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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)，我國高(gao)(gao)分(fen)專項規劃的唯(wei)一一顆陸地環境高(gao)(gao)光譜觀(guan)測衛(wei)星高(gao)(gao)分(fen)五(wu)號在太原衛(wei)星發射(she)中心成功發射(she)。高(gao)(gao)分(fen)五(wu)號衛(wei)星飛(fei)向(xiang)太空，意味著讓人類賴以生(sheng)存的大(da)氣、水、土壤(rang)、植被等將被更清晰地觀(guan)測，助力生(sheng)態(tai)環境保護(hu)。

作為(wei)“高分(fen)”家族的一(yi)員，高分(fen)五號將和此(ci)前已發射(she)的四顆(ke)高分(fen)衛(wei)星一(yi)同擔負起建(jian)設高分(fen)辨(bian)率對(dui)地觀測(ce)系統的使命。但與此(ci)前不(bu)同的是，這是一(yi)顆(ke)高光譜觀測(ce)衛(wei)星，觀測(ce)譜段覆蓋(gai)紫外(wai)至長波紅外(wai)，在(zai)國際上首次實現對(dui)大氣、水體(ti)和陸地進行綜合的高光譜觀測(ce)。

“高(gao)分五號成(cheng)功(gong)發射，對(dui)(dui)于我們突破對(dui)(dui)國外高(gao)光譜遙(yao)感數(shu)據的(de)依賴，緩解我國生(sheng)態環境(jing)監(jian)測對(dui)(dui)高(gao)光譜遙(yao)感數(shu)據的(de)急需(xu)狀態將發揮重(zhong)要作用(yong)。”高(gao)分專項應用(yong)系統副總師、生(sheng)態環境(jing)部(bu)衛星環境(jing)應用(yong)中(zhong)心主任(ren)王橋(qiao)說。

1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴

要保護我們的(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)，必(bi)須隨時“監視”生態環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)變(bian)化，即進行生態環(huan)境(jing)(jing)監測。如果只(zhi)是(shi)自己的(de)(de)“一畝三(san)分地(di)”，憑借(jie)一雙肉眼或者(zhe)一些(xie)地(di)面(mian)設備就可以(yi)實(shi)現監測。但如果是(shi)數百萬(wan)平方公(gong)里的(de)(de)土地(di)和浩渺的(de)(de)天空、無垠的(de)(de)海洋(yang)，及其更為復雜的(de)(de)物(wu)質和生物(wu)，地(di)面(mian)上的(de)(de)“眼睛”是(shi)遠遠不(bu)夠的(de)(de)。這時候(hou)，衛星(xing)(xing)遙感的(de)(de)作(zuo)用(yong)開始(shi)顯現。衛星(xing)(xing)遙感監測具(ju)有宏觀(guan)、快速、準確(que)等特(te)點，近年來作(zuo)為生態環(huan)境(jing)(jing)動態變(bian)化監測的(de)(de)有效手段，得到(dao)了越(yue)來越(yue)多的(de)(de)應用(yong)。

“但我們(men)目前(qian)遇到一(yi)個瓶頸，衛(wei)星(xing)遙感數據(ju)源遠遠不(bu)能(neng)滿(man)足應(ying)用需(xu)求(qiu)。”高(gao)分專項(xiang)應(ying)用系統副總師、生(sheng)(sheng)態環(huan)(huan)境部衛(wei)星(xing)環(huan)(huan)境應(ying)用中心(xin)主(zhu)任王橋說，對(dui)于大范圍、定量化、同(tong)步觀(guan)測要(yao)求(qiu)較高(gao)的生(sheng)(sheng)態環(huan)(huan)境遙感監(jian)測，現有衛(wei)星(xing)數據(ju)在數據(ju)覆(fu)蓋能(neng)力、高(gao)分辨率(lv)等方面與現實需(xu)要(yao)還有很(hen)大距離，嚴重制約(yue)了(le)衛(wei)星(xing)遙感技術在生(sheng)(sheng)態環(huan)(huan)境保(bao)護(hu)工(gong)作中的應(ying)用。而且導致了(le)我國對(dui)國外(wai)高(gao)光譜遙感數據(ju)的依(yi)賴。

目前(qian)，我國還沒有真正意義上的(de)(de)環境專用(yong)衛(wei)(wei)星。自2010年高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專項立項以來，我國一直致力(li)于提升(sheng)(sheng)自主獲取高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)觀(guan)測(ce)數據的(de)(de)能(neng)力(li)。經過(guo)8年努(nu)力(li)，高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)專項全部7型(xing)衛(wei)(wei)星中已(yi)有4型(xing)成(cheng)功發射并穩(wen)定運行(xing)。其中，高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)一號(hao)實現了中高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)與(yu)大(da)幅寬相結(jie)合的(de)(de)觀(guan)測(ce)能(neng)力(li)；高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)二號(hao)標(biao)志著我國民(min)用(yong)遙感(gan)衛(wei)(wei)星跨(kua)入亞米級(ji)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)時(shi)(shi)代(dai)；高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)三(san)號(hao)是我國首(shou)顆1米分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)C頻段多(duo)極化合成(cheng)孔(kong)徑雷達成(cheng)像衛(wei)(wei)星；高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)四(si)號(hao)是世界首(shou)顆地球靜止軌道高(gao)(gao)(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)成(cheng)像遙感(gan)衛(wei)(wei)星。它們(men)在高(gao)(gao)(gao)空間(jian)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)、高(gao)(gao)(gao)時(shi)(shi)間(jian)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)等方面極大(da)提升(sheng)(sheng)了觀(guan)測(ce)能(neng)力(li)。

據高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)專(zhuan)(zhuan)項工程(cheng)總(zong)設計師、國防科工局重(zhong)大專(zhuan)(zhuan)項工程(cheng)中(zhong)心(xin)主任(ren)童旭東介紹，高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)五號是(shi)高(gao)(gao)(gao)(gao)分(fen)專(zhuan)(zhuan)項規劃的唯一(yi)一(yi)顆陸地(di)(di)環境高(gao)(gao)(gao)(gao)光(guang)譜(pu)觀(guan)測衛(wei)星(xing)，也是(shi)我國光(guang)譜(pu)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)最高(gao)(gao)(gao)(gao)的衛(wei)星(xing)，分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)達到0.5納(na)米，相當于一(yi)張(zhang)A4紙的萬分(fen)之(zhi)一(yi)，它是(shi)形成我國“高(gao)(gao)(gao)(gao)空間(jian)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)、高(gao)(gao)(gao)(gao)時間(jian)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)、高(gao)(gao)(gao)(gao)光(guang)譜(pu)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)”目標的重(zhong)要組(zu)成部分(fen)，是(shi)實現(xian)高(gao)(gao)(gao)(gao)光(guang)譜(pu)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)對(dui)地(di)(di)觀(guan)測能力的重(zhong)要標志。

讓高(gao)旭東自豪和(he)欣(xin)慰(wei)的(de)是，高(gao)分五號對提高(gao)我國衛星高(gao)光譜(pu)數據的(de)自給率、減少我國對國外高(gao)光譜(pu)衛星數據的(de)依賴，具有非常重(zhong)要的(de)意義(yi)。

2.精度更高 不再“看圖說話”

何為光譜分辨率？

地(di)球上不(bu)(bu)同(tong)的(de)元素(su)及其(qi)化合物(wu)(wu)(wu)都(dou)有(you)自己獨特(te)的(de)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)特(te)征(zheng)，光(guang)譜(pu)(pu)(pu)因(yin)此被視為辨(bian)別(bie)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)的(de)“指紋”，是用以(yi)識別(bie)和(he)分析不(bu)(bu)同(tong)物(wu)(wu)(wu)體特(te)征(zheng)的(de)一種重(zhong)要“身份(fen)證(zheng)”。光(guang)譜(pu)(pu)(pu)分辨(bian)率(lv)(lv)指探測(ce)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)輻射能量(liang)的(de)最小波(bo)長間(jian)隔(ge)，分辨(bian)率(lv)(lv)高(gao)的(de)話可以(yi)提高(gao)識別(bie)目(mu)標(biao)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)的(de)能力，分辨(bian)率(lv)(lv)太低(di)則會丟失光(guang)譜(pu)(pu)(pu)信息(xi)，影響(xiang)正確識別(bie)目(mu)標(biao)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)。

“高(gao)光(guang)譜有細分(fen)，即識(shi)別地(di)(di)(di)表物質(zhi)（地(di)(di)(di)物）的(de)能力(li)。光(guang)譜的(de)分(fen)辨率(lv)(lv)越(yue)高(gao)，對物質(zhi)的(de)識(shi)別能力(li)就越(yue)強。高(gao)分(fen)五號的(de)光(guang)譜分(fen)辨率(lv)(lv)達到0.5納米，使(shi)我(wo)們可以(yi)很好地(di)(di)(di)來區分(fen)不同(tong)地(di)(di)(di)物的(de)特征、提取不同(tong)的(de)污染物。”王橋說。

以前(qian)，我國遙感衛星主要(yao)在(zai)可見(jian)光(guang)(guang)范圍(wei)內(nei)做(zuo)觀測，獲(huo)取的(de)(de)是(shi)可見(jian)光(guang)(guang)部分反(fan)饋的(de)(de)信息(xi)，通過遙感數據的(de)(de)幾何特征來區分地物，王橋形象地稱之為“看圖(tu)說話”。“這種方式能(neng)看出大(da)氣污(wu)(wu)染(ran)或水污(wu)(wu)染(ran)，但要(yao)看清污(wu)(wu)染(ran)要(yao)素或物質具體是(shi)什(shen)么，光(guang)(guang)靠‘看圖(tu)說話’是(shi)不行(xing)的(de)(de)，因(yin)為用可見(jian)光(guang)(guang)和(he)肉(rou)眼看不到這些信息(xi)，需要(yao)用到光(guang)(guang)譜(pu)信息(xi)。”他說。

高分五號的優勢在(zai)于，其(qi)光(guang)譜分辨(bian)率(lv)達到(dao)0.5納米(mi)，觀(guan)測范圍(wei)從(cong)可見(jian)光(guang)擴展到(dao)紫外、紅外、短(duan)波、長波紅外，觀(guan)測能力大(da)大(da)提高，區分不(bu)同(tong)地物、不(bu)同(tong)污染(ran)物甚至不(bu)同(tong)污染(ran)程(cheng)度(du)的能力大(da)大(da)提高。

王橋(qiao)舉了一(yi)(yi)個例子：以前(qian)遙(yao)感(gan)(gan)衛星在進(jin)行(xing)水體監測時，沒有高光譜(pu)手段，很難(nan)區分(fen)(fen)水體里的(de)(de)水草(cao)和(he)水華(hua)，衛星遙(yao)感(gan)(gan)里給出的(de)(de)反饋(kui)是一(yi)(yi)類物質，這就是光譜(pu)分(fen)(fen)辨率(lv)(lv)太低的(de)(de)局限。分(fen)(fen)辨率(lv)(lv)提高后，有了區分(fen)(fen)的(de)(de)能力(li)，可以通(tong)過遙(yao)感(gan)(gan)數據(ju)把不同物質種(zhong)類提取(qu)出來，更好地探(tan)測和(he)研究(jiu)污染情況。

此外，高(gao)分(fen)五(wu)(wu)號(hao)還是我(wo)(wo)國(guo)定量化性能(neng)最高(gao)的衛(wei)星。它裝載有太(tai)陽漫(man)反(fan)射板等7類(lei)星上定標器，絕(jue)對輻射定標精度優(you)于(yu)(yu)5%，相對輻射定標精度優(you)于(yu)(yu)3%。“高(gao)五(wu)(wu)發射后(hou)，可(ke)以支持我(wo)(wo)們做定量反(fan)演、定量提取，使精細監測成為可(ke)能(neng)。”童(tong)旭東說。

3.填補空白 探測大氣污染更專業

高分五(wu)號高光譜(pu)手段(duan)的(de)實現(xian)，建立在其配置了6種(zhong)先進載(zai)荷地(di)基礎上。它搭載(zai)了4個大(da)氣(qi)環境探測和(he)2個水體陸地(di)探測載(zai)荷，可獲取從紫外(wai)到(dao)長(chang)波紅(hong)外(wai)譜(pu)段(duan)的(de)高光譜(pu)分辨率(lv)遙感(gan)數據(ju)，實現(xian)對大(da)氣(qi)和(he)陸表的(de)綜合觀測。

據介(jie)紹，高(gao)分(fen)五號配置了可(ke)(ke)見(jian)短波紅外(wai)高(gao)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)相機、全譜(pu)段光(guang)(guang)(guang)譜(pu)成像儀(yi)、大氣(qi)主(zhu)要溫室氣(qi)體檢(jian)測(ce)儀(yi)、大氣(qi)環境紅外(wai)甚(shen)高(gao)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)分(fen)辨率探測(ce)儀(yi)、大氣(qi)痕量氣(qi)體差(cha)分(fen)吸收光(guang)(guang)(guang)譜(pu)儀(yi)、大氣(qi)氣(qi)溶膠多(duo)角度(du)偏振探測(ce)儀(yi)等6種先(xian)進載荷。“這(zhe)是國(guo)內(nei)首顆同時具有多(duo)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)、高(gao)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)、偏振、多(duo)角度(du)、掩星、耀(yao)斑等多(duo)種觀測(ce)手(shou)段的光(guang)(guang)(guang)學遙(yao)感衛星，可(ke)(ke)實現多(duo)種觀測(ce)數據融合應用。”童旭東說。

作為(wei)國內探測(ce)手(shou)段最多的(de)光(guang)學(xue)遙(yao)感衛星，高(gao)(gao)分五號可實現對內陸水(shui)體(ti)、陸表生態(tai)(tai)環(huan)境(jing)(jing)、蝕變(bian)礦(kuang)物(wu)、巖(yan)礦(kuang)類別以及大氣污染氣體(ti)、溫室氣體(ti)等(deng)進行綜合探測(ce)，為(wei)我(wo)國環(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)、資源勘查、氣候(hou)變(bian)化(hua)、農作物(wu)監(jian)(jian)(jian)測(ce)與估產、防(fang)災減災等(deng)提(ti)供高(gao)(gao)質量的(de)高(gao)(gao)光(guang)譜數據。比如(ru)，在水(shui)體(ti)生態(tai)(tai)環(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)上，可以監(jian)(jian)(jian)測(ce)城市黑臭(chou)水(shui)體(ti)等(deng)污染情況；在陸表生態(tai)(tai)環(huan)境(jing)(jing)監(jian)(jian)(jian)測(ce)上，可以對自然保護(hu)區里人類活動(dong)干擾(rao)情況、生物(wu)多樣性保護(hu)優(you)先區里動(dong)植(zhi)物(wu)生境(jing)(jing)變(bian)化(hua)實施(shi)動(dong)態(tai)(tai)遙(yao)感監(jian)(jian)(jian)測(ce)。

這其中，對大(da)氣污染物的監(jian)測(ce)尤(you)其值得一提(ti)。此前(qian)我國(guo)發射的高(gao)分一號(hao)等衛星，雖然也能觀(guan)測(ce)大(da)氣污染情況(kuang)。“但(dan)它們(men)是普適性(xing)的，沒有針對大(da)氣污染物做專門設計(ji)，不夠(gou)專業化(hua)(hua)。”王(wang)橋介紹，高(gao)分五號(hao)更(geng)加專業化(hua)(hua)，六個(ge)載荷中四個(ge)為大(da)氣環境監(jian)測(ce)儀，具備大(da)幅寬(kuan)、高(gao)光(guang)譜及(ji)偏振探測(ce)能力，使二氧(yang)化(hua)(hua)氮、二氧(yang)化(hua)(hua)硫等污染氣體和二氧(yang)化(hua)(hua)碳、甲烷等溫(wen)室(shi)氣體高(gao)精度(du)遙(yao)感(gan)探測(ce)成(cheng)為可(ke)能，在(zai)大(da)氣污染監(jian)測(ce)方面帶來極(ji)大(da)突破。

“高分(fen)五(wu)號的(de)發射，將(jiang)填補國產衛星無法有(you)效探測(ce)區域大(da)(da)氣污染氣體的(de)空白，對(dui)于動態監(jian)測(ce)我(wo)國大(da)(da)氣污染狀(zhuang)況、進行大(da)(da)氣污染防治具有(you)重要(yao)意(yi)義。”王橋說。（記者 陳海波）

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