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高分五號衛星效果圖 中國航天科技集團有限公司八院供圖

5月9日凌晨2時28分(fen)，我(wo)國高(gao)分(fen)專項規劃的(de)唯一一顆陸地環(huan)境(jing)高(gao)光譜(pu)觀測衛星(xing)高(gao)分(fen)五號在太(tai)原(yuan)衛星(xing)發射(she)中心成功發射(she)。高(gao)分(fen)五號衛星(xing)飛向太(tai)空，意味著讓人類賴以生存的(de)大氣、水、土壤、植被等(deng)將被更清晰(xi)地觀測，助(zhu)力生態環(huan)境(jing)保(bao)護。

作(zuo)為“高(gao)分(fen)”家族的(de)(de)(de)(de)一員，高(gao)分(fen)五號將(jiang)和此前(qian)已發射的(de)(de)(de)(de)四顆(ke)高(gao)分(fen)衛星(xing)一同擔負起建設高(gao)分(fen)辨率對地觀(guan)測(ce)(ce)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)使命。但(dan)與此前(qian)不同的(de)(de)(de)(de)是，這(zhe)是一顆(ke)高(gao)光譜(pu)觀(guan)測(ce)(ce)衛星(xing)，觀(guan)測(ce)(ce)譜(pu)段覆蓋紫外(wai)至(zhi)長(chang)波紅外(wai)，在國際上(shang)首(shou)次實現(xian)對大氣、水體(ti)和陸地進(jin)行(xing)綜合(he)的(de)(de)(de)(de)高(gao)光譜(pu)觀(guan)測(ce)(ce)。

“高(gao)分五號成功(gong)發(fa)(fa)射，對(dui)于我(wo)們(men)突破對(dui)國(guo)外(wai)高(gao)光(guang)譜(pu)遙感(gan)(gan)數據(ju)的(de)依(yi)賴(lai)，緩解我(wo)國(guo)生態環境(jing)監測對(dui)高(gao)光(guang)譜(pu)遙感(gan)(gan)數據(ju)的(de)急需狀態將發(fa)(fa)揮重要作(zuo)用(yong)。”高(gao)分專(zhuan)項(xiang)應用(yong)系統副總師、生態環境(jing)部(bu)衛星環境(jing)應用(yong)中心主任(ren)王橋說。

1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴

要保護我們的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)，必(bi)須隨時(shi)“監視”生態環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)(de)變化(hua)，即進行生態環(huan)境(jing)(jing)監測(ce)。如果(guo)只是自(zi)己的(de)(de)(de)“一畝三分地(di)(di)”，憑借一雙肉眼(yan)或(huo)者一些地(di)(di)面(mian)設備就(jiu)可以實現監測(ce)。但如果(guo)是數百萬平方(fang)公(gong)里的(de)(de)(de)土地(di)(di)和(he)浩渺的(de)(de)(de)天空、無垠的(de)(de)(de)海(hai)洋，及其更為(wei)復雜(za)的(de)(de)(de)物質和(he)生物，地(di)(di)面(mian)上的(de)(de)(de)“眼(yan)睛”是遠遠不夠的(de)(de)(de)。這時(shi)候(hou)，衛星(xing)遙(yao)感的(de)(de)(de)作用開始顯現。衛星(xing)遙(yao)感監測(ce)具有(you)宏觀(guan)、快速、準確等特點，近年來作為(wei)生態環(huan)境(jing)(jing)動態變化(hua)監測(ce)的(de)(de)(de)有(you)效手段，得到了越來越多的(de)(de)(de)應用。

“但我們目前遇到一個瓶(ping)頸(jing)，衛星遙(yao)感(gan)(gan)數(shu)據(ju)(ju)源遠遠不能滿(man)足應(ying)用需(xu)(xu)求。”高(gao)(gao)分專項應(ying)用系統(tong)副(fu)總師、生態(tai)環(huan)(huan)(huan)境部衛星環(huan)(huan)(huan)境應(ying)用中(zhong)(zhong)心(xin)主(zhu)任王(wang)橋說，對于大(da)范圍、定(ding)量(liang)化(hua)、同步(bu)觀測(ce)要(yao)(yao)求較高(gao)(gao)的(de)生態(tai)環(huan)(huan)(huan)境遙(yao)感(gan)(gan)監測(ce)，現有衛星數(shu)據(ju)(ju)在(zai)數(shu)據(ju)(ju)覆蓋能力、高(gao)(gao)分辨率等方面(mian)與現實需(xu)(xu)要(yao)(yao)還有很大(da)距離(li)，嚴重制約了衛星遙(yao)感(gan)(gan)技(ji)術在(zai)生態(tai)環(huan)(huan)(huan)境保護工作中(zhong)(zhong)的(de)應(ying)用。而(er)且導致了我國對國外高(gao)(gao)光(guang)譜遙(yao)感(gan)(gan)數(shu)據(ju)(ju)的(de)依賴(lai)。

目前(qian)，我(wo)國(guo)(guo)還(huan)沒有(you)真正意義上的(de)環境(jing)專(zhuan)用(yong)衛(wei)(wei)星。自2010年高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專(zhuan)項(xiang)立項(xiang)以來(lai)，我(wo)國(guo)(guo)一(yi)直(zhi)致(zhi)力(li)(li)于提升自主獲取(qu)高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)觀(guan)(guan)測數據的(de)能(neng)力(li)(li)。經過8年努力(li)(li)，高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專(zhuan)項(xiang)全部7型(xing)(xing)衛(wei)(wei)星中(zhong)已(yi)有(you)4型(xing)(xing)成功(gong)發射并(bing)穩(wen)定運行。其(qi)中(zhong)，高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)一(yi)號實現(xian)了中(zhong)高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)與大(da)幅寬相(xiang)結合的(de)觀(guan)(guan)測能(neng)力(li)(li)；高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)二(er)號標志著我(wo)國(guo)(guo)民用(yong)遙感衛(wei)(wei)星跨入亞米(mi)級(ji)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)時代；高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)三號是我(wo)國(guo)(guo)首顆(ke)1米(mi)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)C頻(pin)段多極(ji)化合成孔(kong)徑雷達成像衛(wei)(wei)星；高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)四號是世界(jie)首顆(ke)地球靜(jing)止軌道高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)成像遙感衛(wei)(wei)星。它們在高(gao)(gao)空間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)、高(gao)(gao)時間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)等方面極(ji)大(da)提升了觀(guan)(guan)測能(neng)力(li)(li)。

據高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專項(xiang)工程總設(she)計師、國(guo)防科工局重(zhong)大專項(xiang)工程中心主(zhu)任童(tong)旭(xu)東(dong)介紹，高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)五號是(shi)(shi)高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專項(xiang)規劃的唯一(yi)一(yi)顆(ke)陸地環(huan)境高(gao)(gao)光(guang)譜(pu)觀測衛星(xing)，也是(shi)(shi)我國(guo)光(guang)譜(pu)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)最(zui)高(gao)(gao)的衛星(xing)，分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)達到0.5納米(mi)，相當于(yu)一(yi)張A4紙的萬(wan)分(fen)(fen)(fen)之一(yi)，它是(shi)(shi)形成(cheng)(cheng)我國(guo)“高(gao)(gao)空間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)、高(gao)(gao)時間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)、高(gao)(gao)光(guang)譜(pu)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)”目標(biao)的重(zhong)要(yao)(yao)組成(cheng)(cheng)部分(fen)(fen)(fen)，是(shi)(shi)實現高(gao)(gao)光(guang)譜(pu)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)對地觀測能力的重(zhong)要(yao)(yao)標(biao)志。

讓(rang)高旭東自(zi)豪和欣慰的是，高分五(wu)號對提高我(wo)國衛(wei)星高光譜(pu)數據的自(zi)給率、減少我(wo)國對國外高光譜(pu)衛(wei)星數據的依(yi)賴，具有(you)非常重要的意(yi)義。

2.精度更高 不再“看圖說話”

何為光譜分辨率？

地球上不同的(de)元素及其化合物(wu)都(dou)有自己獨特的(de)光譜(pu)特征(zheng)，光譜(pu)因(yin)此被視為辨(bian)(bian)別物(wu)質的(de)“指(zhi)紋”，是用以識別和分(fen)析(xi)不同物(wu)體特征(zheng)的(de)一種(zhong)重(zhong)要“身份(fen)證”。光譜(pu)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)指(zhi)探測光譜(pu)輻射能(neng)量的(de)最小波長間隔(ge)，分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)高的(de)話(hua)可以提高識別目(mu)(mu)標物(wu)質的(de)能(neng)力，分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)太低則會丟失光譜(pu)信息，影響正(zheng)確識別目(mu)(mu)標物(wu)質。

“高光譜(pu)有細分，即識(shi)別(bie)地(di)表(biao)物(wu)(wu)(wu)質（地(di)物(wu)(wu)(wu)）的(de)能力。光譜(pu)的(de)分辨(bian)率(lv)越高，對物(wu)(wu)(wu)質的(de)識(shi)別(bie)能力就(jiu)越強。高分五號的(de)光譜(pu)分辨(bian)率(lv)達到(dao)0.5納米，使我們可以很好(hao)地(di)來區分不(bu)同地(di)物(wu)(wu)(wu)的(de)特征、提取不(bu)同的(de)污染(ran)物(wu)(wu)(wu)。”王橋說。

以前(qian)，我國(guo)遙感衛星主要(yao)在可見(jian)光(guang)范圍內做觀測，獲取的(de)是可見(jian)光(guang)部分反饋的(de)信(xin)息(xi)(xi)，通(tong)過遙感數(shu)據的(de)幾何特征來(lai)區分地物(wu)，王橋形(xing)象地稱之為(wei)“看圖說話(hua)”。“這(zhe)種(zhong)方式能(neng)看出大氣污染(ran)或水污染(ran)，但要(yao)看清污染(ran)要(yao)素或物(wu)質具體是什么，光(guang)靠‘看圖說話(hua)’是不(bu)行的(de)，因為(wei)用可見(jian)光(guang)和肉(rou)眼(yan)看不(bu)到(dao)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)(xi)，需要(yao)用到(dao)光(guang)譜信(xin)息(xi)(xi)。”他說。

高分(fen)五號的優勢在(zai)于，其光(guang)譜分(fen)辨率達到0.5納米，觀測范圍(wei)從(cong)可(ke)見光(guang)擴展到紫(zi)外、紅(hong)外、短波(bo)、長(chang)波(bo)紅(hong)外，觀測能(neng)力(li)大(da)大(da)提(ti)高，區分(fen)不(bu)同地物(wu)、不(bu)同污(wu)染物(wu)甚至不(bu)同污(wu)染程度的能(neng)力(li)大(da)大(da)提(ti)高。

王橋舉了一個例子：以前遙感(gan)衛星在進(jin)行(xing)水(shui)體監測時，沒有高光(guang)譜(pu)手(shou)段，很難區分(fen)水(shui)體里的水(shui)草和水(shui)華，衛星遙感(gan)里給出(chu)的反饋(kui)是(shi)一類物質(zhi)，這就是(shi)光(guang)譜(pu)分(fen)辨率太低的局限(xian)。分(fen)辨率提(ti)高后(hou)，有了區分(fen)的能力，可以通過遙感(gan)數據把(ba)不同物質(zhi)種類提(ti)取出(chu)來，更好地探測和研(yan)究污染(ran)情(qing)況。

此外，高(gao)分五(wu)號(hao)還是我(wo)國定(ding)量(liang)(liang)化性能(neng)最高(gao)的(de)衛星(xing)。它(ta)裝(zhuang)載有太陽(yang)漫(man)反射(she)板等(deng)7類星(xing)上(shang)定(ding)標(biao)(biao)器，絕(jue)對(dui)輻(fu)射(she)定(ding)標(biao)(biao)精度(du)優于5%，相對(dui)輻(fu)射(she)定(ding)標(biao)(biao)精度(du)優于3%。“高(gao)五(wu)發射(she)后，可(ke)以支持我(wo)們做(zuo)定(ding)量(liang)(liang)反演、定(ding)量(liang)(liang)提取(qu)，使(shi)精細監測成為可(ke)能(neng)。”童旭東說。

3.填補空白 探測大氣污染更專業

高(gao)(gao)分五號高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜(pu)手段的實現，建立在其(qi)配置了6種先進載荷地(di)基礎上。它搭載了4個大氣(qi)環境探(tan)測(ce)和2個水體陸(lu)地(di)探(tan)測(ce)載荷，可獲取從紫(zi)外到長波紅外譜(pu)段的高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜(pu)分辨率遙感(gan)數據(ju)，實現對(dui)大氣(qi)和陸(lu)表的綜合觀測(ce)。

據介紹，高分五(wu)號配置了可(ke)見短波紅(hong)外(wai)高光(guang)譜(pu)相機、全譜(pu)段(duan)光(guang)譜(pu)成像儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)(qi)主(zhu)要溫(wen)室氣(qi)(qi)(qi)體檢測(ce)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)(qi)環(huan)境紅(hong)外(wai)甚高光(guang)譜(pu)分辨率探測(ce)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)(qi)痕(hen)量(liang)氣(qi)(qi)(qi)體差分吸收光(guang)譜(pu)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)(qi)氣(qi)(qi)(qi)溶膠多(duo)角(jiao)度偏振(zhen)探測(ce)儀(yi)(yi)等6種先(xian)進載荷。“這(zhe)是(shi)國內首顆同時具有多(duo)光(guang)譜(pu)、高光(guang)譜(pu)、偏振(zhen)、多(duo)角(jiao)度、掩星、耀斑等多(duo)種觀(guan)測(ce)手段(duan)的光(guang)學遙感衛星，可(ke)實(shi)現多(duo)種觀(guan)測(ce)數據融合應用。”童(tong)旭(xu)東說。

作為國內探測(ce)(ce)手段最多的光(guang)學遙(yao)感(gan)衛星，高(gao)分(fen)五號可(ke)實現對內陸(lu)水體、陸(lu)表生態(tai)環境(jing)、蝕變礦物、巖礦類別以(yi)及大氣污染氣體、溫(wen)室氣體等(deng)進(jin)行(xing)綜(zong)合探測(ce)(ce)，為我(wo)國環境(jing)監測(ce)(ce)、資源(yuan)勘查、氣候(hou)變化、農作物監測(ce)(ce)與(yu)估產、防災減災等(deng)提供高(gao)質(zhi)量的高(gao)光(guang)譜數據。比如，在水體生態(tai)環境(jing)監測(ce)(ce)上，可(ke)以(yi)監測(ce)(ce)城市黑臭水體等(deng)污染情況(kuang)；在陸(lu)表生態(tai)環境(jing)監測(ce)(ce)上，可(ke)以(yi)對自然保護區里(li)人類活動(dong)(dong)干擾情況(kuang)、生物多樣性保護優先區里(li)動(dong)(dong)植(zhi)物生境(jing)變化實施(shi)動(dong)(dong)態(tai)遙(yao)感(gan)監測(ce)(ce)。

這其中，對大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)污(wu)染(ran)物的(de)監測(ce)(ce)(ce)尤其值得一(yi)(yi)提(ti)。此前我國(guo)發射的(de)高(gao)分一(yi)(yi)號(hao)等衛星，雖然也(ye)能觀測(ce)(ce)(ce)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)污(wu)染(ran)情況。“但它們是普適性(xing)的(de)，沒有針對大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)污(wu)染(ran)物做專門(men)設(she)計(ji)，不夠(gou)專業化。”王橋介紹，高(gao)分五號(hao)更加專業化，六個(ge)載荷中四(si)個(ge)為大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)環境監測(ce)(ce)(ce)儀，具備大(da)(da)幅寬(kuan)、高(gao)光譜及偏振(zhen)探測(ce)(ce)(ce)能力，使二氧化氮、二氧化硫等污(wu)染(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)和(he)二氧化碳、甲烷等溫室氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)高(gao)精度遙感探測(ce)(ce)(ce)成為可能，在(zai)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)污(wu)染(ran)監測(ce)(ce)(ce)方面帶來(lai)極大(da)(da)突破。

“高分(fen)五號的發射，將填補國產(chan)衛星(xing)無法有效探測區域大(da)氣污(wu)染氣體的空(kong)白(bai)，對(dui)于(yu)動態監測我國大(da)氣污(wu)染狀況、進行大(da)氣污(wu)染防(fang)治具有重要(yao)意義。”王橋(qiao)說。（記者(zhe) 陳海波）

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