高分卫星应用效果也“高分”

    3月21日，我国高分辨率对地观测系统重大专项（以下简称高分专项）的两颗卫星——高分五号、六号卫星正式投入使用。自2010年批准启动实施以来，高分专项已成功发射六颗卫星，数据源不断丰富，并在国土、环保、农业、林业、测绘等领域得到广泛应用。

    很多人很好奇，高分卫星是如何服务于国计民生的？应用效果如何？在高分五号、六号投入使用之际，记者通过这两颗卫星揭晓高分专项的大用途。

让环境污染无处遁形

    高分五号是国内光谱分辨率最高的卫星，也是国际上首次实现对大气和陆地进行综合观测的全谱段高光谱卫星。有了高光谱分辨率这项技能的加持，高分五号在环境监测上更加“火眼金睛”，区分不同污染物、不同污染程度的能力大大提高。

    每种物质都有自己独一无二的光谱特征，光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。光谱分辨率越高，识别目标物质的能力就越强。比如，卫星在进行水体监测时，没有高光谱手段，很难区分水体里的水草和水华，给出的反馈是一类物质。分辨率提高后，有了区分的能力，可以通过遥感数据把不同物质种类提取出来，更好地探测和研究污染情况。

    据高分五号研制单位航天科技集团八院介绍，在大气污染方面，高分五号卫星能够精确感知雾霾、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等大气主要污染物的分布、变化和运输过程，让污染气体无处遁形。在水污染方面，高分五号卫星能准确鉴别饮用水源地、重点湖库的水质情况，及时跟踪内陆水体蓝藻、绿藻、黄藻等藻类污染物的生长变化，为水体保护和污染防治提供解决方案。高分五号卫星还可以通过地表的成像分析，识别地下矿物，就像有一双“透视眼”，在矿产资源调查、地质环境调查与监测方面也能发挥重要作用。

    作为高分五号的牵头用户部门，生态环境部在该卫星的在轨测试期间，对其能力进行了检验。“去年11月在上海举办的中国国际进口博览会期间，我们利用高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪对长三角地区污染气体进行了监测，为进博会的空气质量保障提供了支撑。”生态环境部卫星环境应用中心综合业务部副主任赵少华介绍。

让农业和农村管理更高效

    与其他高分卫星相比，高分六号的特别之处在于新增了两个红边波段传感器，是我国第一颗具备红边波段传感器的卫星。正是因为有了这两个红边波段传感器，高分六号被誉为“中国农业一号卫星”。“红边波段是作物的特征波段之一，增加红边波段后可以增加植被分析的精度和灵敏度。”中国农业科学院农业资源与农业区划研究所所长周清波解释。

    在高分六号之前，高分卫星的遥感数据已经应用于农业。但是，作物生长时间一般较短，对卫星监测的时效性要求较高，而且我国地域广阔，作物类型多样，种植结构复杂，作物监测内容较多，此前的遥感数据不能完全满足要求。

    周清波介绍，高分六号在轨测试期间，他们重点对该星新增波段的应用效果进行了测试。测试结果表明，增加红边等波段后，卫星影像的颜色更加丰富多彩，增强了不同地表覆盖，特别是不同作物类型和不同生长状态之间的差异的识别能力。而且，在作物类型识别、作物长势诊断、果园等农用地监测中，精度都有不同程度的提高。比如，土地覆盖监测和秋收作物识别的总体精度分别提高了15%和9%以上。

    而且，高分六号投入使用后，与高分一号卫星组网，对我国陆地区域的重访时间由4天缩短为2天，时间分辨率提高一倍，极大提高了遥感数据的获取规模和时效。目前，科研人员利用高分六号的新增波段，改进了作物识别、农田洪涝灾害监测、土地沙化调查、积雪覆盖监测等技术方法和模型，并已用于2018年的玉米和大豆面积监测、安徽洪涝灾害作物损失评价、部分地区果园和设施农业分布调查等工作。

    不仅是农作物的监测，高分六号还可以助力美丽乡村的建设。周清波介绍，比如农村的大棚房整治问题，有人申请的是农业大棚，但可能用来盖房子，高分六号可以把这种违规行为“揪出来”。再比如农村人居环境整治工作中的垃圾堆放、秸秆燃烧等问题，高分六号也可以提供客观影像和数据。

提升气象应急服务能力

    作为“天眼”，高分卫星还可以用在天气预报和天气监测上。提起气象预报，很多人都会想到风云气象卫星。“其实高分卫星的高空间分辨率产品是一个很好的补充，在应对特殊的天气和地表灾害过程时，可以起到关键性作用。”中国气象局国家气象卫星应用中心研究员王维和指出。

    据了解，中国气象局利用高分一号、二号、三号、四号等卫星数据在台风、暴雨、龙卷、洪涝等灾害天气和环境生态领域的遥感监测，以及地震、滑坡等灾害评估工作中开展了大量的应用。比如，利用高分四号最高50米的空间分辨率，使台风的定位精度从公里级提高到百米级，还可以观测到台风内部的精细结构，同时使小尺度对流云团监视更加准确，为强降水落区的判断提供了重要依据。高分四号为2017年的四川地震灾区监测以及2018年的山竹等台风监测提供了数据支撑。

    相对于此前的高分卫星，高分五号的高光谱不仅可以更好地看清楚大气等各类污染物，而且还可以更好地观察到气候的变化。在轨测试期间，高分五号成功地监测了北京局部地区高温、青藏高原冰川群和积雪分布等情况。“所测试的产品均满足或优于设计指标要求，能够满足大气化学、气候变化的应用需求。”王维和说。

    面对近年来复杂严峻的气候形势和防汛抗洪救灾任务，高分卫星在气象业务服务中应用效果显著，有效提升了气象应急服务能力，在气象防灾减灾的决策及公众服务中都起到了不可替代的重要作用。比如在轨测试期间，高分六号已为2018年雅鲁藏布江米林滑坡堰塞湖、印尼海啸等国内外灾害及时提供了应急观测服务。

期待更多卫星组网

    高分五号、六号投入使用后，极大缓解了我国对国外卫星遥感数据的依赖。对污染气体和温室气体的监测，我国以前主要依赖国外卫星，有了高分五号，我国将大大缓解对国外高光谱遥感数据的依赖，掌握高光谱遥感信息资源自主权。高分六号则有效弥补国内外已有中高空间分辨率多光谱卫星资源的不足，提升国产遥感卫星数据的自给率和应用范围。

    不过，相比于不断增长的应用需求，目前的高分卫星还存在不足。比如，环境监测需要大量的高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率的数据。“目前来看，可用的国内外卫星数据还远不能满足应用的需求，在覆盖能力、重访能力方面还很不足。”赵少华指出，我们还需要更多的环境专用载荷，需要更多的卫星一起组网，提高监测水平。

    此外，赵少华还强调，高效使用数据是卫星应用成效发挥的重要环节。针对很多新型载荷，我们需要更多地加强其应用算法的研究。

    工业和信息化部副部长、国防科工局局长、国家航天局局长张克俭表示，今年年底，我国还将发射高分七号卫星，全部完成天基系统的建设任务，高分专项的重点将转向应用体系的建设上。他要求进一步健全高分专项的共享渠道、畅通高分数据应用的高速公路，不断丰富和完善高分数据应用产品体系，使越来越多的遥感数据应用产品服务于国内，并走向国际。

    （本报记者 陈海波 张蕾）