高光谱观测卫星在轨测试

天上的“眼睛”这样观测生态环境

图为高光谱观测卫星在轨测试时获取的可见短波红外高光谱相机数据立方体。该载荷在400—2500纳米范围内有330个光谱通道，这就意味着，针对同一区域，它能同时拍摄330张照片，叠加到一起形成类似的数据立方体。 （生态环境部卫星环境应用中心供图）

“绿水青山就是金山银山。”10月12日，国家主席习近平在《生物多样性公约》第十五次缔约方大会领导人峰会上再次强调。

那么，如何综合监测我国生态环境，让“绿水青山”不被破坏，人与自然和谐共生？

卫星遥感技术发挥了举足轻重的作用。作为新时期生态环境保护的新型手段，卫星遥感监测将大幅提高我国生态环境保护工作能力。

如今，生态环境卫星家族又迎来了一名新成员：高光谱观测卫星。

9月7日，该星成功发射，并进入预定轨道。这意味着，我国对陆表生态状况、水体水质、大气气态污染物、温室气体、PM2.5等环境要素进行高精度综合定量观测的能力将大幅度提升。

一个多月以来，其在轨测试工作稳步推进：7台载荷均已顺利开机成像。其中，5台载荷已完成了在轨定标，确定了在轨工作参数……

作为生态环境部牵头研制建设的首颗具备业务化应用能力的环境综合观测卫星，高光谱观测卫星有何与众不同？记者带您走进生态环境部卫星环境应用中心，一探究竟。

技高一筹，开启遥感观测新视角

不仅可辨形、知色，还可识别不同物质的“指纹”

在生态环境部卫星环境应用中心卫星发展研究所所长游代安看来，前不久成功发射的高光谱观测卫星“非常有特色”——“顾名思义，可实现高光谱遥感观测。其在轨运行将有效填补我国高光谱遥感观测的空白，大幅提升高光谱遥感观测数据的国产化率。”

什么是高光谱遥感观测？

作为遥感技术的前沿领域，高光谱遥感对于不少人来说是个比较“遥远”的专业名词。但实际上，“高光谱”并不神秘。

“在地球上，每种物质都有自己独特的光谱特性，就像我们每个人都有独一无二的指纹，这种光谱特性是用以辨别和分析不同物质的关键。”生态环境部卫星环境应用中心卫星工程领域首席专家刘思含告诉记者。与其他多光谱卫星相比，高光谱观测卫星“技高一筹”，不仅可以辨别观测对象的形状尺寸、感知观测对象的颜色，还可以精细识别其光谱信息，为我国生态环境遥感监测开启新的视角。

“就像人的眼睛一样，可以通过光谱来获取信息。”游代安进一步解释道。

不过，人眼的观测范围仅限于可见光频率。这颗天上的“眼睛”观测范围要广得多——如果把高光谱设备比作一台相机，它的功能就是可以在每个光谱波段拍一张照片。高光谱观测卫星具有从可见光到短波红外共330个光谱波段，这就意味着，针对同一区域，它能同时拍摄330张照片，叠加到一起形成一个数据立方体。

“高光谱观测卫星具备的光谱成像技术，可使光谱与图像结合为一体，探测各类物质的具体成分，从而获取更多维度、更高精度的数据信息。”游代安说，借助这一功能，可实现对观测物质的精细化分类。

比如，某处种植了一片小麦。根据以往的生态环境卫星拍摄的图片，专业人员可以反演出该处是农作物种植地块，却无法辨别种植的是小麦还是水稻。但借助高光谱观测卫星探测到的光谱信息，专业人士可以很快确定种植的农作物种类。

据了解，高光谱观测卫星在同一颗卫星上实现了高光谱、全谱段、偏振、多角度、耀斑等多种观测数据的融合应用，最高成像光谱分辨率达2.5纳米，幅宽60千米；最高大气探测光谱分辨率达0.03纳米，偏振探测精度优于0.5%，观测角度达15个，综合性能指标达国际先进水平。投入使用后，可对内陆水体、陆表生态环境、蚀变矿物、农作物、森林植被等地物目标，以及大气污染气体、温室气体、PM2.5等环境和气象要素进行全球、长期、定量和综合观测，可以有效提升我国高光谱综合观测能力，使我国高光谱观测数据国产化率提升至70%以上。

“多才多艺”，综合监测大气、水、自然生态等

可为保护生物多样性、实现碳达峰碳中和等提供技术支撑

“高光谱观测卫星搭载的两台陆表成像仪与五台大气成分探测仪，让其成为多才多艺的‘多面手’。”生态环境部卫星环境应用中心工程师滕佳华告诉记者。

两台陆表成像仪——可见短波红外高光谱相机和全谱段光谱成像仪，可以高精度监测陆地和水体环境要素，包括水体污染物浓度、水体热污染、城市热岛、生物多样性等，可用于生态环境监测、饮用水源地及重点湖库水质监测等方面，为我国“生态红线”监管，“碧水、净土保卫战”提供有力保障。

比如，在生物多样性监测方面，这颗星可发挥举足轻重的作用。“主要体现在对生态系统和物种生境状况等方面的精细化监测。”生态环境部卫星环境应用中心自然生态遥感部生物多样性遥感室主任万华伟告诉记者，与之前的多光谱卫星相比，这颗卫星上所获取的高光谱和全谱段信息，可以大大提升生态系统类型、重要物种生境或栖息地的分布和健康状况的识别精度。“以大熊猫为例。借助这颗卫星，可以观测到大熊猫的生存环境如何，比如竹子的种类、水热及营养状态等。除此之外，还能观测保护地、生态修复工程等范围。”

根据监测数据，专业人士可对其保护成效等进行评估，并进一步采取优化措施。

五台大气成分探测仪中，大气痕量气体差分吸收光谱仪主要探测臭氧、二氧化硫、氮氧化物等，可单日覆盖全球污染气体监测，服务于我国“大气污染防治”及“PM2.5和臭氧协同控制”等国家战略；大气主要温室气体监测仪主要探测二氧化碳、甲烷等，让碳排放无所遁形，为我国碳达峰碳中和战略提供技术支撑；大气气溶胶多角度偏振探测仪、高精度偏振扫描仪、吸收性气溶胶探测仪则主要用于监测气溶胶光学厚度、灰霾污染等，可助力打赢“蓝天保卫战”。

据游代安介绍，在卫星遥感监测方面，我国目前已初步建立起以气象、海洋、资源和环境系列卫星为主的民用遥感卫星体系，使我国具备了一定的大气环境监测能力。但在时间分辨率、光谱分辨率、探测精度等方面还有不少局限性，无法满足环境遥感监测的实际需要。

因此，高光谱观测卫星的成功发射，对于动态监测我国大气污染状况、贯彻落实大气污染防治攻坚任务、支撑碳达峰碳中和等战略目标的实现，具有非常重要的意义，为我国大气环境遥感监测发展提供了新的契机。

“能够定量化反演大气成分的浓度和分布，可对颗粒物、气态污染物、温室气体等大气环境要素进行遥感定量化监测，实现对大气环境污染的精细化遥感监测应用。”游代安说。

值得一提的是，作为目前我国光谱分辨率最高的卫星，高光谱观测卫星的成功发射，将使大气主要温室气体监测仪成为我国唯一在轨运行的大气温室气体探测载荷，也是国际上首台采用空间外差干涉体制进行温室气体探测的载荷，进一步补齐国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的短板。“可用于区域大气环境监测，分析全球温室气体起源与经风向传播的‘旅行图’。”滕佳华说。

提供“食材”，让卫星用户烹出菜肴

还可服务于矿产资源调查、防灾减灾、气候变化研究等领域

中国黄金集团滇桂黔区域矿产资源开发生态破坏问题突出；四川省眉山市违法开发房地产，黑龙滩水源地生态环境遭到破坏；湖北省通山县九宫山国家级自然保护区小水电清理整改工作滞后……近期，一些中央生态环境保护督察中发现的典型问题被公开通报。

这些问题的发现，离不开生态环境卫星的数据支撑。记者了解到，自2016年第一轮中央环保督察以来，针对督察区域和重点关注内容，生态环境部卫星环境应用中心通过卫星遥感技术发现生态破坏和环境污染线索上万条，为中央环保督察提供了靶向支撑。通过在轨测试后，高光谱观测卫星将在距离地球705千米的太阳同步轨道探测地球，持续为中央生态环境保护督察及环境专项执法检查、污染偷排环境监管执法、资源开发生态破坏及恢复情况监测等工作提供重要线索。

据介绍，卫星在轨运行会获取海量的数据，地面系统接收数据后对数据进行处理、分析，各用户单位再据此进行处理和反演，生产出不同的数据产品、应用，服务于各项工作生活。可以说，用好卫星监测数据十分重要。

“打个比方说，我们通过卫星遥感获得的数据就像是食材，各用户开发出的具体应用产品就像是菜肴。只有把‘菜’做好了，才能体现出这些‘食材’的价值。”游代安告诉记者。

作为高分数据的用户之一，江苏省农业科学院信息中心遥感大数据方向负责人毛星表示，高光谱遥感在农业应用中十分广泛，农作物估产、长势监测、病虫害识别、农作物精细分类、杂草识别等工作均有赖于此。

记者了解到，除了服务于大气、水、自然生态等环境综合监测外，高光谱观测卫星还可服务于基础地质调查、矿山地质环境监测等自然资源监测，灾害监测、应急监测评估等应急管理监测，农作物类型识别、产量估测等农业农村监测，森林资源监测等林业草原监测，以及大气、水、陆表、全球气候变化研究等气象遥感监测领域，可为生态环境部、自然资源部、应急管理部、农业农村部等主要用户提供有关数据支撑。