高光譜綜合觀測衛星是一位可以對地球大氣進行CT掃描的“診斷師”——

　　大氣“診斷師”上崗后可以干什么

　　光明日報記者 陳海波 光明日報通訊員 張未

　　1月23日，高光譜綜合觀測衛星正式上崗投入使用。這是一顆服務于生態環境、自然資源、氣象、減災、農業等行業的定量光學遙感衛星，特別是可為加強生態環境保護、打贏污染防治攻堅戰提供重要數據支撐，緩解我國生態環境監測對高光譜遙感數據的迫切需求。

　　“作為國家高分辨率對地觀測系統重大專項的重要組成部分，高光譜綜合觀測衛星是一位可以對地球大氣進行CT掃描的‘診斷師’。”國家航天局對地觀測與數據中心主任、高分專項工程總設計師兼副總指揮趙堅如此比喻。

　　　綜合探測能力強

　　高光譜綜合觀測衛星可謂“綜合型選手”，具備全球全天時的陸地與大氣高光譜綜合探測能力。它通過獲取從紫外到紅外譜段的高光譜分辨率遙感數據產品，以滿足大氣監測、水監測、生態環境監測、環境督察、自然資源調查、氣候變化研究等需求。

　　這些能力的實現，依賴于衛星搭載的三臺遙感儀器——可見短波紅外高光譜相機、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、寬幅熱紅外成像儀三臺遙感儀器。趙堅介紹，它們具備大幅寬中高空間分辨率長波紅外探測能力、可見短波寬譜寬幅高光譜成像能力和污染氣體高光譜探測能力，可實現每天1次大氣環境探測全球覆蓋、2天1次陸表環境全球全天時覆蓋。

　　其中，可見短波紅外高光譜相機的光譜通道達330個，最高2.5納米光譜分辨率，具備國內最高成像光譜分辨率的可見短波寬譜寬幅高光譜成像能力，可廣泛應用于自然生態監測、礦產資源調查、石油天然氣勘查等方面。

　　大氣痕量氣體差分吸收光譜儀也不簡單，可用于定量監測全球痕量污染氣體成分（二氧化硫、二氧化氮、臭氧等）的分布和變化情況，定量獲取全球空氣質量變化、污染氣體的分布輸運過程。

　　寬幅熱紅外成像儀綜合性能達到國際最高水平，可精確反演全球地表多時相溫度信息，可用于核電站溫排水監測、秸稈焚燒監測、海冰監測、入江入海排污口監測等，為核電廠運行安全、水污染監管、落后產能淘汰等提供數據支撐。

　　數據質量全面提高

　　高光譜綜合觀測衛星的牽頭用戶為生態環境部，自然資源部和中國氣象局等為主要用戶。該衛星的應用產品很豐富，既有甲烷點源排放強度和二氧化氮、臭氧、二氧化硫柱濃度監測等專業化產品，也有水環境、土壤環境、礦物分布信息等特色產品，是國家生態環境監測、氣候變化應對和自然資源調查的重要依據。

　　“這些應用產品精度要求高，對地面數據處理提出了很高的要求。”趙堅指出，地面數據處理面臨的主要難點，一方面是遙感數據波段數多，達到一千多個，像元數超過百萬個，每個像元都需進行高精度定標；另一方面，由于太陽光、地物反照率和大氣吸收散射等差異，每個光譜通道信號特性差異大、隨空間環境變化大且易受傳輸路徑噪聲干擾，傳統的處理方法無法同時處理上千個通道、相鄰光譜，且空間屬性極易被破壞。

　　為了破解這些難點，高光譜綜合觀測衛星設置了一系列定標和校正方面的改進措施：一是采用星上基準光譜輻射標準源，進行高穩定、高頻次自校正；二是研究對月光譜輻射定標新方法，配置星上大氣校正儀，綜合實現高精度的在軌光譜輻射定標；三是在校正處理方面，建立載荷全鏈路光譜輻射響應數字模型，刻畫載荷波段間、波段內的信號響應作用機制，發展光譜-空間協同的微弱信號圖像質量提升降噪方法，從而全面提高數據質量。

　　“經過在軌測試和地面多個高精度定標場的多時相聯合檢校評估，這顆星上3臺載荷的輻射定標精度、光譜定標精度、圖像質量和穩定性都達到了目前國內同類衛星的最高水平。”趙堅說。

　　數據將共享共用

　　據了解，高光譜綜合觀測衛星具備遙感數據優先級配置功能，可大幅度提升應急響應能力。衛星通過自定義載荷數據傳輸順序和切換載荷觀測模式形成多種觀測方案，可滿足不同場景應用需求，大幅提高衛星的定制性、及時性和靈活性，深度賦能行業應用，充分釋放遙感大數據“倍增效應”。

　　趙堅表示，高光譜綜合觀測衛星的數據將在國家遙感數據與應用服務平臺上共享。該平臺持續為各層次用戶提供包括高光譜綜合觀測衛星數據在內的國家民用衛星遙感數據和產品應用服務，推動中國遙感數據共建共享共用。

　　“在國際合作方面，該衛星也有廣闊的合作空間。”趙堅透露，2023年6月，國家航天局局長張克儉在巴黎會見了歐洲空間局局長，雙方決定加強對地觀測領域特別是氣候變化相關領域的合作。高光譜綜合觀測衛星數據高精度應用成果，促成了《聯合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會高光譜遙感專題研討會，同時也促成了在氣候變化研究領域，中歐數據交換的合作意向。

　　此外，高光譜綜合觀測衛星可以與即將投入使用的大氣環境監測衛星、陸地生態碳系統監測衛星開展融合應用。大氣環境監測衛星將提供精度優于1ppm（百萬分之一）的全球全天時二氧化碳柱濃度分布信息，陸地生態碳系統監測衛星將提供全球高精度碳匯產品。這三種衛星產品的融合應用能更精準地監測碳源碳匯等信息，大幅提升我們應對氣候變化的能力。

　　《光明日報》（2024年01月25日 08版）