3月21日，我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(xiàng)(以下簡稱高分專項(xiàng))的兩顆衛(wèi)星——高分五號、六號衛(wèi)星正式投入使用。自2010年批準(zhǔn)啟動實(shí)施以來，高分專項(xiàng)已成功發(fā)射六顆衛(wèi)星，數(shù)據(jù)源不斷豐富，并在國土、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、測繪等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

很多人很好奇，高分衛(wèi)星是如何服務(wù)于國計(jì)民生的?應(yīng)用效果如何?在高分五號、六號投入使用之際，記者通過這兩顆衛(wèi)星揭曉高分專項(xiàng)的大用途。

讓環(huán)境污染無處遁形

高分五號是國內(nèi)光譜分辨率最高的衛(wèi)星，也是國際上首次實(shí)現(xiàn)對大氣和陸地進(jìn)行綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星。有了高光譜分辨率這項(xiàng)技能的加持，高分五號在環(huán)境監(jiān)測上更加“火眼金睛”，區(qū)分不同污染物、不同污染程度的能力大大提高。

每種物質(zhì)都有自己獨(dú)一無二的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”。光譜分辨率越高，識別目標(biāo)物質(zhì)的能力就越強(qiáng)。比如，衛(wèi)星在進(jìn)行水體監(jiān)測時，沒有高光譜手段，很難區(qū)分水體里的水草和水華，給出的反饋是一類物質(zhì)。分辨率提高后，有了區(qū)分的能力，可以通過遙感數(shù)據(jù)把不同物質(zhì)種類提取出來，更好地探測和研究污染情況。

據(jù)高分五號研制單位航天科技集團(tuán)八院介紹，在大氣污染方面，高分五號衛(wèi)星能夠精確感知霧霾、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等大氣主要污染物的分布、變化和運(yùn)輸過程，讓污染氣體無處遁形。在水污染方面，高分五號衛(wèi)星能準(zhǔn)確鑒別飲用水源地、重點(diǎn)湖庫的水質(zhì)情況，及時跟蹤內(nèi)陸水體藍(lán)藻、綠藻、黃藻等藻類污染物的生長變化，為水體保護(hù)和污染防治提供解決方案。高分五號衛(wèi)星還可以通過地表的成像分析，識別地下礦物，就像有一雙“透視眼”，在礦產(chǎn)資源調(diào)查、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測方面也能發(fā)揮重要作用。

作為高分五號的牽頭用戶部門，生態(tài)環(huán)境部在該衛(wèi)星的在軌測試期間，對其能力進(jìn)行了檢驗(yàn)。“去年11月在上海舉辦的中國國際進(jìn)口博覽會期間，我們利用高分五號衛(wèi)星大氣痕量氣體差分吸收光譜儀對長三角地區(qū)污染氣體進(jìn)行了監(jiān)測，為進(jìn)博會的空氣質(zhì)量保障提供了支撐。”生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心綜合業(yè)務(wù)部副主任趙少華介紹。

讓農(nóng)業(yè)和農(nóng)村管理更高效

與其他高分衛(wèi)星相比，高分六號的特別之處在于新增了兩個紅邊波段傳感器，是我國第一顆具備紅邊波段傳感器的衛(wèi)星。正是因?yàn)橛辛诉@兩個紅邊波段傳感器，高分六號被譽(yù)為“中國農(nóng)業(yè)一號衛(wèi)星”。“紅邊波段是作物的特征波段之一，增加紅邊波段后可以增加植被分析的精度和靈敏度。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所所長周清波解釋。

在高分六號之前，高分衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。但是，作物生長時間一般較短，對衛(wèi)星監(jiān)測的時效性要求較高，而且我國地域廣闊，作物類型多樣，種植結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作物監(jiān)測內(nèi)容較多，此前的遙感數(shù)據(jù)不能完全滿足要求。

周清波介紹，高分六號在軌測試期間，他們重點(diǎn)對該星新增波段的應(yīng)用效果進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，增加紅邊等波段后，衛(wèi)星影像的顏色更加豐富多彩，增強(qiáng)了不同地表覆蓋，特別是不同作物類型和不同生長狀態(tài)之間的差異的識別能力。而且，在作物類型識別、作物長勢診斷、果園等農(nóng)用地監(jiān)測中，精度都有不同程度的提高。比如，土地覆蓋監(jiān)測和秋收作物識別的總體精度分別提高了15%和9%以上。

而且，高分六號投入使用后，與高分一號衛(wèi)星組網(wǎng)，對我國陸地區(qū)域的重訪時間由4天縮短為2天，時間分辨率提高一倍，極大提高了遙感數(shù)據(jù)的獲取規(guī)模和時效。目前，科研人員利用高分六號的新增波段，改進(jìn)了作物識別、農(nóng)田洪澇災(zāi)害監(jiān)測、土地沙化調(diào)查、積雪覆蓋監(jiān)測等技術(shù)方法和模型，并已用于2018年的玉米和大豆面積監(jiān)測、安徽洪澇災(zāi)害作物損失評價、部分地區(qū)果園和設(shè)施農(nóng)業(yè)分布調(diào)查等工作。

不僅是農(nóng)作物的監(jiān)測，高分六號還可以助力美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)。周清波介紹，比如農(nóng)村的大棚房整治問題，有人申請的是農(nóng)業(yè)大棚，但可能用來蓋房子，高分六號可以把這種違規(guī)行為“揪出來”。再比如農(nóng)村人居環(huán)境整治工作中的垃圾堆放、秸稈燃燒等問題，高分六號也可以提供客觀影像和數(shù)據(jù)。

提升氣象應(yīng)急服務(wù)能力

作為“天眼”，高分衛(wèi)星還可以用在天氣預(yù)報(bào)和天氣監(jiān)測上。提起氣象預(yù)報(bào)，很多人都會想到風(fēng)云氣象衛(wèi)星。“其實(shí)高分衛(wèi)星的高空間分辨率產(chǎn)品是一個很好的補(bǔ)充，在應(yīng)對特殊的天氣和地表災(zāi)害過程時，可以起到關(guān)鍵性作用。”中國氣象局國家氣象衛(wèi)星應(yīng)用中心研究員王維和指出。

據(jù)了解，中國氣象局利用高分一號、二號、三號、四號等衛(wèi)星數(shù)據(jù)在臺風(fēng)、暴雨、龍卷、洪澇等災(zāi)害天氣和環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域的遙感監(jiān)測，以及地震、滑坡等災(zāi)害評估工作中開展了大量的應(yīng)用。比如，利用高分四號最高50米的空間分辨率，使臺風(fēng)的定位精度從公里級提高到百米級，還可以觀測到臺風(fēng)內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，同時使小尺度對流云團(tuán)監(jiān)視更加準(zhǔn)確，為強(qiáng)降水落區(qū)的判斷提供了重要依據(jù)。高分四號為2017年的四川地震災(zāi)區(qū)監(jiān)測以及2018年的山竹等臺風(fēng)監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支撐。

相對于此前的高分衛(wèi)星，高分五號的高光譜不僅可以更好地看清楚大氣等各類污染物，而且還可以更好地觀察到氣候的變化。在軌測試期間，高分五號成功地監(jiān)測了北京局部地區(qū)高溫、青藏高原冰川群和積雪分布等情況。“所測試的產(chǎn)品均滿足或優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，能夠滿足大氣化學(xué)、氣候變化的應(yīng)用需求。”王維和說。

面對近年來復(fù)雜嚴(yán)峻的氣候形勢和防汛抗洪救災(zāi)任務(wù)，高分衛(wèi)星在氣象業(yè)務(wù)服務(wù)中應(yīng)用效果顯著，有效提升了氣象應(yīng)急服務(wù)能力，在氣象防災(zāi)減災(zāi)的決策及公眾服務(wù)中都起到了不可替代的重要作用。比如在軌測試期間，高分六號已為2018年雅魯藏布江米林滑坡堰塞湖、印尼海嘯等國內(nèi)外災(zāi)害及時提供了應(yīng)急觀測服務(wù)。

期待更多衛(wèi)星組網(wǎng)

高分五號、六號投入使用后，極大緩解了我國對國外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的依賴。對污染氣體和溫室氣體的監(jiān)測，我國以前主要依賴國外衛(wèi)星，有了高分五號，我國將大大緩解對國外高光譜遙感數(shù)據(jù)的依賴，掌握高光譜遙感信息資源自主權(quán)。高分六號則有效彌補(bǔ)國內(nèi)外已有中高空間分辨率多光譜衛(wèi)星資源的不足，提升國產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的自給率和應(yīng)用范圍。

不過，相比于不斷增長的應(yīng)用需求，目前的高分衛(wèi)星還存在不足。比如，環(huán)境監(jiān)測需要大量的高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率的數(shù)據(jù)。“目前來看，可用的國內(nèi)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用的需求，在覆蓋能力、重訪能力方面還很不足。”趙少華指出，我們還需要更多的環(huán)境專用載荷，需要更多的衛(wèi)星一起組網(wǎng)，提高監(jiān)測水平。

此外，趙少華還強(qiáng)調(diào)，高效使用數(shù)據(jù)是衛(wèi)星應(yīng)用成效發(fā)揮的重要環(huán)節(jié)。針對很多新型載荷，我們需要更多地加強(qiáng)其應(yīng)用算法的研究。

工業(yè)和信息化部副部長、國防科工局局長、國家航天局局長張克儉表示，今年年底，我國還將發(fā)射高分七號衛(wèi)星，全部完成天基系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)，高分專項(xiàng)的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向應(yīng)用體系的建設(shè)上。他要求進(jìn)一步健全高分專項(xiàng)的共享渠道、暢通高分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用的高速公路，不斷豐富和完善高分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品體系，使越來越多的遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品服務(wù)于國內(nèi)，并走向國際。