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天宫一号高光谱成像仪地球环境监测成果

来源:赛斯拜克 发表时间:2023-06-05 浏览量:627 作者:awei

高光谱成像仪是天宫一号搭载的有效载荷之一。在轨运行期间,多个应用单位利用它的“火眼金睛”开展了地质调查、矿产和油气资源勘查、森林监测、水文生态监测、环境污染监测分析等,取得了丰硕的成果。

天宫一号高光谱成像仪地球环境监测

天宫一号高光谱成像仪是什么?

天宫一号高光谱成像仪是中国第一颗空间站——天宫一号搭载的一种遥感成像设备,它可以通过光学成像技术采集地球上的高光谱遥感数据,帮助科学家了解地球环境的变化。其特点是具有高灵敏度和高分辨率的测量能力,并能覆盖从近红外到远红外等多个波长段。

地球环境监测的重要性

地球环境监测是指通过对地球环境要素的观测、采样、测量和分析,深入了解地球环境系统的结构、功能、过程和演变规律,以及人类活动对自然环境的影响,从而指导环境保护和资源利用。其重要性在于地球环境是人类生存和发展的基础,而随着人口增长和经济发展,人类活动对地球环境的影响日益显著,因此需要进行全面、科学、系统的监测和评估。

天宫一号高光谱成像仪工作原理

天宫一号高光谱成像仪通过记录地球表面的光谱信息,采用反演算法处理后得到地表反射率和植被光谱特征数据等,进而推测植被物种、覆盖度、叶面积指数、植被水分含量等参数,从而揭示地球植被覆盖、生态环境和水资源分布的变化趋势,并对全球变化和环境演化进行评估。

哪些因素会影响地球环境?

影响地球环境的因素有很多,包括气候变化、自然灾害、城市化、土地利用变化、水资源短缺等。天宫一号高光谱成像仪的监测结果显示,气候变化导致的地表温度上升、湿度变化和极端天气事件增加,土地利用变化导致的农田和城市化用地扩张,以及自然灾害对地表的损害等都对地球环境产生着深远的影响。


天宫一号高光谱成像仪的数据处理和分析是如何进行的?

天宫一号高光谱成像仪采集的数据需要进行预处理、反演和应用。数据预处理主要是消除气象、地形、大气等因素的影响,使数据质量高且准确可靠;反演算法是通过模型分析和多源遥感数据融合,对地表信息进行解析、提取、推断和模拟,以揭示地表环境变化的规律与趋势;应用方面则涉及生态环境、水文水资源利用、气象预测、灾害监测等领域,具有很强的应用和技术支撑价值。


天宫一号高光谱成像仪地球环境监测成果

2011年9月29日,我国在酒泉卫星发射中心成功发射天宫一号目标飞行器,利用目标飞行器的实验支持能力,载人航天工程空间应用系统开展了地球环境监测实验。由上海技术物理研究所(负责承担高光谱成像仪的短波红外和指向反射镜两部分设备)和长春光机所共同研制的高光谱成像仪在实验中获得大量宝贵的数据,这些数据广泛应用于国土资源、林业、农业、油气、矿产、海洋、城市热岛、大气环境探测、材料科学等领域的研究。

  天宫一号目标飞行器搭载的高光谱成像仪是目前我国空间分辨率和光谱综合指标最高的空间光谱成像仪。与国际同类产品相比,在地物分类、波段范围等多方面已接近或达到相同水平。在已经完成的地球环境监测一系列实验中,高光谱成像仪取得了以下成果:

  1.森林防火方面

  目前我国使用的其它卫星对较大面积的火场非常敏感,但对燃烧初期、面积较小(如6000平方米以下)的森林火灾通常较难探测到,高光谱成像仪短波红外探测设备为探究较小面积森林火情信息做了系列实验。利用覆盖北京市某区高光谱短波红外数据,对同步试验的火场在其波段的光谱反映进行分析。分析结果表明:正在燃烧中的小火可在天宫一号高光谱短波红外数据的中波范围内(约2.1um)检测出来;即短波红外数据具有探测面积小于其空间分辨率的火的能力。

注:F表示起火点  北京某区火场位置示意图

  2.油气探测方面

  此次实验采用高光谱成像仪短波红外数据,提取粘土矿物蚀变、二价铁离子蚀变、烃类蚀变异常等烃类微渗漏信息,最终通过综合分析确定潜在油气藏区域。例如,利用青海祁连山地区的光谱数据,查明该地区有较大的油气探测能力。

青海祁连山地区铁离子富集指数三维效果图


 3.对地观测

  天宫一号高光谱成像仪是目前我国空间和光谱综合指标最高的空间光谱成像仪,覆盖可见近红外、短波红外和热红外等多个谱段,达到了国际同类遥感器的先进水平。截至2016年3月22日在轨数据服务终止,地面处理系统总计接收并处理了高光谱数据产品约22TB,包括零级有效数据5TB、一级数据3.7TB、二级数据产品13.2TB,为科学和应用用户提供各级数据产品超过10TB。

  

  天宫一号对地观测数据的应用用户涵盖国家部委、科研院所、高等院校,共计42家,研究领域覆盖矿产和油气资源调查、海洋应用、林业应用、土地利用监测、水文生态监测、城市环境监测等,产出了一大批有价值的应用研究成果,充分发挥了天宫一号空间应用数据产品的综合应用效益。其中,首次应用国内航天高光谱短波红外谱段数据开展矿物分布调查和油气资源调查,为地质找矿和油气资源勘查提供支持信息;首次应用国内高分辨率航天热红外谱段数据开展地表温度反演和沿海海温异常监测,实现了街区尺度的城市热岛效应监测,精细刻画了温排水空间分布及海上目标对海流的扰动;利用高光谱数据开展了大量土地覆盖和森林植被精细分类研究,实现了森林树种亚类的精确识别,在土地利用和生物量反演方面展现出极大优势。作为国家在应急减灾方面重要的支持力量之一,曾参与澳大利亚火灾、浙江余姚水灾以及云南鲁甸地震等应急监测,为相关部门应急救灾和灾后评估提供了数据支撑。

  

  

  

  

  空间复合胶体晶体生长实验

  

  利用天宫一号复合胶体晶体生长实验装置,首次采用Kossel线观测技术在空间开展了复合胶体晶体生长实验,研究单组元和双组元胶体晶体随温度与电场变化的相变动力学过程,为拓展由胶体晶体制备光子晶体积淀了理论认知和技术经验,在光子器件材料制备等方面具有应用潜力。

  

  4.空间环境探测

  空间应用系统利用带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器以及电离层扰动探测器组成的空间环境综合探测系统获得了轨道粒子辐射环境特征,飞行器正飞、偏航等状态下轨道高能质子、高能电子、大气密度、成分、飞行器质量沉积及变化,获得了重要探测结果。探测数据已应用于飞船的轨道、寿命预报和飞船防护设计等。

  



天宫一号高光谱成像仪和其他地球观测卫星有什么不同?

天宫一号高光谱成像仪与其他地球观测卫星相比,主要在于其高光谱成像技术和多波段遥感信息获取能力,可以更全面、深入地解读地球环境的变化。与其他卫星相比,如陆地观测卫星、气象卫星、海洋观测卫星等都有其应用场景和优点,因此需要卫星间相互协作,以更好地服务于地球环境监测和保护。


未来地球环境监测的技术趋势和挑战

未来地球环境监测的发展方向主要是采用更加先进的遥感技术和多源信息融合技术,将地表信息全面、深入地解读,进一步提高环境监测的时空分辨率和准确度,并广泛应用于气候变化预测、自然资源评估、环境污染控制和生态保护等领域。同时,未来还需要面临数字化和信息化的挑战,提高数据的共享和研究利用效率,并加强国际合作、推进全球环境治理。


天宫一号高光谱成像仪的未来发展前景

天宫一号高光谱成像仪的未来发展前景在于进一步提高其遥感检测能力和数据融合能力,完善数据预处理和后处理流程,推广其应用案例,发挥其在全球变化、自然资源研究等方面的作用。未来还需要加强国际合作,共同解决全球环境问题,推进全球环境治理体系的建设,创造和平、稳定、繁荣的未来。

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