高分衛星應用效果也“高分” 讓環境污染無處遁形

3月21日，我國高分辨率對地觀測系統重大專項(以下簡稱高分專項)的兩顆衛星——高分五號、六號衛星正式投入使用。自2010年批準啟動實施以來，高分專項已成功發射六顆衛星，數據源不斷豐富，并在國土、環保、農業、林業、測繪等領域得到廣泛應用。

很多人很好奇，高分衛星是如何服務于國計民生的?應用效果如何?在高分五號、六號投入使用之際，記者通過這兩顆衛星揭曉高分專項的大用途。

讓環境污染無處遁形

高分五號是國內光譜分辨率最高的衛星，也是國際上首次實現對大氣和陸地進行綜合觀測的全譜段高光譜衛星。有了高光譜分辨率這項技能的加持，高分五號在環境監測上更加“火眼金睛”，區分不同污染物、不同污染程度的能力大大提高。

每種物質都有自己獨一無二的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質的“指紋”。光譜分辨率越高，識別目標物質的能力就越強。比如，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，給出的反饋是一類物質。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。

據高分五號研制單位航天科技集團八院介紹，在大氣污染方面，高分五號衛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、變化和運輸過程，讓污染氣體無處遁形。在水污染方面，高分五號衛星能準確鑒別飲用水源地、重點湖庫的水質情況，及時跟蹤內陸水體藍藻、綠藻、黃藻等藻類污染物的生長變化，為水體保護和污染防治提供解決方案。高分五號衛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”，在礦產資源調查、地質環境調查與監測方面也能發揮重要作用。

作為高分五號的牽頭用戶部門，生態環境部在該衛星的在軌測試期間，對其能力進行了檢驗。“去年11月在上海舉辦的中國國際進口博覽會期間，我們利用高分五號衛星大氣痕量氣體差分吸收光譜儀對長三角地區污染氣體進行了監測，為進博會的空氣質量保障提供了支撐。”生態環境部衛星環境應用中心綜合業務部副主任趙少華介紹。

讓農業和農村管理更高效

與其他高分衛星相比，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星。正是因為有了這兩個紅邊波段傳感器，高分六號被譽為“中國農業一號衛星”。“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。”中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所所長周清波解釋。

在高分六號之前，高分衛星的遙感數據已經應用于農業。但是，作物生長時間一般較短，對衛星監測的時效性要求較高，而且我國地域廣闊，作物類型多樣，種植結構復雜，作物監測內容較多，此前的遙感數據不能完全滿足要求。

周清波介紹，高分六號在軌測試期間，他們重點對該星新增波段的應用效果進行了測試。測試結果表明，增加紅邊等波段后，衛星影像的顏色更加豐富多彩，增強了不同地表覆蓋，特別是不同作物類型和不同生長狀態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、果園等農用地監測中，精度都有不同程度的提高。比如，土地覆蓋監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，與高分一號衛星組網，對我國陸地區域的重訪時間由4天縮短為2天，時間分辨率提高一倍，極大提高了遙感數據的獲取規模和時效。目前，科研人員利用高分六號的新增波段，改進了作物識別、農田洪澇災害監測、土地沙化調查、積雪覆蓋監測等技術方法和模型，并已用于2018年的玉米和大豆面積監測、安徽洪澇災害作物損失評價、部分地區果園和設施農業分布調查等工作。

不僅是農作物的監測，高分六號還可以助力美麗鄉村的建設。周清波介紹，比如農村的大棚房整治問題，有人申請的是農業大棚，但可能用來蓋房子，高分六號可以把這種違規行為“揪出來”。再比如農村人居環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據。

提升氣象應急服務能力

作為“天眼”，高分衛星還可以用在天氣預報和天氣監測上。提起氣象預報，很多人都會想到風云氣象衛星。“其實高分衛星的高空間分辨率產品是一個很好的補充，在應對特殊的天氣和地表災害過程時，可以起到關鍵性作用。”中國氣象局國家氣象衛星應用中心研究員王維和指出。

據了解，中國氣象局利用高分一號、二號、三號、四號等衛星數據在臺風、暴雨、龍卷、洪澇等災害天氣和環境生態領域的遙感監測，以及地震、滑坡等災害評估工作中開展了大量的應用。比如，利用高分四號最高50米的空間分辨率，使臺風的定位精度從公里級提高到百米級，還可以觀測到臺風內部的精細結構，同時使小尺度對流云團監視更加準確，為強降水落區的判斷提供了重要依據。高分四號為2017年的四川地震災區監測以及2018年的山竹等臺風監測提供了數據支撐。

相對于此前的高分衛星，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，高分五號成功地監測了北京局部地區高溫、青藏高原冰川群和積雪分布等情況。“所測試的產品均滿足或優于設計指標要求，能夠滿足大氣化學、氣候變化的應用需求。”王維和說。

面對近年來復雜嚴峻的氣候形勢和防汛抗洪救災任務，高分衛星在氣象業務服務中應用效果顯著，有效提升了氣象應急服務能力，在氣象防災減災的決策及公眾服務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、印尼海嘯等國內外災害及時提供了應急觀測服務。

期待更多衛星組網

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

不過，相比于不斷增長的應用需求，目前的高分衛星還存在不足。比如，環境監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據。“目前來看，可用的國內外衛星數據還遠不能滿足應用的需求，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境專用載荷，需要更多的衛星一起組網，提高監測水平。

此外，趙少華還強調，高效使用數據是衛星應用成效發揮的重要環節。針對很多新型載荷，我們需要更多地加強其應用算法的研究。

工業和信息化部副部長、國防科工局局長、國家航天局局長張克儉表示，今年年底，我國還將發射高分七號衛星，全部完成天基系統的建設任務，高分專項的重點將轉向應用體系的建設上。他要求進一步健全高分專項的共享渠道、暢通高分數據應用的高速公路，不斷豐富和完善高分數據應用產品體系，使越來越多的遙感數據應用產品服務于國內，并走向國際。