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1PCC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...     

高光谱成像遥感载荷技术的现状与发展

高光谱成像技术可同时获取地物的几何、辐射和光谱信息,集相机、辐射计和光谱仪能力于一体,相比光学空间二维成像,可对地物进行空间和光谱三维成像,在一定的空间分辨率下,获取宽谱段范围内地物独特的连续特征光谱,对地物的精细分类和识别具有突出的优势,目前已成为对地遥感的重要前沿技术手段,在自然资源调查、生态环境监测、农林牧渔、海洋与海岸带监测等领域发挥着越来越重要的作用。随着高光谱遥感应用的深入研究,对高光谱成像遥感仪器的光谱范围、幅宽、光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率与定标精度等指标提出了新的要求。同时满足这些相互制约的参数指标,是国内外高光谱载荷研制中一直难以突破的技术难点。本文主要对国内外的高光谱成像遥感载荷技术进行了综述,介绍了国内外典型的机载、星载高光谱成像遥感仪器,以及近年来发射、正在研制和计划发展的星载高光谱成像载荷,并分析了这些载荷的技术方案、性能指标和应用效果;介绍了声光调谐（AOTF）、液晶调谐（LCTF）、法布里—珀罗调谐（FPTF）,渐变式（LVF）和阶跃式（ISF）光楔滤光片,压缩感知光谱成像等新型分光技术,并分析了它们各自的技术优缺点以及应用于高光谱成像的可行性和现状;最后展望了高光谱成像载荷技术的发展趋势。     

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。     

叶片化学组分成像光谱遥感探测机理分析

利用地面光谱仪的测量数据 ,进行了成像光谱遥感探测叶片化学组分的机理性研究。采用多元逐步回归方法 ,分析了鲜叶片 7种化学组分含量与其光谱特性的统计关系 ,分别建立了反射率 ρ及其变化式 1/ρ、logρ和ρ的一阶导数Kρ 与化学组分含量的统计方程 ,并对这 4个指标的性能进行了比较和评价。结果表明 ,在 95 %的置信水平下 ,可以由叶片的精细光谱特征较好地反映出化学组分含量 ;特别是利用Kρ 作为因子 ,使置信水平提高到 99% ,尤以对粗蛋白质、N、K含量反映最好 ,R2 均达到 0 8以上 ,粗蛋白质可达 0 95 6 4,从而为进一步探讨在中国利用成像光谱遥感探测叶片化学组分奠定了基础     

星载高光谱成像载荷发展及关键技术

星载高光谱遥感技术可通过光谱特征对地物进行大范围快速精细识别,在自然资源勘查、生态环境保护、精细农业、碳排放监测和地表异常即时探测等方面有着广阔的应用前景。自20世纪80年代初期美国NASA研制出第一台机载高光谱成像仪以来,高光谱成像技术的研究发展日益得到重视。与机载高光谱载荷相比,星载高光谱载荷的研制难度大幅增加,但其全球范围快速探测识别的巨大应用价值,成为国际上竞相攻克的科技制高点,也是人类探测地球感知万物的重要手段。我国高分五号卫星的成功发射,使国际上星载高光谱成像技术的水平达到了一个新的高度,在助力碳排放、土壤有机质、土壤重金属污染、水质微量污染和大范围地球深部找矿等应用方面产生诸多突破。本文回顾了星载高光谱载荷技术的发展历程,总结了星载宽谱宽幅高光谱载荷的要点、关键技术及应用情况。结合团队在该领域多年实际开展的工作,凝炼提出了静止轨道高光谱、荧光超光谱和高光谱即时遥感探测几个重要发展方向及其关键技术,为星载高光谱载荷研究工作的重大发展提供一些重点有益的参考。     

中国高光谱成像遥感应用研究进展

根据20世纪90年代以来国内主要学术刊物上发表的有关论文,综述了高光谱成像遥感在地质、海洋、农业、大气和环境等领域的应用和研究进展。为了能够较好地反映高光谱成像遥感应用研究的最新进展,对国际上同一时期的发展状况也作了简要介绍。     

一种异源主被动遥感图像立体成像技术

建立了一套异源主被动遥感立体成像处理的技术方法,通过CCD和SAR遥感器的几何模型构建精化,异源图像同名特征高精度自动匹配,以及在此基础上的主被动遥感立体成像模型合理化构建解算,全链路高程误差传播规律分析等关键技术的攻克,将成像机理完全不同的、具有共同重叠区域的多幅CCD和SAR遥感影像数据纳入到统一的立体构像处理体系中,充分发挥了CCD和SAR载荷的互补优势,摈弃了传统同源立体对数据源的苛刻限制。通过试验对该方法进行了验证。试验证明,利用星载3mSAR和1mCCD数据可获得平面20m以内、高程30m以内的立体定位精度。

     

主被动光学卫星遥感数据融合浅海水深测量

针对双介质立体摄影测量中水面高程不确定性带来的测深误差,本文提出了主被动光学卫星遥感数据融合浅海水深测量的技术路线,探讨了主动ICESat-2激光测高数据与被动WorldView-3立体像对数据融合的测深模型。首先通过ICESat-2激光测高数据提取海面高程作为WorldView-3立体像对数据水面高程纠正的起算位置,然后利用区域网平差的二次多项式加入适当的水深改正量。在我国南海岛礁开展了主被动光学卫星遥感数据融合进行浅海水深测量试验。结果表明,主被动融合测深模型的均方根误差(RMSE)小于0.70 m,实现了高精度、无实测控制点的浅海水深测量。     

湖泊遥感研究进展与展望

湖泊遥感作为一门新型交叉学科,是湖泊科学和遥感科学的重要分支.本文探讨了湖泊遥感科学的研究对象、内容和方法,通过梳理国内外总体研究进展,总结出湖泊遥感的5个发展趋势:(1)关注问题,从兴趣导向发展到问题导向;(2)观测手段,从地基遥感/中分辨率卫星发展到高分辨率/高光谱/无人机;(3)算法算力,从单机版经验/机理模型发...     

渤海湾近岸海域水深遥感反演研究

针对多光谱遥感技术进行浅海水深信息提取具有覆盖地域大、动态连续监测等特点,该文利用环境与灾害监测预报小卫星星座A星(HJ-1A)影像数据,对渤海湾20m以内近岸水域的水深进行实验研究。通过对HJ-1A遥感图像不同波段及波段组合的反射率与实测水深值的相关关系分析,选取敏感波段,建立最佳回归模型,定量计算研究区水深值。研究发现:5~10m水深区域内遥感反演效果最好;10~20m次之;0~5m受沿岸构筑物、泥沙等影响严重,反演效果较差。     

黄河流域七大城市群污染气体时空变化特征卫星遥感监测

为探究黄河流域大气污染的时空演变特征,本文从城市群角度出发,选取HCHO、NO₂及SO₂为诊断指标,对比分析2005—2019年七大城市群OMI观测对流层HCHO、NO₂及边界层SO₂柱浓度的年、季、月变化。研究揭示,流域内：①HCHO、NO₂及SO₂柱浓度高值区均集中在山东半岛城市群、中原城市群、晋中城市群南部和关中平原城市群东部。②HCHO柱浓度在2005—2019年呈波动上升趋势,七大城市群的月变化均呈单峰结构,且夏季高、冬季低、春季和秋季相当。③NO₂柱浓度在2005—2011年呈上升趋势,仅2008年出现短暂小幅下降。2011年执行《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）后,呼包鄂榆、宁夏沿黄和晋中城市群开始大幅下降,山东半岛（2012年有小幅下降）、中原和关中平原城市群则在2013年《大气污染防治行动计划》实施后才开始大幅下降。月变化呈开口向上抛物线形态,浓度越高单峰结构越明显,且冬季高、夏季低、春季和秋季相当。④SO₂柱浓度在2007年达到顶峰,2008年开始大幅下降,2010年后呈波动下降趋势,月变化、季变化均与NO₂相似。黄河流域上游的兰西和宁夏沿黄城市群、上中游交界处的呼包鄂榆城市群空气质量较好,中游的关中平原和晋中城市群次之,中下游交界处的中原城市群和下游山东半岛城市群则较差。     

单景卫星遥感影像目标运动信息提取技术

深入分析了高分辨率卫星遥感线阵推扫成像过程中运动目标影像的时空移变特性,充分利用卫星多线阵推扫成像传感器排布特点和卫星成像时间、姿态和轨道等辅助参数,建立了线阵推扫时空移变成像模型。提出了一种基于单景卫星影像不同波段信息的目标运动信息提取方法,并采用资源三号多光谱影像进行了飞机飞行速度信息提取试验。试验结果验证了基于单景卫星影像提取速度信息的有效性和稳定性。     

臭氧卫星遥感六十年进展

臭氧已成为中国继PM_2.5之后多地的首要污染物,臭氧污染防治是中国“十四五”及未来大气污染防治的重点。本文回顾了近60年来国内外臭氧卫星观测方面的主要进展,包括卫星探测载荷和臭氧相关的反演应用技术等,分为3个阶段总结了卫星载荷天底、临边和掩星3种探测方式的发展历程。臭氧卫星遥感反演算法和监测应用也随着载荷的发展在不断更新,本文重点介绍了臭氧柱总量和垂直廓线卫星遥感反演算法、近地面臭氧及其前体物观测、平流层臭氧入侵观测和区域传输、臭氧卫星观测数据的精度验证等方面的重要进展。对比国际臭氧卫星遥感监测,中国臭氧监测卫星发展滞后,虽然国家民用空间基础设施规划中陆续发射的高光谱观测卫星、大气环境监测卫星具有初步的臭氧监测能力,但在卫星载荷在功能、性能等方面还有不小差距,比如空间分辨率、信噪比等方面。在算法反演和监测应用方面,目前臭氧柱总量反演精度较高,还存在对流层中低层和近地面臭氧浓度反演精度不够,臭氧污染评估及成因分析不足,如近地面臭氧污染迁移转化过程、平流层臭氧侵入识别分析等问题,是下一步要重点关注的方向。     

加拿大大力拉动国内地热能需求，减少温室气体排放

随着燃料价格一路攀升,环境友好、能源高效的地源热泵使用日益受到欢迎。 加拿大地源热泵联合组织（Canada GeoExchange Coalition）与加拿大政府联手促进研发地热技术。过去几年,加拿大国内地能市场需求每年增长40％～55％,美国增长8％～12％。     

卫星遥感应急监测信息服务框架设计与应用——以四川木里森林火灾为例

构建及时、有效的卫星遥感应急监测信息服务框架,是开展自然灾害应急救援能力建设的重要内容。本文以数据统筹管理、多源数据处理、应灾信息分析及信息服务快速发布等关键技术为核心,依托高效互联机制和高速数据通道,构建了卫星遥感应急监测信息服务框架。通过在四川木里森林火灾应急遥感监测中的具体应用,实现了对灾前灾后数据的实时推送,以及灾区遥感解译图、三维地形、救援通达性及火灾变化等综合信息服务的及时发布,为四川省火灾一线救援工作提供了科学指导,为新时期国家应急能力建设提供了探索性技术途径。     

卫星编队——下一代空间光学遥感发展的方向

编队飞行是多颗卫星在共同控制律下动力学状态的耦合.利用卫星编队来实现光学稀疏孔径,是下一代空间光学遥感发展的新方向.阐述了光学稀疏孔径的概念及成像原理,讨论了空间光学遥感成像的干涉模式选择问题,并分析了菲索干涉对卫星编队的要求.     

北京1号小卫星遥感器性能在轨测试

北京1号小卫星是中国第一颗实用型对地观测微小卫星,也是"国际灾难监测星座(DMC)"的第五颗星,该卫星于2005年10月27日在俄罗斯发射成功,设计寿命5年.在北京1号小卫星发射成功后,中英双方开始对卫星进行在轨测控和调试.在分析光学遥感器成像模型基础上,参考国际典型卫星在轨测试内容和北京1号卫星的特点,提出了北京1号小卫星在轨测试的内容、指标体系和技术方法,全面评价了北京1号小卫星的辐射性能、几何性能、光谱性能和图像综合质量,评价结果表明北京1号小卫星具有良好的性能.