光明日?qǐng)?bào)：高分五號(hào)發(fā)射成功 “天眼”監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

高分五號(hào)衛(wèi)星效果圖 中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司八院供圖

    5月9日凌晨2時(shí)28分，我國(guó)高分專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測(cè)衛(wèi)星高分五號(hào)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。高分五號(hào)衛(wèi)星飛向太空，意味著讓人類(lèi)賴(lài)以生存的大氣、水、土壤、植被等將被更清晰地觀測(cè)，助力生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

    作為“高分”家族的一員，高分五號(hào)將和此前已發(fā)射的四顆高分衛(wèi)星一同擔(dān)負(fù)起建設(shè)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的使命。但與此前不同的是，這是一顆高光譜觀測(cè)衛(wèi)星，觀測(cè)譜段覆蓋紫外至長(zhǎng)波紅外，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣、水體和陸地進(jìn)行綜合的高光譜觀測(cè)。

   “高分五號(hào)成功發(fā)射，對(duì)于我們突破對(duì)國(guó)外高光譜遙感數(shù)據(jù)的依賴(lài)，緩解我國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)高光譜遙感數(shù)據(jù)的急需狀態(tài)將發(fā)揮重要作用?！备叻謱?zhuān)項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心主任王橋說(shuō)。

1.突破瓶頸 減少對(duì)國(guó)外數(shù)據(jù)的依賴(lài) 

    要保護(hù)我們的環(huán)境，必須隨時(shí)“監(jiān)視”生態(tài)環(huán)境的變化，即進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)。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(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。但如果是數(shù)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(fù)雜的物質(zhì)和生物，地面上的“眼睛”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這時(shí)候，衛(wèi)星遙感的作用開(kāi)始顯現(xiàn)。衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)具有宏觀、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，近年來(lái)作為生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的有效手段，得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

   “但我們目前遇到一個(gè)瓶頸，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足應(yīng)用需求。”高分專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心主任王橋說(shuō)，對(duì)于大范圍、定量化、同步觀測(cè)要求較高的生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)覆蓋能力、高分辨率等方面與現(xiàn)實(shí)需要還有很大距離，嚴(yán)重制約了衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用。而且導(dǎo)致了我國(guó)對(duì)國(guó)外高光譜遙感數(shù)據(jù)的依賴(lài)。

    目前，我國(guó)還沒(méi)有真正意義上的環(huán)境專(zhuān)用衛(wèi)星。自2010年高分專(zhuān)項(xiàng)立項(xiàng)以來(lái)，我國(guó)一直致力于提升自主獲取高分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)的能力。經(jīng)過(guò)8年努力，高分專(zhuān)項(xiàng)全部7型衛(wèi)星中已有4型成功發(fā)射并穩(wěn)定運(yùn)行。其中，高分一號(hào)實(shí)現(xiàn)了中高分辨率與大幅寬相結(jié)合的觀測(cè)能力；高分二號(hào)標(biāo)志著我國(guó)民用遙感衛(wèi)星跨入亞米級(jí)分辨率時(shí)代；高分三號(hào)是我國(guó)首顆1米分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)成像衛(wèi)星；高分四號(hào)是世界首顆地球靜止軌道高分辨率成像遙感衛(wèi)星。它們?cè)诟呖臻g分辨率、高時(shí)間分辨率等方面極大提升了觀測(cè)能力。

    據(jù)高分專(zhuān)項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師、國(guó)防科工局重大專(zhuān)項(xiàng)工程中心主任童旭東介紹，高分五號(hào)是高分專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測(cè)衛(wèi)星，也是我國(guó)光譜分辨率最高的衛(wèi)星，分辨率達(dá)到0.5納米，相當(dāng)于一張A4紙的萬(wàn)分之一，它是形成我國(guó)“高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率”目標(biāo)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率對(duì)地觀測(cè)能力的重要標(biāo)志。

    讓高旭東自豪和欣慰的是，高分五號(hào)對(duì)提高我國(guó)衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)的自給率、減少我國(guó)對(duì)國(guó)外高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)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(dú)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(shí)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(cè)光譜輻射能量的最小波長(zhǎng)間隔，分辨率高的話(huà)可以提高識(shí)別目標(biāo)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(shí)別目標(biāo)物質(zhì)。

   “高光譜有細(xì)分，即識(shí)別地表物質(zhì)（地物）的能力。光譜的分辨率越高，對(duì)物質(zhì)的識(shí)別能力就越強(qiáng)。高分五號(hào)的光譜分辨率達(dá)到0.5納米，使我們可以很好地來(lái)區(qū)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(guó)遙感衛(wèi)星主要在可見(jiàn)光范圍內(nèi)做觀測(cè)，獲取的是可見(jiàn)光部分反饋的信息，通過(guò)遙感數(shù)據(jù)的幾何特征來(lái)區(qū)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?yàn)橛每梢?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(hào)的優(yōu)勢(shì)在于，其光譜分辨率達(dá)到0.5納米，觀測(cè)范圍從可見(jiàn)光擴(kuò)展到紫外、紅外、短波、長(zhǎng)波紅外，觀測(cè)能力大大提高，區(qū)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(wèi)星在進(jìn)行水體監(jiān)測(cè)時(shí)，沒(méi)有高光譜手段，很難區(qū)分水體里的水草和水華，衛(wèi)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(qū)分的能力，可以通過(guò)遙感數(shù)據(jù)把不同物質(zhì)種類(lèi)提取出來(lái)，更好地探測(cè)和研究污染情況。

    此外，高分五號(hào)還是我國(guó)定量化性能最高的衛(wèi)星。它裝載有太陽(yáng)漫反射板等7類(lèi)星上定標(biāo)器，絕對(duì)輻射定標(biāo)精度優(yōu)于5%，相對(duì)輻射定標(biāo)精度優(yōu)于3%。“高五發(fā)射后，可以支持我們做定量反演、定量提取，使精細(xì)監(jiān)測(cè)成為可能?！蓖駯|說(shuō)。

3.填補(bǔ)空白 探測(cè)大氣污染更專(zhuān)業(yè) 

    高分五號(hào)高光譜手段的實(shí)現(xiàn)，建立在其配置了6種先進(jìn)載荷地基礎(chǔ)上。它搭載了4個(gè)大氣環(huán)境探測(cè)和2個(gè)水體陸地探測(cè)載荷，可獲取從紫外到長(zhǎng)波紅外譜段的高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣和陸表的綜合觀測(cè)。

    據(jù)介紹，高分五號(hào)配置了可見(jiàn)短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀、大氣主要溫室氣體檢測(cè)儀、大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測(cè)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(cè)儀等6種先進(jìn)載荷?！斑@是國(guó)內(nèi)首顆同時(shí)具有多光譜、高光譜、偏振、多角度、掩星、耀斑等多種觀測(cè)手段的光學(xué)遙感衛(wèi)星，可實(shí)現(xiàn)多種觀測(cè)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用?！蓖駯|說(shuō)。

    作為國(guó)內(nèi)探測(cè)手段最多的光學(xué)遙感衛(wèi)星，高分五號(hào)可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)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(cè)，為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘查、氣候變化、農(nóng)作物監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)等提供高質(zhì)量的高光譜數(shù)據(jù)。比如，在水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)上，可以監(jiān)測(cè)城市黑臭水體等污染情況；在陸表生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)上，可以對(duì)自然保護(hù)區(qū)里人類(lèi)活動(dòng)干擾情況、生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)里動(dòng)植物生境變化實(shí)施動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)。

    這其中，對(duì)大氣污染物的監(jiān)測(cè)尤其值得一提。此前我國(guó)發(fā)射的高分一號(hào)等衛(wèi)星，雖然也能觀測(cè)大氣污染情況?！暗鼈兪瞧者m性的，沒(méi)有針對(duì)大氣污染物做專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，不夠?qū)I(yè)化?！蓖鯓蚪榻B，高分五號(hào)更加專(zhuān)業(yè)化，六個(gè)載荷中四個(gè)為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，具備大幅寬、高光譜及偏振探測(cè)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(cè)成為可能，在大氣污染監(jiān)測(cè)方面帶來(lái)極大突破。