NASA公布一张图,半个中国不淡定了
发布时间:2016-12-30
出品:科普中国
制作:川陀太空
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  近日中国第一颗碳卫星从酒泉卫星发射中心升空,这是一颗可监测全球二氧化碳的科学实验卫星。碳卫星的成功发射一方面说明环境问题开始日益突出,研究全球碳循环、监测温室气体才能找到破解之路,另一方面也反映出中国在遥感技术上已经取得了一些进步。

  所谓的遥感卫星是一种利用外侧空间遥感平台的卫星,当卫星运行在同步轨道上时,可对地表上指定的区域进行遥感观测。川陀太空研究人员谢顿认为,从分类上看,遥感卫星有气象卫星,这是一种收集气象数据的遥感卫星;与之对应的有海洋遥感卫星、陆地遥感卫星,对地球表明陆地、海洋进行不间断观测。由此也衍生出专门寻找地球资源的遥感卫星,在轨道上探测地下可能存在的各种资源,当然不包括盗墓。

  以碳卫星为例,这是一种专门找碳的卫星,中国的碳卫星也是全球第三颗,那么前两颗分别是日本的GOSAT卫星和美国OCO-2卫星。据《科学美国人》2014年12月的消息,美国OCO-2卫星发布了全球二氧化碳平均浓度地图,从图中可以一目了然哪些国家和地区的二氧化碳浓度最高。结果显示,南美洲巴西、非洲南部、东南亚、中国东南部都是“重灾区”,二氧化碳浓度高于其他地区。
监控全球二氧化碳有助于我们认清现实,找出全球每年近400亿吨二氧化碳的来源和去向,因为我们要呼吸的是氧气,二氧化碳太多,显然不是个好事。

遥感卫星的应用
  由此可以看出,在遥感卫星的应用领域中,对地监视与观测是遥感卫星的主要任务。就像美国人发射OCO-2卫星,一方面是利用其研究全球变暖,另一方面是用这个平台监视世界各国的碳排放量。美国人说中国碳排放太多,需要减少,减少就意味着要牺牲一些经济发展,那么事实上是不是这样,总不能由美国自己说的算。中国发射碳卫星之后也可以监视美国的碳排放,看看符不符合实际情况。
在OCO-2卫星之后,美国宇航局也准备继续推进更强大的OCO-3碳监视卫星,不仅能监视二氧化碳,还可以找出甲烷的全球分布。
这就非常有意思了,我们知道人体肠道生物过程可产生甲烷,但是不同地区的人种产酸产气的能力是不一样的。有研究指出,非洲南部的人种放出的屁中含有更多的甲烷,而北非那边的人种则较少。说不定OCO-3卫星升空之后,可能会有一篇类似的论文出现。这就是遥感技术有趣的一面,可以站在一定高度看清一整片的背景情况。因此遥感技术在环境监测、灾害评估、监视陆地资源、农作物生长、水产养殖、军用侦察等领域都有较为广泛的应用。


国外遥感技术的应用与发展情况
美国目前是遥感卫星领域及其产品发展较为齐全的国家,军民共同的天基信息收集系统覆盖几乎所有的领域,包括军用侦察、弹道导弹预警等。地面数据接收站也分布在世界各地,通过数据中继系统传回美国本土。美国政府也资助民间商业遥感卫星的发展,并且支持私人公司发展自己的遥感卫  星,比如数字地球公司DigitalGlobe,这是全球顶尖的商业空间成像公司,总部位于科罗拉多州。
从1993年开始发展商业高分辨率卫片,早期的EarlyBird-1卫星具有3米全色分辨率,2009年发射的WorldView-2卫星已经具备0.5米的全色分辨率和1.8米的多光谱成像能力,当侦察卫星使唤已经没有技术问题,而且可以在1.1天内两次从同一个目标上空飞过,比一些国家的专业侦察卫星都要出色。更何况这是商业卫星,只要付钱就可以买到你想看到的东西。
在非商业领域,美国宇航局、地质调查局从1972年起共同推动了LANDSAT系列卫星的研发,主要任务几乎覆盖所有除军用侦察外的类别,比如地下找矿、水资源分布调查、海洋资源研究、农林畜牧业监视和管理、植物考察与自然灾害、环境污染调查等,堪称面面俱到。2010年,美国宇航局就通过Terra卫星搭载的多角度成像光谱仪等仪器对全球气溶胶进行遥感监测,公布了一张全球PM2.5的分布图,由此进一步引发中国人对PM2.5的关注。因为那张图中,从北非到中国,几乎是一片红,河北省已经红到发黑,每立方米不止超过了80微克,几乎半个中国都不淡定了。

中国遥感技术已经赶上来了
去年年底,中国成功发射了高分四号卫星,运行在3.6万公里的同步轨道上,高分四号的运行标志着中国高轨遥感卫星已经取代了阶段性的成就,实现了全色/多光谱50米、中波红外400米同步轨道近实时观测,其意义比高分一号和二号这样的低轨遥感卫星要高得多。高分四号的里程碑也给中国遥感技术注入强心剂,完全可以在短时间内对中国及其周围地区进行快速出片,从战略意义上看,高分四号是个非常好的制高点,这也是中国遥感卫星的最先进水平,更先进的已经在设计中。
随着商业空间公司的进一步成熟,卫星成像必然向更高空间分辨率发展,可达到或超过0.1米级。目前最新的谷歌地图WorldView-4卫星已经在今年11月11日发回数据,可在600公里高度的轨道上实现0.31米的全色分辨率,1.24米多光谱分辨率,也是目前商业光学卫星解析度最高的。与WorldView-3组成星座后,每天可覆盖68万平方公里的陆地。在遥感资源调查方面,此类卫星依然以政府主导为主,美国将继续推动LANDSAT系列卫星,目前最新的LANDSAT-9正在研制中,堪称地球自拍神器。LANDSAT-9的技术应该说是世界领先的,目前正在使用的LANDSAT-8才运行不到4年,每天绕地球14圈,每半个月就可以将地球扫一遍。

  从LANDSAT-8的技术特点看,未来遥感卫星的功能将更加全面,集成多波段,如可见光、近红外、热红外以及短波红外的数据。即便是WorldView-4卫星也体现了多负载的设计思路,高度集成的技术优势甚至可以去除雾霾的干扰,比如AComp工具的使用可以真实还原地面上的情况。同时,美国宇航局旗下的EOS计划Terra卫星已经超期服役多年,后续的替代星也会落实下去,NASA作为全球顶尖的科研机构,在大气和海洋领域倾向于全球化研究,未来数年问世的遥感卫星将更加强大。

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