高光譜綜合觀測衛(wèi)星是一位可以對地球大氣進行CT掃描的“診斷師”——

　　大氣“診斷師”上崗后可以干什么

　　光明日報記者 陳海波 光明日報通訊員 張未

　　1月23日，高光譜綜合觀測衛(wèi)星正式上崗投入使用。這是一顆服務于生態(tài)環(huán)境、自然資源、氣象、減災、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的定量光學遙感衛(wèi)星，特別是可為加強生態(tài)環(huán)境保護、打贏污染防治攻堅戰(zhàn)提供重要數(shù)據(jù)支撐，緩解我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測對高光譜遙感數(shù)據(jù)的迫切需求。

　　“作為國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的重要組成部分，高光譜綜合觀測衛(wèi)星是一位可以對地球大氣進行CT掃描的‘診斷師’?！眹液教炀謱Φ赜^測與數(shù)據(jù)中心主任、高分專項工程總設計師兼副總指揮趙堅如此比喻。

　　　綜合探測能力強

　　高光譜綜合觀測衛(wèi)星可謂“綜合型選手”，具備全球全天時的陸地與大氣高光譜綜合探測能力。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、水監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境督察、自然資源調查、氣候變化研究等需求。

　　這些能力的實現(xiàn)，依賴于衛(wèi)星搭載的三臺遙感儀器——可見短波紅外高光譜相機、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、寬幅熱紅外成像儀三臺遙感儀器。趙堅介紹，它們具備大幅寬中高空間分辨率長波紅外探測能力、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能力，可實現(xiàn)每天1次大氣環(huán)境探測全球覆蓋、2天1次陸表環(huán)境全球全天時覆蓋。

　　其中，可見短波紅外高光譜相機的光譜通道達330個，最高2.5納米光譜分辨率，具備國內(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，可廣泛應用于自然生態(tài)監(jiān)測、礦產(chǎn)資源調查、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單，可用于定量監(jiān)測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量變化、污染氣體的分布輸運過程。

　　寬幅熱紅外成像儀綜合性能達到國際最高水平，可精確反演全球地表多時相溫度信息，可用于核電站溫排水監(jiān)測、秸稈焚燒監(jiān)測、海冰監(jiān)測、入江入海排污口監(jiān)測等，為核電廠運行安全、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)質量全面提高

　　高光譜綜合觀測衛(wèi)星的牽頭用戶為生態(tài)環(huán)境部，自然資源部和中國氣象局等為主要用戶。該衛(wèi)星的應用產(chǎn)品很豐富，既有甲烷點源排放強度和二氧化氮、臭氧、二氧化硫柱濃度監(jiān)測等專業(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，是國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、氣候變化應對和自然資源調查的重要依據(jù)。

　　“這些應用產(chǎn)品精度要求高，對地面數(shù)據(jù)處理提出了很高的要求?！壁w堅指出，地面數(shù)據(jù)處理面臨的主要難點，一方面是遙感數(shù)據(jù)波段數(shù)多，達到一千多個，像元數(shù)超過百萬個，每個像元都需進行高精度定標；另一方面，由于太陽光、地物反照率和大氣吸收散射等差異，每個光譜通道信號特性差異大、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處理上千個通道、相鄰光譜，且空間屬性極易被破壞。

　　為了破解這些難點，高光譜綜合觀測衛(wèi)星設置了一系列定標和校正方面的改進措施：一是采用星上基準光譜輻射標準源，進行高穩(wěn)定、高頻次自校正；二是研究對月光譜輻射定標新方法，配置星上大氣校正儀，綜合實現(xiàn)高精度的在軌光譜輻射定標；三是在校正處理方面，建立載荷全鏈路光譜輻射響應數(shù)字模型，刻畫載荷波段間、波段內(nèi)的信號響應作用機制，發(fā)展光譜-空間協(xié)同的微弱信號圖像質量提升降噪方法，從而全面提高數(shù)據(jù)質量。

　　“經(jīng)過在軌測試和地面多個高精度定標場的多時相聯(lián)合檢校評估，這顆星上3臺載荷的輻射定標精度、光譜定標精度、圖像質量和穩(wěn)定性都達到了目前國內(nèi)同類衛(wèi)星的最高水平?！壁w堅說。

　　數(shù)據(jù)將共享共用

　　據(jù)了解，高光譜綜合觀測衛(wèi)星具備遙感數(shù)據(jù)優(yōu)先級配置功能，可大幅度提升應急響應能力。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模式形成多種觀測方案，可滿足不同場景應用需求，大幅提高衛(wèi)星的定制性、及時性和靈活性，深度賦能行業(yè)應用，充分釋放遙感大數(shù)據(jù)“倍增效應”。

　　趙堅表示，高光譜綜合觀測衛(wèi)星的數(shù)據(jù)將在國家遙感數(shù)據(jù)與應用服務平臺上共享。該平臺持續(xù)為各層次用戶提供包括高光譜綜合觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)在內(nèi)的國家民用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品應用服務，推動中國遙感數(shù)據(jù)共建共享共用。

　　“在國際合作方面，該衛(wèi)星也有廣闊的合作空間?！壁w堅透露，2023年6月，國家航天局局長張克儉在巴黎會見了歐洲空間局局長，雙方?jīng)Q定加強對地觀測領域特別是氣候變化相關領域的合作。高光譜綜合觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)高精度應用成果，促成了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會高光譜遙感專題研討會，同時也促成了在氣候變化研究領域，中歐數(shù)據(jù)交換的合作意向。

　　此外，高光譜綜合觀測衛(wèi)星可以與即將投入使用的大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星、陸地生態(tài)碳系統(tǒng)監(jiān)測衛(wèi)星開展融合應用。大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星將提供精度優(yōu)于1ppm（百萬分之一）的全球全天時二氧化碳柱濃度分布信息，陸地生態(tài)碳系統(tǒng)監(jiān)測衛(wèi)星將提供全球高精度碳匯產(chǎn)品。這三種衛(wèi)星產(chǎn)品的融合應用能更精準地監(jiān)測碳源碳匯等信息，大幅提升我們應對氣候變化的能力。

　　《光明日報》（2024年01月25日 08版）