光明日報：高分五號發射成功 “天眼”監測環境污染
文章來源：光明日報 發布時間：2018-05-10
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，我國高分專項規劃的唯一一顆陸地環境高光譜觀測衛星高分五號在太原衛星發射中心成功發射。高分五號衛星飛向太空，意味著讓人類賴以生存的大氣、水、土壤、植被等將被更清晰地觀測，助力生態環境保護。
作為“高分”家族的一員，高分五號將和此前已發射的四顆高分衛星一同擔負起建設高分辨率對地觀測系統的使命。但與此前不同的是，這是一顆高光譜觀測衛星，觀測譜段覆蓋紫外至長波紅外，在國際上首次實現對大氣、水體和陸地進行綜合的高光譜觀測。
“高分五號成功發射，對于我們突破對國外高光譜遙感數據的依賴，緩解我國生態環境監測對高光譜遙感數據的急需狀態將發揮重要作用。”高分專項應用系統副總師、生態環境部衛星環境應用中心主任王橋說。
1.突破瓶頸 減少對國外數據的依賴
要保護我們的環境，必須隨時“監視”生態環境的變化，即進行生態環境監測。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現監測。但如果是數百萬平方公里的土地和浩渺的天空、無垠的海洋，及其更為復雜的物質和生物，地面上的“眼睛”是遠遠不夠的。這時候，衛星遙感的作用開始顯現。衛星遙感監測具有宏觀、快速、準確等特點，近年來作為生態環境動態變化監測的有效手段，得到了越來越多的應用。
“但我們目前遇到一個瓶頸，衛星遙感數據源遠遠不能滿足應用需求。”高分專項應用系統副總師、生態環境部衛星環境應用中心主任王橋說，對于大范圍、定量化、同步觀測要求較高的生態環境遙感監測，現有衛星數據在數據覆蓋能力、高分辨率等方面與現實需要還有很大距離，嚴重制約了衛星遙感技術在生態環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。
目前，我國還沒有真正意義上的環境專用衛星。自2010年高分專項立項以來，我國一直致力于提升自主獲取高分辨率觀測數據的能力。經過8年努力，高分專項全部7型衛星中已有4型成功發射并穩定運行。其中，高分一號實現了中高分辨率與大幅寬相結合的觀測能力；高分二號標志著我國民用遙感衛星跨入亞米級分辨率時代；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、高時間分辨率等方面極大提升了觀測能力。
據高分專項工程總設計師、國防科工局重大專項工程中心主任童旭東介紹，高分五號是高分專項規劃的唯一一顆陸地環境高光譜觀測衛星，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紙的萬分之一，它是形成我國“高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率”目標的重要組成部分，是實現高光譜分辨率對地觀測能力的重要標志。
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，具有非常重要的意義。
2.精度更高 不再“看圖說話”
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間隔，分辨率高的話可以提高識別目標物質的能力，分辨率太低則會丟失光譜信息，影響正確識別目標物質。
“高光譜有細分，即識別地表物質（地物）的能力。光譜的分辨率越高，對物質的識別能力就越強。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區分不同地物的特征、提取不同的污染物。”王橋說。
以前，我國遙感衛星主要在可見光范圍內做觀測，獲取的是可見光部分反饋的信息，通過遙感數據的幾何特征來區分地物，王橋形象地稱之為“看圖說話”。“這種方式能看出大氣污染或水污染，但要看清污染要素或物質具體是什么，光靠‘看圖說話’是不行的，因為用可見光和肉眼看不到這些信息，需要用到光譜信息。”他說。
高分五號的優勢在于，其光譜分辨率達到0.5納米，觀測范圍從可見光擴展到紫外、紅外、短波、長波紅外，觀測能力大大提高，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。
王橋舉了一個例子：以前遙感衛星在進行水體監測時，沒有高光譜手段，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物質，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，可以通過遙感數據把不同物質種類提取出來，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。它裝載有太陽漫反射板等7類星上定標器，絕對輻射定標精度優于5%，相對輻射定標精度優于3%。“高五發射后，可以支持我們做定量反演、定量提取，使精細監測成為可能。”童旭東說。
3.填補空白 探測大氣污染更專業
高分五號高光譜手段的實現，建立在其配置了6種先進載荷地基礎上。它搭載了4個大氣環境探測和2個水體陸地探測載荷，可獲取從紫外到長波紅外譜段的高光譜分辨率遙感數據，實現對大氣和陸表的綜合觀測。
據介紹，高分五號配置了可見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種先進載荷。“這是國內首顆同時具有多光譜、高光譜、偏振、多角度、掩星、耀斑等多種觀測手段的光學遙感衛星，可實現多種觀測數據融合應用。”童旭東說。
作為國內探測手段最多的光學遙感衛星，高分五號可實現對內陸水體、陸表生態環境、蝕變礦物、巖礦類別以及大氣污染氣體、溫室氣體等進行綜合探測，為我國環境監測、資源勘查、氣候變化、農作物監測與估產、防災減災等提供高質量的高光譜數據。比如，在水體生態環境監測上，可以監測城市黑臭水體等污染情況；在陸表生態環境監測上，可以對自然保護區里人類活動干擾情況、生物多樣性保護優先區里動植物生境變化實施動態遙感監測。
這其中，對大氣污染物的監測尤其值得一提。此前我國發射的高分一號等衛星，雖然也能觀測大氣污染情況。“但它們是普適性的，沒有針對大氣污染物做專門設計，不夠專業化。”王橋介紹，高分五號更加專業化，六個載荷中四個為大氣環境監測儀，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極大突破。
“高分五號的發射，將填補國產衛星無法有效探測區域大氣污染氣體的空白，對于動態監測我國大氣污染狀況、進行大氣污染防治具有重要意義。”王橋說。（記者 陳海波）
【責任編輯：語謙】
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