用。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星將提供精度優(yōu)于1ppm（百萬分之一）的全球全天時(shí)二氧化碳柱濃度分布信息，陸地生態(tài)碳系統(tǒng)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星將提供全球高精度碳匯產(chǎn)品。這三種衛(wèi)星產(chǎn)品的融合應(yīng)用能更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)碳源碳匯等信息，大幅提升我們應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。

　　《光明日?qǐng)?bào)》（2024年01月25日 08版）