“千里眼”“看”生態(tài)

卜英竹 曹志建

隨著我國航天科技的迅猛發(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地觀測新時(shí)代。人類活動(dòng)對地球環(huán)境的影響，使地球面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這需要我們對生活的各大圈層進(jìn)行更多的觀測。

大氣環(huán)境的觀察員——高分五號衛(wèi)星

在今年首屆中國航天大會(huì)衛(wèi)星應(yīng)用與國際合作論壇上獲悉，我國高分專項(xiàng)中唯一一顆實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率重要使命的對地觀測衛(wèi)星高分五號預(yù)計(jì)今年5月初發(fā)射。高分五號衛(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)測儀和大氣氣溶膠多角度偏振探測儀，借助它們，可獲取從紫外到長波紅外譜段的高光譜分辨率星載遙感數(shù)據(jù)，對內(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。

高分專項(xiàng)是啥？

高分專項(xiàng)全名是高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(xiàng)，被稱為 “天眼工程”“創(chuàng)新工程”“應(yīng)用工程”，主要由天基觀測系統(tǒng)、臨近空間觀測系統(tǒng)、航空觀測系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)等組成，是我國中長期科技發(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)就是要通過系列高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射，到2020年使我國形成全天候、全天時(shí)、全球覆蓋的陸地、大氣、海洋對地觀測能力。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觀測地球表面的“眼睛”。

“高分專項(xiàng)”的其他成員

自2013年高分一號衛(wèi)星發(fā)射以來，高分二號、高分四號、高分三號高分系列衛(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，我們來逐一了解：

高分一號衛(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，高分一號衛(wèi)星只需要4天就能把地球完整地看一遍。高分一號衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了空間分辨率和時(shí)間分辨率最優(yōu)組合。

高分二號衛(wèi)星。2014年8月發(fā)射，是我國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，可以用目光銳利來形容，它“看”得更清晰、細(xì)致，它的發(fā)射成功將中國遙感衛(wèi)星空間分辨率帶進(jìn)“亞米時(shí)代”。高分二號比一號的分辨率高但是幅寬小些。一號可以用于寬范圍的普查，二號用于精確定點(diǎn)的詳查。

高分四號衛(wèi)星。2015年12月發(fā)射，它有些“與眾不同”，它不像高分一號衛(wèi)星和高分二號衛(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3.6萬公里的地球同步軌道上，相對地球靜止駐留凝望，可對某一目標(biāo)區(qū)域長時(shí)間觀測，源源不斷地獲取目標(biāo)區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化。它不僅代表了中國目前在高軌遙感衛(wèi)星領(lǐng)域的最高成就，是我國向高軌道遙感領(lǐng)域進(jìn)軍的首發(fā)星，而且國際上也沒有能與之匹敵的同類衛(wèi)星。

高分三號衛(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)”，將中國大地盡收眼底，保障著國計(jì)民生。“高分家族”成員們廣泛應(yīng)用于國土、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、測繪等領(lǐng)域。

高分一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，除國土資源部、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，可有效替代國外同類數(shù)據(jù)進(jìn)口，提高率數(shù)據(jù)自給率，可為我國國土普查、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、城市規(guī)劃、水利開發(fā)、洪澇災(zāi)害監(jiān)測等十余個(gè)領(lǐng)域提供空間信息支持。

高分二號衛(wèi)星主要用戶為國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、國家林業(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、城鄉(xiāng)規(guī)劃監(jiān)測評價(jià)、交通路網(wǎng)規(guī)劃、森林資源調(diào)查、荒漠化監(jiān)測等行業(yè)和首都經(jīng)濟(jì)圈等區(qū)域應(yīng)用提供服務(wù)支撐。

高分三號衛(wèi)星的主用戶包括國家海洋局、民政部、水利部、中國氣象局以及十幾個(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、水利應(yīng)用、災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可以為各行業(yè)用戶提供連續(xù)、高質(zhì)量、高精度對地觀測數(shù)據(jù)，廣泛服務(wù)于我國海洋、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。

高分四號衛(wèi)星可為我國減災(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、地震構(gòu)造信息提取、氣象天氣監(jiān)測等業(yè)務(wù)補(bǔ)充了全新的技術(shù)手段，開辟了我國地球同步軌道高分辨率對地觀測的新領(lǐng)域。同時(shí)，高分四號衛(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。

高分五號衛(wèi)星整裝待發(fā)，面向國家污染減排、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管、大氣成分與氣候變化監(jiān)測、國土資源調(diào)查等重大需求，開展污染氣體、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)測應(yīng)用示范。（編輯/高緯時(shí) 任偉）