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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(guo)高(gao)分(fen)專項規劃的唯一一顆陸(lu)地環(huan)境(jing)高(gao)光(guang)譜(pu)觀(guan)測(ce)衛星高(gao)分(fen)五號在(zai)太(tai)原衛星發(fa)射中心成功發(fa)射。高(gao)分(fen)五號衛星飛(fei)向(xiang)太(tai)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(xi)地觀(guan)測(ce)，助力生(sheng)態環(huan)境(jing)保護。

作為“高分”家族的(de)一(yi)員，高分五號將和此(ci)前(qian)已(yi)發射的(de)四顆高分衛星(xing)一(yi)同(tong)擔負(fu)起建設高分辨率(lv)對地(di)(di)觀測系(xi)統(tong)的(de)使命。但與此(ci)前(qian)不同(tong)的(de)是，這是一(yi)顆高光(guang)譜(pu)(pu)觀測衛星(xing)，觀測譜(pu)(pu)段(duan)覆蓋紫外至(zhi)長波紅外，在國際上首次實(shi)現對大氣、水(shui)體和陸地(di)(di)進行綜合(he)的(de)高光(guang)譜(pu)(pu)觀測。

“高(gao)分(fen)(fen)五號成功發(fa)射，對于我們突破對國(guo)外高(gao)光(guang)譜遙感數(shu)據的依(yi)賴，緩解我國(guo)生態(tai)環(huan)境(jing)監(jian)測對高(gao)光(guang)譜遙感數(shu)據的急需(xu)狀態(tai)將發(fa)揮重要作用。”高(gao)分(fen)(fen)專項應用系統副總師、生態(tai)環(huan)境(jing)部衛星環(huan)境(jing)應用中心(xin)主任(ren)王橋說。

1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴

要保(bao)護(hu)我們(men)的(de)(de)(de)(de)環境(jing)，必(bi)須隨時“監(jian)(jian)視”生(sheng)(sheng)態(tai)(tai)環境(jing)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)，即進行生(sheng)(sheng)態(tai)(tai)環境(jing)監(jian)(jian)測。如果只是(shi)自己(ji)的(de)(de)(de)(de)“一(yi)(yi)畝三分(fen)地(di)(di)”，憑借一(yi)(yi)雙肉眼(yan)或者一(yi)(yi)些地(di)(di)面設備就可以實現(xian)監(jian)(jian)測。但如果是(shi)數百萬平方(fang)公里的(de)(de)(de)(de)土(tu)地(di)(di)和(he)浩(hao)渺的(de)(de)(de)(de)天空、無垠的(de)(de)(de)(de)海洋(yang)，及其(qi)更為復雜的(de)(de)(de)(de)物質和(he)生(sheng)(sheng)物，地(di)(di)面上的(de)(de)(de)(de)“眼(yan)睛”是(shi)遠遠不夠的(de)(de)(de)(de)。這時候，衛星(xing)遙(yao)(yao)感的(de)(de)(de)(de)作用(yong)開始顯(xian)現(xian)。衛星(xing)遙(yao)(yao)感監(jian)(jian)測具有(you)宏觀、快速(su)、準確等特(te)點，近年來作為生(sheng)(sheng)態(tai)(tai)環境(jing)動態(tai)(tai)變(bian)化(hua)監(jian)(jian)測的(de)(de)(de)(de)有(you)效手(shou)段，得到了越來越多的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。

“但我們目前(qian)遇到一個瓶頸，衛(wei)星(xing)(xing)遙感數(shu)(shu)據源遠遠不能(neng)滿足(zu)應(ying)用需求。”高分專項應(ying)用系統副總師、生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)(jing)部衛(wei)星(xing)(xing)環(huan)境(jing)(jing)應(ying)用中心主任(ren)王橋說，對于大范圍、定量化、同(tong)步觀測(ce)要求較(jiao)高的生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)(jing)遙感監(jian)測(ce)，現有衛(wei)星(xing)(xing)數(shu)(shu)據在數(shu)(shu)據覆(fu)蓋能(neng)力、高分辨率(lv)等方面(mian)與現實需要還有很大距離(li)，嚴(yan)重制約了衛(wei)星(xing)(xing)遙感技術在生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)(jing)保護工作(zuo)中的應(ying)用。而且導致了我國(guo)對國(guo)外(wai)高光(guang)譜遙感數(shu)(shu)據的依(yi)賴。

目前，我國(guo)(guo)還沒(mei)有真正(zheng)意義上的(de)環境專用(yong)(yong)衛(wei)(wei)星(xing)。自2010年高(gao)分專項(xiang)立項(xiang)以來，我國(guo)(guo)一直致力于提升(sheng)自主獲取高(gao)分辨(bian)(bian)率(lv)觀測(ce)(ce)數據(ju)的(de)能(neng)力。經(jing)過8年努力，高(gao)分專項(xiang)全(quan)部7型衛(wei)(wei)星(xing)中已(yi)有4型成(cheng)(cheng)功發射(she)并穩定運行。其中，高(gao)分一號(hao)實現(xian)了(le)(le)中高(gao)分辨(bian)(bian)率(lv)與大幅寬相(xiang)結合的(de)觀測(ce)(ce)能(neng)力；高(gao)分二(er)號(hao)標志著(zhu)我國(guo)(guo)民(min)用(yong)(yong)遙感衛(wei)(wei)星(xing)跨入(ru)亞米級分辨(bian)(bian)率(lv)時代；高(gao)分三號(hao)是我國(guo)(guo)首顆1米分辨(bian)(bian)率(lv)C頻段(duan)多極化合成(cheng)(cheng)孔徑雷(lei)達成(cheng)(cheng)像衛(wei)(wei)星(xing)；高(gao)分四號(hao)是世界首顆地球靜止(zhi)軌道高(gao)分辨(bian)(bian)率(lv)成(cheng)(cheng)像遙感衛(wei)(wei)星(xing)。它(ta)們在高(gao)空間分辨(bian)(bian)率(lv)、高(gao)時間分辨(bian)(bian)率(lv)等方面極大提升(sheng)了(le)(le)觀測(ce)(ce)能(neng)力。

據高(gao)(gao)分(fen)專(zhuan)項(xiang)工(gong)(gong)程總設(she)計師、國防科工(gong)(gong)局重大(da)專(zhuan)項(xiang)工(gong)(gong)程中心主任(ren)童旭(xu)東介紹，高(gao)(gao)分(fen)五號是(shi)高(gao)(gao)分(fen)專(zhuan)項(xiang)規劃(hua)的唯一一顆陸地(di)環(huan)境(jing)高(gao)(gao)光譜(pu)(pu)觀測(ce)衛(wei)(wei)星(xing)，也是(shi)我國光譜(pu)(pu)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)最高(gao)(gao)的衛(wei)(wei)星(xing)，分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)達(da)到0.5納米，相當于一張A4紙的萬分(fen)之一，它是(shi)形成我國“高(gao)(gao)空間(jian)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)、高(gao)(gao)時間(jian)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)、高(gao)(gao)光譜(pu)(pu)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)”目(mu)標(biao)的重要組成部分(fen)，是(shi)實(shi)現(xian)高(gao)(gao)光譜(pu)(pu)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)對地(di)觀測(ce)能力的重要標(biao)志。

讓(rang)高旭東自(zi)豪和欣慰(wei)的是，高分五號對提高我(wo)國衛(wei)星高光(guang)譜(pu)數據(ju)的自(zi)給率、減(jian)少我(wo)國對國外高光(guang)譜(pu)衛(wei)星數據(ju)的依賴，具(ju)有非常重要(yao)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)同的元素及其化合(he)物(wu)都有自(zi)己(ji)獨特的光譜(pu)特征(zheng)，光譜(pu)因此(ci)被視為辨(bian)別(bie)物(wu)質的“指紋”，是用以識別(bie)和(he)分(fen)(fen)析不(bu)同物(wu)體特征(zheng)的一種(zhong)重(zhong)要“身份證”。光譜(pu)分(fen)(fen)辨(bian)率指探測光譜(pu)輻(fu)射能量的最(zui)小波長(chang)間(jian)隔，分(fen)(fen)辨(bian)率高的話可以提高識別(bie)目標(biao)物(wu)質的能力，分(fen)(fen)辨(bian)率太低則會(hui)丟失光譜(pu)信(xin)息，影響正確識別(bie)目標(biao)物(wu)質。

“高光(guang)譜(pu)有細分(fen)(fen)，即識(shi)別地(di)表物質(zhi)（地(di)物）的(de)能力。光(guang)譜(pu)的(de)分(fen)(fen)辨(bian)率越高，對物質(zhi)的(de)識(shi)別能力就越強。高分(fen)(fen)五號的(de)光(guang)譜(pu)分(fen)(fen)辨(bian)率達到0.5納米，使我們可以很好(hao)地(di)來(lai)區(qu)分(fen)(fen)不(bu)同地(di)物的(de)特征(zheng)、提取不(bu)同的(de)污染物。”王橋說。

以前，我國遙感衛星主要在可(ke)見(jian)光范圍內做觀(guan)測，獲取(qu)的(de)是(shi)(shi)可(ke)見(jian)光部分(fen)反饋的(de)信息，通過遙感數據的(de)幾何特征來區分(fen)地物，王橋形象(xiang)地稱之(zhi)為“看(kan)圖(tu)(tu)說話(hua)”。“這種(zhong)方式能看(kan)出(chu)大(da)氣污(wu)(wu)染(ran)(ran)或(huo)水污(wu)(wu)染(ran)(ran)，但(dan)要看(kan)清污(wu)(wu)染(ran)(ran)要素或(huo)物質具體(ti)是(shi)(shi)什么，光靠‘看(kan)圖(tu)(tu)說話(hua)’是(shi)(shi)不行的(de)，因為用可(ke)見(jian)光和肉眼(yan)看(kan)不到這些信息，需要用到光譜信息。”他說。

高分五號的優勢在于，其光譜分辨(bian)率(lv)達到0.5納米，觀測范圍從可見光擴展到紫外(wai)、紅外(wai)、短波、長(chang)波紅外(wai)，觀測能力大大提(ti)高，區分不同地(di)物、不同污(wu)染物甚至不同污(wu)染程度的能力大大提(ti)高。

王橋舉了(le)一(yi)個(ge)例子：以(yi)前遙感(gan)(gan)衛星在進行(xing)水(shui)體(ti)監測時，沒有(you)高光(guang)譜(pu)手(shou)段(duan)，很(hen)難(nan)區(qu)分水(shui)體(ti)里的水(shui)草和(he)水(shui)華，衛星遙感(gan)(gan)里給出的反饋是(shi)一(yi)類物質，這就是(shi)光(guang)譜(pu)分辨率太低的局(ju)限。分辨率提高后，有(you)了(le)區(qu)分的能力，可以(yi)通過遙感(gan)(gan)數(shu)據把不同物質種類提取出來，更好地探測和(he)研究污(wu)染情況。

此外，高(gao)(gao)分(fen)五(wu)號還是(shi)我(wo)國定(ding)(ding)量化性能(neng)最高(gao)(gao)的(de)衛星(xing)。它裝載有(you)太陽(yang)漫反射(she)板等(deng)7類星(xing)上定(ding)(ding)標器，絕對輻射(she)定(ding)(ding)標精度(du)優(you)于5%，相對輻射(she)定(ding)(ding)標精度(du)優(you)于3%。“高(gao)(gao)五(wu)發射(she)后，可(ke)以(yi)支持我(wo)們(men)做定(ding)(ding)量反演、定(ding)(ding)量提取(qu)，使精細監測成(cheng)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)(gao)分五號高(gao)(gao)(gao)光譜手(shou)段的實現(xian)，建立在(zai)其配置(zhi)了6種先進載荷地(di)基礎上。它搭載了4個大氣環境探(tan)測和2個水體陸地(di)探(tan)測載荷，可獲取從紫外(wai)(wai)到長波紅外(wai)(wai)譜段的高(gao)(gao)(gao)光譜分辨率遙感數據，實現(xian)對(dui)大氣和陸表的綜合觀測。

據介紹，高(gao)分五(wu)號配置(zhi)了可見短波(bo)紅外高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)相機、全譜(pu)段光(guang)(guang)譜(pu)成像儀、大(da)氣主要溫室氣體(ti)檢測(ce)儀、大(da)氣環境紅外甚(shen)高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)分辨率探測(ce)儀、大(da)氣痕量氣體(ti)差分吸收光(guang)(guang)譜(pu)儀、大(da)氣氣溶膠多(duo)角(jiao)度偏振探測(ce)儀等6種(zhong)先進載荷。“這是國內首顆同時具(ju)有多(duo)光(guang)(guang)譜(pu)、高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)、偏振、多(duo)角(jiao)度、掩星、耀斑等多(duo)種(zhong)觀測(ce)手(shou)段的光(guang)(guang)學遙感衛星，可實現多(duo)種(zhong)觀測(ce)數據融合應(ying)用。”童旭東說。

作(zuo)為國(guo)內探測(ce)手段(duan)最多的光學遙感衛星，高(gao)分(fen)五號可實(shi)現對內陸(lu)水體(ti)(ti)、陸(lu)表(biao)生態環(huan)境(jing)、蝕變礦物(wu)、巖礦類別以(yi)及大氣(qi)污(wu)(wu)染(ran)氣(qi)體(ti)(ti)、溫室氣(qi)體(ti)(ti)等(deng)進行綜合探測(ce)，為我國(guo)環(huan)境(jing)監測(ce)、資源勘查、氣(qi)候變化(hua)、農作(zuo)物(wu)監測(ce)與估產、防災減(jian)災等(deng)提供(gong)高(gao)質量的高(gao)光譜數(shu)據(ju)。比如，在水體(ti)(ti)生態環(huan)境(jing)監測(ce)上(shang)，可以(yi)監測(ce)城(cheng)市黑臭(chou)水體(ti)(ti)等(deng)污(wu)(wu)染(ran)情況(kuang)；在陸(lu)表(biao)生態環(huan)境(jing)監測(ce)上(shang)，可以(yi)對自(zi)然(ran)保護區(qu)里人類活動(dong)干擾情況(kuang)、生物(wu)多樣性保護優先區(qu)里動(dong)植物(wu)生境(jing)變化(hua)實(shi)施動(dong)態遙感監測(ce)。

這(zhe)其中(zhong)(zhong)，對(dui)大(da)(da)氣(qi)污(wu)染(ran)物(wu)的(de)監(jian)測(ce)(ce)尤(you)其值得一(yi)提(ti)。此前我國發(fa)射(she)的(de)高分一(yi)號(hao)等(deng)衛星(xing)，雖然也能觀(guan)測(ce)(ce)大(da)(da)氣(qi)污(wu)染(ran)情(qing)況。“但它們是普適性的(de)，沒(mei)有針(zhen)對(dui)大(da)(da)氣(qi)污(wu)染(ran)物(wu)做專(zhuan)(zhuan)門設(she)計，不夠專(zhuan)(zhuan)業(ye)化。”王橋介紹，高分五號(hao)更(geng)加專(zhuan)(zhuan)業(ye)化，六個(ge)載(zai)荷中(zhong)(zhong)四個(ge)為(wei)(wei)大(da)(da)氣(qi)環境監(jian)測(ce)(ce)儀，具備大(da)(da)幅寬(kuan)、高光譜及偏振探測(ce)(ce)能力，使二氧化氮、二氧化硫等(deng)污(wu)染(ran)氣(qi)體(ti)和二氧化碳、甲烷等(deng)溫室氣(qi)體(ti)高精度遙感探測(ce)(ce)成為(wei)(wei)可能，在大(da)(da)氣(qi)污(wu)染(ran)監(jian)測(ce)(ce)方面帶來極大(da)(da)突(tu)破(po)。

“高分(fen)五(wu)號的發射，將填(tian)補(bu)國產衛(wei)星無法(fa)有效探測區域大氣(qi)污染(ran)氣(qi)體(ti)的空白，對于動態監測我國大氣(qi)污染(ran)狀況、進行(xing)大氣(qi)污染(ran)防治具有重要意(yi)義。”王橋說。（記者 陳海波(bo)）

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