光明日報：高分五號發(fā)射成功 “天眼”監測環(huán)境污染

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(shí)28分，我國高分專(zhuān)項規劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀(guān)測衛星高分五號在太原衛星發(fā)射中心成功發(fā)射。高分五號衛星飛向太空，意味著(zhù)讓人類(lèi)賴(lài)以生存的大氣、水、土壤、植被等將被更清晰地觀(guān)測，助力生態(tài)環(huán)境保護。

    作為“高分”家族的一員，高分五號將和此前已發(fā)射的四顆高分衛星一同擔負起建設高分辨率對地觀(guān)測系統的使命。但與此前不同的是，這是一顆高光譜觀(guān)測衛星，觀(guān)測譜段覆蓋紫外至長(cháng)波紅外，在國際上首次實(shí)現對大氣、水體和陸地進(jìn)行綜合的高光譜觀(guān)測。

   “高分五號成功發(fā)射，對于我們突破對國外高光譜遙感數據的依賴(lài)，緩解我國生態(tài)環(huán)境監測對高光譜遙感數據的急需狀態(tài)將發(fā)揮重要作用?！备叻謱?zhuān)項應用系統副總師、生態(tài)環(huán)境部衛星環(huán)境應用中心主任王橋說(shuō)。

1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴(lài) 

    要保護我們的環(huán)境，必須隨時(shí)“監視”生態(tài)環(huán)境的變化，即進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監測。如果只是自己的“一畝三分地”，憑借一雙肉眼或者一些地面設備就可以實(shí)現監測。但如果是數百萬(wàn)平方公里的土地和浩渺的天空、無(wú)垠的海洋，及其更為復雜的物質(zhì)和生物，地面上的“眼睛”是遠遠不夠的。這時(shí)候，衛星遙感的作用開(kāi)始顯現。衛星遙感監測具有宏觀(guān)、快速、準確等特點(diǎn)，近年來(lái)作為生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化監測的有效手段，得到了越來(lái)越多的應用。

   “但我們目前遇到一個(gè)瓶頸，衛星遙感數據源遠遠不能滿(mǎn)足應用需求?！备叻謱?zhuān)項應用系統副總師、生態(tài)環(huán)境部衛星環(huán)境應用中心主任王橋說(shuō)，對于大范圍、定量化、同步觀(guān)測要求較高的生態(tài)環(huán)境遙感監測，現有衛星數據在數據覆蓋能力、高分辨率等方面與現實(shí)需要還有很大距離，嚴重制約了衛星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護工作中的應用。而且導致了我國對國外高光譜遙感數據的依賴(lài)。

    目前，我國還沒(méi)有真正意義上的環(huán)境專(zhuān)用衛星。自2010年高分專(zhuān)項立項以來(lái)，我國一直致力于提升自主獲取高分辨率觀(guān)測數據的能力。經(jīng)過(guò)8年努力，高分專(zhuān)項全部7型衛星中已有4型成功發(fā)射并穩定運行。其中，高分一號實(shí)現了中高分辨率與大幅寬相結合的觀(guān)測能力；高分二號標志著(zhù)我國民用遙感衛星跨入亞米級分辨率時(shí)代；高分三號是我國首顆1米分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達成像衛星；高分四號是世界首顆地球靜止軌道高分辨率成像遙感衛星。它們在高空間分辨率、高時(shí)間分辨率等方面極大提升了觀(guān)測能力。

    據高分專(zhuān)項工程總設計師、國防科工局重大專(zhuān)項工程中心主任童旭東介紹，高分五號是高分專(zhuān)項規劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀(guān)測衛星，也是我國光譜分辨率最高的衛星，分辨率達到0.5納米，相當于一張A4紙的萬(wàn)分之一，它是形成我國“高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率”目標的重要組成部分，是實(shí)現高光譜分辨率對地觀(guān)測能力的重要標志。

    讓高旭東自豪和欣慰的是，高分五號對提高我國衛星高光譜數據的自給率、減少我國對國外高光譜衛星數據的依賴(lài)，具有非常重要的意義。

2.精度更高 不再“看圖說(shuō)話(huà)” 

    何為光譜分辨率？

    地球上不同的元素及其化合物都有自己獨特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”，是用以識別和分析不同物體特征的一種重要“身份證”。光譜分辨率指探測光譜輻射能量的最小波長(cháng)間隔，分辨率高的話(huà)可以提高識別目標物質(zhì)的能力，分辨率太低則會(huì )丟失光譜信息，影響正確識別目標物質(zhì)。

   “高光譜有細分，即識別地表物質(zhì)（地物）的能力。光譜的分辨率越高，對物質(zhì)的識別能力就越強。高分五號的光譜分辨率達到0.5納米，使我們可以很好地來(lái)區分不同地物的特征、提取不同的污染物?！蓖鯓蛘f(shuō)。

    以前，我國遙感衛星主要在可見(jiàn)光范圍內做觀(guān)測，獲取的是可見(jiàn)光部分反饋的信息，通過(guò)遙感數據的幾何特征來(lái)區分地物，王橋形象地稱(chēng)之為“看圖說(shuō)話(huà)”?！斑@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(zhì)具體是什么，光靠‘看圖說(shuō)話(huà)’是不行的，因為用可見(jiàn)光和肉眼看不到這些信息，需要用到光譜信息?！彼f(shuō)。

    高分五號的優(yōu)勢在于，其光譜分辨率達到0.5納米，觀(guān)測范圍從可見(jiàn)光擴展到紫外、紅外、短波、長(cháng)波紅外，觀(guān)測能力大大提高，區分不同地物、不同污染物甚至不同污染程度的能力大大提高。

    王橋舉了一個(gè)例子：以前遙感衛星在進(jìn)行水體監測時(shí)，沒(méi)有高光譜手段，很難區分水體里的水草和水華，衛星遙感里給出的反饋是一類(lèi)物質(zhì)，這就是光譜分辨率太低的局限。分辨率提高后，有了區分的能力，可以通過(guò)遙感數據把不同物質(zhì)種類(lèi)提取出來(lái)，更好地探測和研究污染情況。

    此外，高分五號還是我國定量化性能最高的衛星。它裝載有太陽(yáng)漫反射板等7類(lèi)星上定標器，絕對輻射定標精度優(yōu)于5%，相對輻射定標精度優(yōu)于3%?！案呶灏l(fā)射后，可以支持我們做定量反演、定量提取，使精細監測成為可能?！蓖駯|說(shuō)。

3.填補空白 探測大氣污染更專(zhuān)業(yè) 

    高分五號高光譜手段的實(shí)現，建立在其配置了6種先進(jìn)載荷地基礎上。它搭載了4個(gè)大氣環(huán)境探測和2個(gè)水體陸地探測載荷，可獲取從紫外到長(cháng)波紅外譜段的高光譜分辨率遙感數據，實(shí)現對大氣和陸表的綜合觀(guān)測。

    據介紹，高分五號配置了可見(jiàn)短波紅外高光譜相機、全譜段光譜成像儀、大氣主要溫室氣體檢測儀、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、大氣氣溶膠多角度偏振探測儀等6種先進(jìn)載荷?！斑@是國內首顆同時(shí)具有多光譜、高光譜、偏振、多角度、掩星、耀斑等多種觀(guān)測手段的光學(xué)遙感衛星，可實(shí)現多種觀(guān)測數據融合應用?！蓖駯|說(shuō)。

    作為國內探測手段最多的光學(xué)遙感衛星，高分五號可實(shí)現對內陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境、蝕變礦物、巖礦類(lèi)別以及大氣污染氣體、溫室氣體等進(jìn)行綜合探測，為我國環(huán)境監測、資源勘查、氣候變化、農作物監測與估產(chǎn)、防災減災等提供高質(zhì)量的高光譜數據。比如，在水體生態(tài)環(huán)境監測上，可以監測城市黑臭水體等污染情況；在陸表生態(tài)環(huán)境監測上，可以對自然保護區里人類(lèi)活動(dòng)干擾情況、生物多樣性保護優(yōu)先區里動(dòng)植物生境變化實(shí)施動(dòng)態(tài)遙感監測。

    這其中，對大氣污染物的監測尤其值得一提。此前我國發(fā)射的高分一號等衛星，雖然也能觀(guān)測大氣污染情況?！暗鼈兪瞧者m性的，沒(méi)有針對大氣污染物做專(zhuān)門(mén)設計，不夠專(zhuān)業(yè)化?！蓖鯓蚪榻B，高分五號更加專(zhuān)業(yè)化，六個(gè)載荷中四個(gè)為大氣環(huán)境監測儀，具備大幅寬、高光譜及偏振探測能力，使二氧化氮、二氧化硫等污染氣體和二氧化碳、甲烷等溫室氣體高精度遙感探測成為可能，在大氣污染監測方面帶來(lái)極大突破。