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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(yue)9日凌(ling)晨2時(shi)28分(fen)(fen)，我國(guo)高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)專項(xiang)規劃的唯(wei)一一顆(ke)陸地環境高(gao)(gao)(gao)光(guang)譜觀測(ce)衛(wei)(wei)星高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)五號(hao)在太(tai)(tai)原(yuan)衛(wei)(wei)星發(fa)射中心成(cheng)功發(fa)射。高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)五號(hao)衛(wei)(wei)星飛向太(tai)(tai)空，意(yi)味著(zhu)讓人類賴以(yi)生(sheng)存的大氣、水(shui)、土壤、植被(bei)等將被(bei)更清晰地觀測(ce)，助力生(sheng)態環境保護。

作為“高(gao)(gao)分”家(jia)族(zu)的一員，高(gao)(gao)分五號將和此(ci)前已發射的四顆(ke)高(gao)(gao)分衛(wei)星(xing)一同(tong)擔負起建設(she)高(gao)(gao)分辨率對地(di)觀測(ce)系統的使命。但與此(ci)前不(bu)同(tong)的是，這是一顆(ke)高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜(pu)觀測(ce)衛(wei)星(xing)，觀測(ce)譜(pu)段覆蓋紫(zi)外至長波(bo)紅外，在國際上首次實現對大氣、水(shui)體和陸地(di)進行綜(zong)合的高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜(pu)觀測(ce)。

“高分五號成功發射，對(dui)(dui)于我(wo)們突破對(dui)(dui)國(guo)外高光譜遙感數據(ju)的依賴，緩解(jie)我(wo)國(guo)生態(tai)環(huan)境監測對(dui)(dui)高光譜遙感數據(ju)的急需狀態(tai)將(jiang)發揮重要作(zuo)用。”高分專項應用系(xi)統副總師、生態(tai)環(huan)境部衛星環(huan)境應用中心主(zhu)任王(wang)橋說。

1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴

要保護我們的(de)環(huan)境，必(bi)須隨時(shi)“監(jian)(jian)視”生(sheng)(sheng)態環(huan)境的(de)變化(hua)，即進行生(sheng)(sheng)態環(huan)境監(jian)(jian)測(ce)(ce)。如果(guo)只是自己的(de)“一(yi)畝三分地(di)(di)”，憑借一(yi)雙(shuang)肉眼(yan)或者一(yi)些地(di)(di)面設備就(jiu)可以(yi)實現監(jian)(jian)測(ce)(ce)。但如果(guo)是數百萬(wan)平方公(gong)里的(de)土地(di)(di)和浩渺(miao)的(de)天空(kong)、無垠的(de)海(hai)洋，及其更(geng)為(wei)復雜的(de)物(wu)質和生(sheng)(sheng)物(wu)，地(di)(di)面上的(de)“眼(yan)睛”是遠遠不夠的(de)。這(zhe)時(shi)候，衛星遙感(gan)的(de)作用開始顯現。衛星遙感(gan)監(jian)(jian)測(ce)(ce)具有宏觀、快速、準確(que)等特點，近(jin)年來作為(wei)生(sheng)(sheng)態環(huan)境動態變化(hua)監(jian)(jian)測(ce)(ce)的(de)有效(xiao)手段，得到了越來越多(duo)的(de)應用。

“但我們目前遇到一(yi)個(ge)瓶頸，衛(wei)星(xing)(xing)遙感(gan)數據(ju)源遠遠不能(neng)滿足應(ying)(ying)用需求。”高分(fen)專項(xiang)應(ying)(ying)用系(xi)統(tong)副總師(shi)、生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)部(bu)衛(wei)星(xing)(xing)環(huan)(huan)境(jing)應(ying)(ying)用中(zhong)心主任王橋說，對于大(da)范圍、定量化、同步(bu)觀測要求較高的(de)生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)遙感(gan)監測，現(xian)有(you)衛(wei)星(xing)(xing)數據(ju)在(zai)數據(ju)覆(fu)蓋(gai)能(neng)力、高分(fen)辨率等(deng)方(fang)面與現(xian)實(shi)需要還有(you)很大(da)距離，嚴重制(zhi)約了(le)衛(wei)星(xing)(xing)遙感(gan)技術在(zai)生(sheng)態環(huan)(huan)境(jing)保護工作中(zhong)的(de)應(ying)(ying)用。而且(qie)導致(zhi)了(le)我國對國外(wai)高光(guang)譜遙感(gan)數據(ju)的(de)依賴(lai)。

目(mu)前，我國(guo)還沒有(you)真正意義上的(de)環境專(zhuan)用衛星(xing)。自2010年高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專(zhuan)項(xiang)立(li)項(xiang)以(yi)來，我國(guo)一直致(zhi)力于提升(sheng)自主獲取(qu)高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率觀測(ce)數據的(de)能(neng)力。經過8年努力，高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專(zhuan)項(xiang)全部7型(xing)(xing)衛星(xing)中已有(you)4型(xing)(xing)成(cheng)功發射并(bing)穩定運行。其中，高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)一號實現(xian)了中高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率與(yu)大幅寬相結(jie)合的(de)觀測(ce)能(neng)力；高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)二(er)號標志著我國(guo)民(min)用遙(yao)(yao)感衛星(xing)跨入亞(ya)米級分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率時代；高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)三號是我國(guo)首顆(ke)(ke)1米分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率C頻段多極(ji)化合成(cheng)孔徑雷(lei)達(da)成(cheng)像衛星(xing)；高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)四號是世(shi)界首顆(ke)(ke)地球靜止(zhi)軌道高(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率成(cheng)像遙(yao)(yao)感衛星(xing)。它(ta)們(men)在高(gao)(gao)空間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率、高(gao)(gao)時間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率等方面極(ji)大提升(sheng)了觀測(ce)能(neng)力。

據高(gao)(gao)(gao)分專(zhuan)項工(gong)程總(zong)設(she)計(ji)師、國(guo)防科工(gong)局重(zhong)大專(zhuan)項工(gong)程中心主任童(tong)旭東介紹(shao)，高(gao)(gao)(gao)分五號(hao)是高(gao)(gao)(gao)分專(zhuan)項規(gui)劃的唯一(yi)(yi)一(yi)(yi)顆(ke)陸地環(huan)境高(gao)(gao)(gao)光(guang)譜(pu)觀測衛星(xing)，也是我國(guo)光(guang)譜(pu)分辨率最高(gao)(gao)(gao)的衛星(xing)，分辨率達到(dao)0.5納米，相當(dang)于一(yi)(yi)張(zhang)A4紙的萬(wan)分之(zhi)一(yi)(yi)，它是形成(cheng)我國(guo)“高(gao)(gao)(gao)空(kong)間分辨率、高(gao)(gao)(gao)時間分辨率、高(gao)(gao)(gao)光(guang)譜(pu)分辨率”目標(biao)的重(zhong)要組成(cheng)部分，是實現高(gao)(gao)(gao)光(guang)譜(pu)分辨率對地觀測能力的重(zhong)要標(biao)志(zhi)。

讓高旭東(dong)自(zi)豪和欣慰的是，高分五號對(dui)提高我國(guo)(guo)(guo)衛星(xing)高光譜(pu)數(shu)據的自(zi)給率、減少(shao)我國(guo)(guo)(guo)對(dui)國(guo)(guo)(guo)外高光譜(pu)衛星(xing)數(shu)據的依(yi)賴(lai)，具有非常重要的意(yi)義。

2.精度更高 不再“看圖說話”

何為光譜分辨率？

地(di)球上不(bu)同(tong)的(de)(de)元素(su)及其(qi)化(hua)合物都有自己獨(du)特(te)的(de)(de)光(guang)譜特(te)征(zheng)，光(guang)譜因此被視為辨(bian)別(bie)物質(zhi)的(de)(de)“指紋”，是用(yong)以識(shi)別(bie)和分(fen)(fen)析不(bu)同(tong)物體特(te)征(zheng)的(de)(de)一種(zhong)重要(yao)“身(shen)份證(zheng)”。光(guang)譜分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)指探測光(guang)譜輻射能(neng)量(liang)的(de)(de)最(zui)小波長間隔，分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)高(gao)的(de)(de)話可(ke)以提高(gao)識(shi)別(bie)目標(biao)物質(zhi)的(de)(de)能(neng)力(li)，分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)太低則會丟失光(guang)譜信息，影(ying)響正確識(shi)別(bie)目標(biao)物質(zhi)。

“高光(guang)譜有細分，即識別地(di)表物(wu)(wu)質（地(di)物(wu)(wu)）的能力(li)。光(guang)譜的分辨(bian)率越高，對物(wu)(wu)質的識別能力(li)就(jiu)越強。高分五(wu)號的光(guang)譜分辨(bian)率達到(dao)0.5納米，使我(wo)們可以很好地(di)來區分不同地(di)物(wu)(wu)的特征(zheng)、提取不同的污染(ran)物(wu)(wu)。”王橋說。

以前，我國遙感(gan)衛星主要在(zai)可(ke)見光(guang)范圍內做觀(guan)測，獲取的是(shi)可(ke)見光(guang)部分(fen)反饋(kui)的信(xin)息，通過遙感(gan)數據的幾何(he)特征來區分(fen)地物，王橋形象地稱之為“看圖說話”。“這種方式能看出大氣污染(ran)或(huo)(huo)水(shui)污染(ran)，但要看清污染(ran)要素(su)或(huo)(huo)物質具體是(shi)什(shen)么，光(guang)靠‘看圖說話’是(shi)不行(xing)的，因為用可(ke)見光(guang)和肉眼看不到這些(xie)信(xin)息，需要用到光(guang)譜信(xin)息。”他(ta)說。

高分五號的優勢(shi)在于，其光譜分辨(bian)率(lv)達到0.5納米，觀(guan)(guan)測(ce)(ce)范圍(wei)從可見光擴展到紫外、紅外、短波、長波紅外，觀(guan)(guan)測(ce)(ce)能(neng)力大大提(ti)高，區分不同地物(wu)、不同污染物(wu)甚至不同污染程度的能(neng)力大大提(ti)高。

王橋舉了一(yi)(yi)個(ge)例子：以前遙感衛星(xing)在(zai)進行(xing)水體監(jian)測時，沒(mei)有高光譜(pu)手(shou)段，很難區分(fen)水體里的(de)水草和水華，衛星(xing)遙感里給出的(de)反饋是(shi)一(yi)(yi)類物質(zhi)，這就(jiu)是(shi)光譜(pu)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)太低的(de)局限。分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)提(ti)高后(hou)，有了區分(fen)的(de)能力，可以通(tong)過遙感數(shu)據把不同物質(zhi)種類提(ti)取(qu)出來，更好地探測和研究污染情況。

此外，高分五號還是(shi)我國定(ding)量化性(xing)能(neng)最高的(de)衛星。它裝載有太陽漫反射(she)(she)板等7類星上定(ding)標器(qi)，絕(jue)對輻(fu)射(she)(she)定(ding)標精(jing)度優(you)于5%，相(xiang)對輻(fu)射(she)(she)定(ding)標精(jing)度優(you)于3%。“高五發(fa)射(she)(she)后，可以支持我們做(zuo)定(ding)量反演、定(ding)量提取，使精(jing)細監測成為(wei)可能(neng)。”童旭東說(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(duan)(duan)的(de)(de)實現(xian)，建(jian)立(li)在其配置了(le)6種先進載荷(he)地(di)基礎上。它(ta)搭載了(le)4個(ge)大(da)氣(qi)環(huan)境探(tan)測和2個(ge)水體陸(lu)地(di)探(tan)測載荷(he)，可獲取從紫外到長波紅(hong)外譜(pu)段(duan)(duan)的(de)(de)高光譜(pu)分辨(bian)率遙感數據，實現(xian)對大(da)氣(qi)和陸(lu)表(biao)的(de)(de)綜合(he)觀測。

據介紹，高(gao)分五號配(pei)置了可見短波紅(hong)外高(gao)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)相機(ji)、全譜(pu)(pu)(pu)段光(guang)譜(pu)(pu)(pu)成像儀(yi)、大(da)氣主要溫室氣體檢測(ce)儀(yi)、大(da)氣環(huan)境紅(hong)外甚(shen)高(gao)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)分辨率(lv)探測(ce)儀(yi)、大(da)氣痕量氣體差分吸收光(guang)譜(pu)(pu)(pu)儀(yi)、大(da)氣氣溶(rong)膠多(duo)(duo)角度偏(pian)振探測(ce)儀(yi)等6種(zhong)先進載荷。“這是(shi)國內首顆同時具有多(duo)(duo)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)、高(gao)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)、偏(pian)振、多(duo)(duo)角度、掩星、耀斑等多(duo)(duo)種(zhong)觀(guan)(guan)測(ce)手(shou)段的光(guang)學遙感(gan)衛星，可實現多(duo)(duo)種(zhong)觀(guan)(guan)測(ce)數據融合應用。”童旭(xu)東說。

作為(wei)國內(nei)探(tan)測(ce)(ce)手段最多(duo)的(de)光學遙感衛星，高分五(wu)號可實(shi)(shi)現(xian)對內(nei)陸(lu)水(shui)體、陸(lu)表生(sheng)態(tai)環境(jing)、蝕變(bian)礦(kuang)物、巖礦(kuang)類別以(yi)(yi)及大氣污(wu)染氣體、溫室(shi)氣體等進行綜合探(tan)測(ce)(ce)，為(wei)我國環境(jing)監測(ce)(ce)、資(zi)源勘查、氣候變(bian)化(hua)、農(nong)作物監測(ce)(ce)與估產(chan)、防災減(jian)災等提(ti)供高質(zhi)量的(de)高光譜數據。比如，在水(shui)體生(sheng)態(tai)環境(jing)監測(ce)(ce)上，可以(yi)(yi)監測(ce)(ce)城(cheng)市(shi)黑臭水(shui)體等污(wu)染情況(kuang)；在陸(lu)表生(sheng)態(tai)環境(jing)監測(ce)(ce)上，可以(yi)(yi)對自然(ran)保護(hu)區里人類活動干擾情況(kuang)、生(sheng)物多(duo)樣性保護(hu)優先區里動植物生(sheng)境(jing)變(bian)化(hua)實(shi)(shi)施動態(tai)遙感監測(ce)(ce)。

這其中，對(dui)大(da)(da)氣(qi)(qi)污染物(wu)的監(jian)測(ce)尤其值得一提。此前我國(guo)發射的高(gao)(gao)分一號等衛(wei)星，雖然也能觀測(ce)大(da)(da)氣(qi)(qi)污染情況。“但它們是(shi)普適性的，沒有(you)針(zhen)對(dui)大(da)(da)氣(qi)(qi)污染物(wu)做專(zhuan)門(men)設計，不夠專(zhuan)業(ye)化。”王橋介紹，高(gao)(gao)分五號更加專(zhuan)業(ye)化，六個載荷中四個為大(da)(da)氣(qi)(qi)環境監(jian)測(ce)儀，具(ju)備大(da)(da)幅寬(kuan)、高(gao)(gao)光(guang)譜及偏振探(tan)測(ce)能力，使二(er)氧化氮、二(er)氧化硫等污染氣(qi)(qi)體(ti)和二(er)氧化碳、甲烷等溫室氣(qi)(qi)體(ti)高(gao)(gao)精度遙感探(tan)測(ce)成(cheng)為可能，在大(da)(da)氣(qi)(qi)污染監(jian)測(ce)方面帶來極(ji)大(da)(da)突破。

“高(gao)分五號的(de)發射，將填補國(guo)(guo)產衛星(xing)無法有(you)效(xiao)探測區(qu)域大(da)(da)氣污(wu)染(ran)(ran)氣體(ti)的(de)空白(bai)，對于(yu)動態監測我國(guo)(guo)大(da)(da)氣污(wu)染(ran)(ran)狀(zhuang)況、進(jin)行大(da)(da)氣污(wu)染(ran)(ran)防治具有(you)重要意(yi)義。”王(wang)橋說。（記者 陳海(hai)波）

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