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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(ri)凌晨2時28分(fen)，我國高(gao)分(fen)專項規(gui)劃的唯一一顆陸地環境(jing)(jing)高(gao)光譜(pu)觀測衛星(xing)高(gao)分(fen)五號在太(tai)原衛星(xing)發(fa)(fa)射(she)中心成功(gong)發(fa)(fa)射(she)。高(gao)分(fen)五號衛星(xing)飛向太(tai)空，意味著讓(rang)人類賴以生存的大氣、水、土壤、植被等(deng)將(jiang)被更清(qing)晰(xi)地觀測，助力(li)生態環境(jing)(jing)保護。

作為(wei)“高(gao)分”家族的(de)一(yi)員，高(gao)分五號將和(he)此(ci)前(qian)已發射(she)的(de)四顆高(gao)分衛星(xing)(xing)一(yi)同(tong)擔負起(qi)建設高(gao)分辨率(lv)對(dui)(dui)地觀測系統(tong)的(de)使(shi)命。但與(yu)此(ci)前(qian)不同(tong)的(de)是，這(zhe)是一(yi)顆高(gao)光譜(pu)觀測衛星(xing)(xing)，觀測譜(pu)段覆(fu)蓋(gai)紫外至長波紅外，在國(guo)際上首次實現對(dui)(dui)大(da)氣、水體和(he)陸地進行綜(zong)合的(de)高(gao)光譜(pu)觀測。

“高(gao)分(fen)五號成功發射，對于我們(men)突破對國(guo)外高(gao)光譜遙感(gan)數據(ju)的依賴，緩解我國(guo)生態(tai)(tai)(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測對高(gao)光譜遙感(gan)數據(ju)的急需狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)將發揮重要作(zuo)用。”高(gao)分(fen)專項應用系統副總師、生態(tai)(tai)(tai)環(huan)境(jing)部衛(wei)星環(huan)境(jing)應用中心主任王橋(qiao)說。

1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴

要保護我(wo)們的(de)(de)環境(jing)(jing)(jing)，必須隨時“監(jian)視”生態(tai)環境(jing)(jing)(jing)的(de)(de)變化(hua)，即進行生態(tai)環境(jing)(jing)(jing)監(jian)測。如(ru)果只是(shi)自(zi)己(ji)的(de)(de)“一(yi)畝三分地(di)”，憑借一(yi)雙(shuang)肉眼或者一(yi)些地(di)面設備就可以實現(xian)監(jian)測。但如(ru)果是(shi)數(shu)百萬平方(fang)公里的(de)(de)土(tu)地(di)和(he)浩(hao)渺的(de)(de)天(tian)空、無垠的(de)(de)海洋，及其更為(wei)復雜的(de)(de)物質和(he)生物，地(di)面上的(de)(de)“眼睛”是(shi)遠(yuan)遠(yuan)不夠(gou)的(de)(de)。這時候，衛(wei)星遙(yao)感的(de)(de)作用開始(shi)顯現(xian)。衛(wei)星遙(yao)感監(jian)測具有宏觀、快(kuai)速(su)、準確等特(te)點，近年來作為(wei)生態(tai)環境(jing)(jing)(jing)動態(tai)變化(hua)監(jian)測的(de)(de)有效(xiao)手段，得到了(le)越來越多的(de)(de)應用。

“但(dan)我(wo)們目前遇到一(yi)個瓶頸，衛(wei)星遙感(gan)數據源(yuan)遠遠不能滿足應(ying)用(yong)需(xu)求。”高分(fen)專(zhuan)項應(ying)用(yong)系統(tong)副(fu)總師、生(sheng)態環(huan)境部衛(wei)星環(huan)境應(ying)用(yong)中心主任王橋說，對于大(da)范圍、定量(liang)化、同步觀(guan)測要(yao)求較高的(de)生(sheng)態環(huan)境遙感(gan)監(jian)測，現有衛(wei)星數據在(zai)數據覆蓋能力、高分(fen)辨率等方面與現實需(xu)要(yao)還有很(hen)大(da)距離，嚴(yan)重制(zhi)約了衛(wei)星遙感(gan)技術在(zai)生(sheng)態環(huan)境保護工作中的(de)應(ying)用(yong)。而且導致了我(wo)國(guo)對國(guo)外高光譜遙感(gan)數據的(de)依賴。

目前，我國(guo)(guo)還沒有真正意(yi)義上的環(huan)境專用(yong)衛(wei)(wei)星。自(zi)2010年高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)專項(xiang)立項(xiang)以來，我國(guo)(guo)一直致力(li)(li)于提(ti)升自(zi)主獲取高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)辨(bian)率觀測數據的能(neng)(neng)力(li)(li)。經過8年努力(li)(li)，高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)專項(xiang)全部(bu)7型(xing)衛(wei)(wei)星中已有4型(xing)成(cheng)功發射并穩定運行。其中，高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)一號實現(xian)了(le)(le)中高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)辨(bian)率與(yu)大(da)幅(fu)寬相結合的觀測能(neng)(neng)力(li)(li)；高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)二號標志著我國(guo)(guo)民用(yong)遙感衛(wei)(wei)星跨入亞米(mi)級分(fen)辨(bian)率時(shi)代；高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)三(san)號是我國(guo)(guo)首(shou)顆1米(mi)分(fen)辨(bian)率C頻段多(duo)極(ji)化合成(cheng)孔徑(jing)雷達成(cheng)像衛(wei)(wei)星；高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)四(si)號是世(shi)界首(shou)顆地(di)球靜止(zhi)軌(gui)道高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)辨(bian)率成(cheng)像遙感衛(wei)(wei)星。它(ta)們(men)在高(gao)(gao)(gao)(gao)空間(jian)分(fen)辨(bian)率、高(gao)(gao)(gao)(gao)時(shi)間(jian)分(fen)辨(bian)率等方面極(ji)大(da)提(ti)升了(le)(le)觀測能(neng)(neng)力(li)(li)。

據高(gao)(gao)分(fen)專(zhuan)項(xiang)工(gong)程(cheng)總設(she)計師、國防科(ke)工(gong)局重(zhong)大專(zhuan)項(xiang)工(gong)程(cheng)中(zhong)心(xin)主任童(tong)旭東介紹，高(gao)(gao)分(fen)五號是高(gao)(gao)分(fen)專(zhuan)項(xiang)規(gui)劃的(de)唯(wei)一(yi)一(yi)顆陸地環(huan)境高(gao)(gao)光(guang)譜觀(guan)測衛星(xing)，也是我國光(guang)譜分(fen)辨率(lv)(lv)最高(gao)(gao)的(de)衛星(xing)，分(fen)辨率(lv)(lv)達到0.5納(na)米(mi)，相(xiang)當于一(yi)張A4紙的(de)萬分(fen)之一(yi)，它是形成我國“高(gao)(gao)空(kong)間分(fen)辨率(lv)(lv)、高(gao)(gao)時間分(fen)辨率(lv)(lv)、高(gao)(gao)光(guang)譜分(fen)辨率(lv)(lv)”目標的(de)重(zhong)要組(zu)成部分(fen)，是實現高(gao)(gao)光(guang)譜分(fen)辨率(lv)(lv)對地觀(guan)測能力的(de)重(zhong)要標志。

讓高(gao)旭東自(zi)(zi)豪和欣慰的是，高(gao)分五(wu)號對提高(gao)我國衛星高(gao)光(guang)譜(pu)數(shu)(shu)據的自(zi)(zi)給率、減少(shao)我國對國外高(gao)光(guang)譜(pu)衛星數(shu)(shu)據的依賴，具有非(fei)常重要(yao)的意義。

2.精度更高 不再“看圖說話”

何為光譜分辨率？

地球上(shang)不同的(de)元素(su)及其化合物(wu)(wu)都有自己獨特(te)的(de)光譜特(te)征(zheng)(zheng)，光譜因此被視(shi)為(wei)辨(bian)別物(wu)(wu)質的(de)“指紋”，是(shi)用以識別和分(fen)析不同物(wu)(wu)體特(te)征(zheng)(zheng)的(de)一種(zhong)重要“身(shen)份證”。光譜分(fen)辨(bian)率(lv)指探測光譜輻射能量(liang)的(de)最小波長間(jian)隔，分(fen)辨(bian)率(lv)高的(de)話可以提高識別目標(biao)物(wu)(wu)質的(de)能力，分(fen)辨(bian)率(lv)太低則會丟失光譜信息，影(ying)響正確識別目標(biao)物(wu)(wu)質。

“高(gao)(gao)光譜(pu)有(you)細分(fen)，即識別(bie)地(di)表物(wu)質（地(di)物(wu)）的(de)能力。光譜(pu)的(de)分(fen)辨(bian)率越(yue)高(gao)(gao)，對物(wu)質的(de)識別(bie)能力就越(yue)強(qiang)。高(gao)(gao)分(fen)五號的(de)光譜(pu)分(fen)辨(bian)率達到0.5納米，使我們可以很好地(di)來區分(fen)不同地(di)物(wu)的(de)特征、提取(qu)不同的(de)污染物(wu)。”王橋說(shuo)。

以前(qian)，我國(guo)遙(yao)感(gan)衛星主要在可見(jian)光(guang)范(fan)圍內做觀測，獲取的是可見(jian)光(guang)部分(fen)(fen)反(fan)饋的信息，通過遙(yao)感(gan)數據的幾何特征(zheng)來區分(fen)(fen)地物，王橋(qiao)形(xing)象地稱(cheng)之(zhi)為(wei)“看圖說(shuo)話”。“這種方式能看出大氣污染或水污染，但要看清污染要素或物質具體是什么，光(guang)靠‘看圖說(shuo)話’是不行的，因為(wei)用(yong)可見(jian)光(guang)和肉眼看不到這些信息，需要用(yong)到光(guang)譜(pu)信息。”他(ta)說(shuo)。

高分五(wu)號的優(you)勢(shi)在于，其光(guang)譜分辨率達到(dao)0.5納米(mi)，觀測范(fan)圍(wei)從(cong)可(ke)見光(guang)擴展到(dao)紫外、紅外、短(duan)波(bo)、長波(bo)紅外，觀測能力(li)大(da)大(da)提(ti)高，區分不(bu)同地物(wu)、不(bu)同污(wu)染(ran)物(wu)甚至不(bu)同污(wu)染(ran)程度的能力(li)大(da)大(da)提(ti)高。

王(wang)橋舉了(le)一個(ge)例子(zi)：以前遙感衛(wei)星在進行水體監測(ce)時，沒有高(gao)光(guang)譜手(shou)段，很難區分水體里的(de)水草和(he)水華，衛(wei)星遙感里給出的(de)反饋是(shi)一類(lei)物(wu)(wu)質，這就是(shi)光(guang)譜分辨(bian)率太低(di)的(de)局限。分辨(bian)率提(ti)(ti)高(gao)后，有了(le)區分的(de)能力，可以通過遙感數據把不(bu)同物(wu)(wu)質種類(lei)提(ti)(ti)取出來(lai)，更好地(di)探測(ce)和(he)研究污染情(qing)況。

此外，高分五(wu)號還是我(wo)國定(ding)(ding)量化(hua)性(xing)能(neng)最高的衛星(xing)。它裝載有太陽漫(man)反射(she)(she)板等(deng)7類(lei)星(xing)上定(ding)(ding)標(biao)器，絕對輻射(she)(she)定(ding)(ding)標(biao)精(jing)(jing)度(du)優于5%，相對輻射(she)(she)定(ding)(ding)標(biao)精(jing)(jing)度(du)優于3%。“高五(wu)發射(she)(she)后，可(ke)以(yi)支持我(wo)們做(zuo)定(ding)(ding)量反演、定(ding)(ding)量提取(qu)，使(shi)精(jing)(jing)細監(jian)測成為可(ke)能(neng)。”童旭東(dong)說(shuo)。

3.填補空白 探測大氣污染更專業

高分五號高光譜(pu)手段的實現，建立在(zai)其配置了(le)6種先進載荷(he)地基礎上。它(ta)搭(da)載了(le)4個(ge)(ge)大(da)(da)氣環境(jing)探(tan)測(ce)和2個(ge)(ge)水體陸(lu)地探(tan)測(ce)載荷(he)，可獲取從(cong)紫外到長(chang)波紅(hong)外譜(pu)段的高光譜(pu)分辨率遙感數據，實現對大(da)(da)氣和陸(lu)表的綜合觀測(ce)。

據介紹，高分五號(hao)配置了可見短波紅(hong)(hong)外高光(guang)譜(pu)(pu)相機、全譜(pu)(pu)段光(guang)譜(pu)(pu)成像(xiang)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)主要溫室氣(qi)(qi)體(ti)檢測(ce)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)環境紅(hong)(hong)外甚高光(guang)譜(pu)(pu)分辨率探(tan)測(ce)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)痕(hen)量氣(qi)(qi)體(ti)差分吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)(pu)儀(yi)(yi)、大氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)溶膠(jiao)多(duo)角(jiao)度偏振(zhen)探(tan)測(ce)儀(yi)(yi)等(deng)6種先進載(zai)荷。“這是國內(nei)首顆同時具有多(duo)光(guang)譜(pu)(pu)、高光(guang)譜(pu)(pu)、偏振(zhen)、多(duo)角(jiao)度、掩星、耀(yao)斑(ban)等(deng)多(duo)種觀測(ce)手段的光(guang)學(xue)遙感衛星，可實現多(duo)種觀測(ce)數據融合(he)應用。”童旭(xu)東(dong)說。

作為(wei)國(guo)內探(tan)測手段最多(duo)(duo)的(de)光學遙感(gan)衛(wei)星，高分五號(hao)可(ke)(ke)(ke)實現對內陸(lu)水體、陸(lu)表(biao)生態環(huan)(huan)境(jing)、蝕變礦物、巖礦類別(bie)以(yi)及(ji)大氣(qi)污染(ran)氣(qi)體、溫(wen)室氣(qi)體等進行綜合(he)探(tan)測，為(wei)我國(guo)環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測、資源勘(kan)查、氣(qi)候變化、農作物監(jian)測與(yu)估產(chan)、防(fang)災(zai)減災(zai)等提供高質量的(de)高光譜(pu)數(shu)據。比如，在(zai)水體生態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測上(shang)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)監(jian)測城市黑(hei)臭水體等污染(ran)情(qing)況；在(zai)陸(lu)表(biao)生態環(huan)(huan)境(jing)監(jian)測上(shang)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)對自然保(bao)護(hu)區里人類活動干擾情(qing)況、生物多(duo)(duo)樣(yang)性保(bao)護(hu)優先區里動植物生境(jing)變化實施動態遙感(gan)監(jian)測。

這其中，對大(da)氣污(wu)染(ran)(ran)物的監測(ce)尤其值得一提。此前(qian)我(wo)國(guo)發射(she)的高(gao)(gao)分一號等(deng)衛(wei)星，雖然(ran)也能(neng)觀(guan)測(ce)大(da)氣污(wu)染(ran)(ran)情況。“但它們是(shi)普適性的，沒有針對大(da)氣污(wu)染(ran)(ran)物做(zuo)專(zhuan)(zhuan)門設計，不夠專(zhuan)(zhuan)業化(hua)。”王橋(qiao)介紹(shao)，高(gao)(gao)分五號更加專(zhuan)(zhuan)業化(hua)，六個(ge)(ge)載荷中四個(ge)(ge)為大(da)氣環境監測(ce)儀，具備大(da)幅(fu)寬、高(gao)(gao)光(guang)譜及偏振探(tan)測(ce)能(neng)力，使二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)氮、二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)硫等(deng)污(wu)染(ran)(ran)氣體和二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳、甲烷等(deng)溫(wen)室氣體高(gao)(gao)精度遙感探(tan)測(ce)成為可能(neng)，在大(da)氣污(wu)染(ran)(ran)監測(ce)方面帶來(lai)極大(da)突破(po)。

“高分五號的(de)發射，將填補(bu)國產衛星無(wu)法有效探測(ce)區域大(da)氣(qi)污染氣(qi)體的(de)空白，對于動(dong)態監測(ce)我國大(da)氣(qi)污染狀況、進(jin)行大(da)氣(qi)污染防治(zhi)具(ju)有重要意義(yi)。”王橋說。（記者 陳海波）

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