大气环境卫星温室气体和气溶胶协同观测综述

人类排放的温室气体和气溶胶是造成全球气候变暖和大气环境恶化的主要因素,也是大气环境卫星遥感的核心探测目标。与传统的单一探测目标卫星相比,实现同平台的大气温室气体和气溶胶协同监测,对于提高温室气体卫星反演精度、改善“自上而下”碳源汇估算、提升温室气体和气溶胶的人为/自然源区分能力具有重要意义,也是各国航天机构积极发展的空间探测手段。本文对欧、日、中、美等具备温室气体和气溶胶协同监测能力的卫星进行系统的介绍,包括卫星平台、传感器、处理算法和质控验证。按照卫星监测任务和传感器用途,将其分为大气综合探测卫星和温室气体监测卫星两大类,并从碳中和行动和大气环境综合治理等需求出发,提出温室气体和气溶胶协同观测星座（GACOC）的概念及其发展方向,包括主被动卫星组网观测、温室气体和气溶胶高精度联合反演算法、人为排放源识别和定量监测等应用。     

温室气体的卫星遥感—进展与趋势

二氧化碳和甲烷减排是控制全球增温最核心的手段,传统的人为碳排放计算主要依赖于在线监测和清单算法,2019年第49届IPCC全会明确了利用大气观测通过"自上而下"通量计算对排放清单进行支撑和验证,因此了解大气遥感碳监测发展趋势以及同化反演技术方法成为了中国应对国际气候变化事务亟待探明的重要问题。根据卫星遥感技术发展进程和监测需求,将碳监测遥感的发展划分为3个阶段(1999年—2008年,2009年—2019年,2019年—),前两个阶段和第三阶段对应卫星分别为第一代和第二代温室气体监测卫星。本文在分析日本、美国、欧洲和中国第一代段碳监测卫星遥感探测技术发展进程的基础上,重点介绍了第二代卫星遥感探测技术的创新及其在探测精度、分辨率和覆盖率等方面提升。为了满足全球和区域人为碳排放监测的重大需求,需要优化反演算法提高精度、科学规划卫星的组网观测提升监测效率。同时也进一步阐述了如何依据组网观测的全球高精度、高时空分辨率的卫星数据,利用"自上而下"数据同化方法获得独立源汇信息来补充和验证清单。最后,指出了卫星高光谱遥感和新一代碳监测卫星的未来发展趋势及估算人为碳排放的潜力。     

温室气体星载被动遥感探测载荷研究进展

应对CO₂和CH₄等温室气体含量增加导致的全球气候变暖问题,促进碳减排已成为全球共识。建立完善的碳监测体系,利用星载平台进行被动遥感探测是当前温室气体观测的主要手段之一。本文以在轨成功应用的星载被动遥感探测载荷3种技术体制为基线,介绍了有效载荷的仪器指标,分析比较了各种技术的优缺点,结合未来温室气体探测计划,总结了温室气体星载被动遥感探测的发展趋势。将高分五号卫星大气主要温室气体监测仪在轨表现与新型干涉成像光谱技术相结合,分析其在高光谱分辨、高信噪比基础上进一步实现高空间分辨率的可行性,为研制具有实时动态、不同细分程度区域的碳监测能力的下一代温室气体载荷提供可能。     

自然火灾碳排放估算模型参数的遥感反演进展

植被燃烧会产生大量的温室气体,为及时了解自然火灾对区域和全球尺度的碳循环和碳平衡模式的影响,有必要研究自然火灾碳排放的大尺度估算方法。结合遥感技术"宏观、快速、实时、客观"获取地表信息的独特优势,对利用遥感技术估算自然火灾碳排放的方法进行综述,概括了自然火灾碳排放使用的估算模型及其需要的主要输入参数,其次分别介绍了模型输入参数的遥感估算方法,并对各方法的优缺点进行分析和评价,最后提出现有方法的改进建议。     

高分五号卫星大气参数探测综述

高分五号卫星搭载了大气痕量气体差分吸收光谱仪、主要温室气体探测仪、大气多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高分辨率探测仪、可见短波红外高光谱相机和全谱段光谱成像仪共6台载荷,对全球环境监测及中国大气气溶胶、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、甲烷和云等多个环境与气象综合监测方面有着重要的意义。为了更好的了解高分五号卫星任务的大气监测内容,本文对高分五号卫星其中的4个大气探测载荷特征和数据处理算法进展进行了总结,涉及各个载荷参数信息、算法介绍和产品初步结果等相关内容。高分五号卫星是中国专门用于大气环境监测任务的遥感卫星,随着后续卫星的发射升空,将对中国乃至全球大气环境监测提供强有力的数据支撑。     

中国地震遥感应用研究与地球物理场探测卫星计划

中国地震遥感应用研究始于20世纪70年代中期,从简单的多光谱遥感图像解译线性活动构造开始,迄今已走过了40余年的历程。其中20世纪70、80年代以可见光遥感图像应用为特征,90年代为红外遥感、GNSS遥感和InSAR技术试验应用阶段,20世纪末到21世纪前10年主要表现为综合遥感应用和卫星电磁、卫星重力等地球物理场探测卫星计划预研,2011年以来侧重于集成前期研究成果,实施地球物理场卫星计划和卫星地震应用系统建设运行。目前可见光遥感技术在活动构造探查和灾害评估中已实现业务化应用,卫星红外、卫星电磁、InSAR技术、卫星重力和高光谱气体地球化学探测技术在地震监测领域越来越凸显出其应用效能。作为国家地球物理场探测卫星计划首发星,张衡一号电磁监测试验卫星于2018年2月2日进入预定轨道,目前在轨运行正常并产出了中国首幅全球地磁图,填补了中国在全球地球物理场获取能力方面的空白。     

日光诱导叶绿素荧光遥感反演及碳循环应用进展

在植被遥感领域,遥感植被指数在过去30年极大地促进了从宏观尺度上来理解和认识地球生物圈,但是以"绿度"观测为主的植被指数仅表征植被"潜在光合作用",而不能直接量化"实际光合作用"。植被叶绿素荧光在光合作用探测上具有优势,是"实际光合作用"的直接探测方法。日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感是近年快速发展起来的新型遥感技术,尤其是2011年实现全球尺度卫星反演以来,在反演算法、植被监测和碳循环应用等方面发展迅速,是近10年来植被遥感领域最具突破性的研究前沿。本文阐述了现阶段(2011年以来)SIF遥感反演及其在碳循环应用方面的进展。本文首先介绍了卫星SIF遥感的发展及其反演算法现状;然后重点剖析了其在陆地生态系统总初级生产力(GPP)估算、全球碳循环监测、物候和植被胁迫监测等方面的应用现状和特点;最后从卫星SIF反演算法优化、SIF-GPP关系机理、SIF多尺度综合观测和全球碳循环监测等方面对今后植被SIF遥感的发展前景进行了展望。     

面向实时应用的遥感服务技术

当前中国卫星事业正面临着难得的发展机遇,以应用需求为牵引,着力提升卫星遥感的服务能力,充分发挥卫星的应用效益,突破通信、导航、遥感卫星的系统壁垒,构建通导遥一体化的天基信息实时服务系统,提供全天时、全天候、全地域的面向实时应用的服务。本文首先分析了天空地海对地观测传感网实时服务能力,接着阐述了遥感技术实时应用服务需求(抗震救灾遥感高时效性服务需求、地表形变遥感监测需求、大众实景服务需求等),剖析了基于人工智能的遥感在轨处理技术,最后论述了遥感技术从最初提供数据和信息向提供实时服务的转变趋势。     

全球遥感实时监测与定点更新云平台设计与实现

卫星遥感是人类观测地球的主要途径,随着遥感技术商业化,全球商业遥感卫星数量快速增长,涌现出许多高分辨率遥感卫星和全球遥感星座,使用卫星对地球进行更全面、更精确、更实时的监测成为可能,但目前卫星遥感数据获取存在重复、盲目、不及时,与用户需求脱节、大量数据闲置等一系列问题,缺乏一个有效的平台和应用模式,搭起卫星数据提供商和...     

“全球生态环境遥感监测年度报告”回顾：2012—2021

持续开展生态环境遥感监测对于认识和评估全球生态系统可持续性和人类生存环境状况具有重要的科学意义,是面向“推进生态文明建设”和“构建地球生命共同体”等目标和愿景,提升综合地球观测能力和应对全球生态环境挑战的务实行动。为此,中华人民共和国科学技术部国家遥感中心聚焦可持续发展、气候变化、防灾减灾和韧性城市等优先事项,通过政府部门、科研机构、国际组织和社会公众的协同,连续十年（2012年—2021年）发布和共享了“全球生态环境遥感监测年度报告”共29个专题报告和100余个遥感数据集。此项工作取得的成果包括：在遥感技术方法创新方面,基于国产高分辨率卫星和多源遥感影像,针对生态系统状况和人类活动痕迹的高精度遥感监测取得了一批具有自主知识产权的算法模型和数据产品;在人类生存环境认知方面,显著提升了公众对粮食安全、气候变化、城市扩展、土地退化和自然灾害风险等全球生态环境热点问题的科学认知;在生态环境重点区域方面,对“一带一路”、南极、非洲、东盟等典型区域开展精细化监测和评估。该项工作是中国作为地球观测组织GEO（Group on Earth Observations）联合主席国对国际社会的实质贡献,为相关机构和部门决策制定提供了重要的信息参考。本论文在此项工作开展十周年之际,系统阐述和总结了全球生态环境遥感监测年度报告的主要内容和亮点成果,并对未来发展提出展望。     

流域遥感方法与实践

未来流域一体化管理模式下,要求数据、信息和知识在管理者、科学家、工程技术人员和所有利益相关方之间自由流通。其中,流域尺度数据获取、信息提炼和知识抽象是基础。卫星遥感技术因其大范围、综合性、动态性对地观测能力,为实现这一管理方式的改变提供了新的技术手段。过去的应用中,受相对稀缺的卫星影像数据和复杂应用方法的限制,出现了常规应用相对较少,应急使用较多;行业管理部门应用较少,专业研究机构使用较多;简单实用的方法较少,需要做复杂处理和调试的方法居多;数据瓶颈依然存在等问题,严重限制了遥感技术在流域管理中的深化应用。2007年中国科学院知识创新工程重大项目“海河流域治理工程生态环境效应遥感监测与评估”课题的立项,为服务于流域综合管理的遥感应用方法研究提供了实验基础。项目执行过程中,随着遥感技术在流域下垫面监测、水循环要素反演及生态环境效应评估等方面的研究日益深入,流域遥感方法论及应用范畴逐渐清晰,使得从整个课题的角度对取得的成果进行归纳总结成为可能。本文在分析流域管理发展趋势和流域遥感应用现状的基础上,介绍了项目的立项背景及在流域遥感蒸散发估算方法、水资源监测方法与农业水管理应用和生态环境变化监测与分析等方面的取得的研究成果,指出了未来流域遥感发展的趋势和任务。     

国土资源变化遥感动态监测的设计和应用

主要研究利用遥感卫星影像进行国土资源变化动态监测，探讨了遥感影像数据处理的一些关键技术，重点研究了利用遥感卫星影像数据进行国土资源变化动态监测的技术设计、数据处理、变化信息提取、精度分析以及数据应用等问题，进一步阐明了利用遥感技术将有助于提高国土资源管理的能力和服务水平。     

草地退化遥感监测研究进展

针对遥感技术已广泛应用于草地退化监测,但缺乏草地退化遥感监测的系统梳理问题,该文从草地退化的内涵、草地退化指标、草地退化遥感监测方法、草地退化分级标准4个方面对草地退化的遥感监测进行了分析总结,得出草地退化遥感监测的发展趋势:①应用高分辨率无人机和卫星高光谱遥感数据;②优化并选择合适的草地退化指标遥感监测模型;③跨学科确定草地退化阈值,开展草地相对退化评价;④结合实地观测数据,发挥遥感应用潜力;⑤开展草地退化预测,预警生态风险.     

极地遥感

极区是全球气候系统的重要组成部分, 对全球气候系统有显著的反馈作用。遥感是监测极区环境变化最有效的手段之一, 发展极地遥感意义重大。本文回顾了中国科学院遥感应用研究所近年来极地遥感研究方面所取得的一些成果, 包括卫星遥感监测技术和极区地面无线传感器网络遥感技术。     

遥感技术在地质灾害监测和治理中的应用

论述了遥感技术在地质灾害监测和治理中的应用,即通过遥感技术及时准确获取地质灾害有关信息,对地质灾害防治方面实现灾前预警、灾情监控、灾后评估,充分利用现代科学技术和手段对遥感卫星影像数据进行分析,为灾后治理方案的科学制定提供重要基础资料,解决地质灾害防治工作中基础数据缺乏和现势性差的矛盾,提高地质灾害处置能力。     

中国地震灾害遥感应用的历史、现状及发展趋势

回顾了中国地震灾害遥感应用的发展历史。从地震灾害遥感调查、地震地质构造背景的卫星遥感分析、地震灾害遥感与GIS 监测评估技术系统、卫星遥感震害调查与分析的新时代和汶川地震灾害遥感调查评估等几个方面总结各个发展阶段采用航空、卫星遥感信息源判读识别震害分类分级的技术方法。最后结合遥感技术发展的趋势和地震灾害的特点, 就地震灾害遥感应用的发展趋势, 简要地谈了作者的看法。     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

面向农作物监测的遥感信息处理技术研究

以区域性主要农作物种类识别、长势分析与产量估算及农业种植结构现状监测为主要研究对象,开展适于农业管理部门业务化运行的卫星遥感信息处理的关键技术研究。从分析主要作物类型识别的遥感物理依据入手,提出了卫星遥感数据处理及专题信息提取的基本技术框架、主要农作物类型及种植面积信息的提取方法以及主要粮食作物长势分析和产量估算模型,并对结果进行了简要的精度分析。     

加大国土资源卫星遥感信息化建设 增强国土资源监管能力

开展国土资源卫星遥感信息化建设,统筹土地、地质矿产、地质灾害和地质环境等遥感技术应用,实现全国地政矿政监管、地质灾害和地质环境的监测预警,是国土资源卫星遥感信息化建设需要解决的重要问题。1国土资源卫星遥感技术信息化应用现状当前,国土资源卫星遥感信息化应用需求发展迅猛,应用领域不断拓展,应用水平不断提升。随着实践应用的不断深入,一些制约卫星遥感信息应用发展的问题也日益凸显。一是国土资源卫星应用系统发     

高分辨率地表反照率遥感估算研究进展

地表反照率是研究地表能量收支平衡、中长期天气预报和全球气候变化的一个重要参数。利用卫星数据估算地表反照率需要地表二向反射特征知识的支持，目前针对中低分辨率卫星数据的反照率反演算法相对成熟，且发布了不同分辨率和精度的全球产品。随着全球高分辨率对地观测技术的不断发展，特别是中国高分系列卫星的发展，为高分辨率地表反照率精确估算提供了丰富的数据源。然而高分辨率地表反照率遥感估算面临着观测角度数据不足、波段信息少等有效数据缺失的问题，国内外学者开展了一系列针对高分辨率地表反照率估算方法的研究。本文首先简述了地表反照率遥感估算的基本原理与目前存在的主要问题，总结并分析了近几年高分辨率反照率估算的相关算法，并对未来高分辨率反照率估算的进一步发展提出了展望和设想。论文研究可为高分辨率反照率算法研究和产品发展提供理论支持。