空間對地觀測

空間對地觀測技術作為一種新興技術，正在發揮愈來愈大的作用。空間對地觀測以地球為觀測對象，依託衛星，飛船，太空梭，低空飛機以及低空間飛行器作為遙感平台，利用可見光、紅外光、微波等電磁波譜段對地球上地物進行探測，接收反射回來的電磁波進而分析地物特性。而其相應的承載平台、探測手段、處理和套用設備等共同構成空間對地觀測系統。其按承載平台可分為天基、空基和臨近空間三大類。

基本介紹

• 中文名：空間對地觀測
• 外文名：Earth Observation from Space

背景概況

人類生活在地球的岩石圈、水圈、大氣圈和生物圈這四大圈層的相互作用之間，其活動範圍涉及天上、地下和海中。長期以來，人們期待著對自己居住的地球有一個全面深刻的了解。隨著信息技術、通信技術、航空航天遙感技術、導航定位技術的飛速發展，我們可以通過陸、海、空、天一體化的導航定位和遙測遙感等空間數據獲取手段來自動化、智慧型化和實時地回答何時、何地、何目標發生了何種變化。空間對地觀測技術正是逐漸興起的地球空間信息學的重要組成部分。

50多年前第一顆人造衛星升空，標誌著人類開創了空間對地觀測技術的新紀元。自20世紀60年代開始，人類從空問拍攝了大量地球表面的圖像。經過分析和判讀，清晰地表明了地球環境已經嚴重惡化。例如，巴西森林砍伐造成濃密煙霧籠罩大陸上空；太平洋溫度分布異常與厄爾尼諾現象相關聯；恆河上游森林過度採伐與下遊河口泥沙沉積；南極臭氧洞擴大；非洲沙漠化變遷等。這些結果不僅使人類對解決地球環境惡化的問題增強緊迫感，而且意義更為深遠的是人們對地球變化的認識深刻了，人類開始研究全球性的環境變化。

觀測系統

地球本身是一個以太陽能源為基本動力的動態的統一體。近二百年來人類的活動使地球變化的速度不斷地加快，這種加速變化對環境和生態以及人類經濟活動造成嚴重影響。為了監測到這種變化，就必須建立空間對地觀測系統。而整個空間對地觀測系統由地球觀測科學研究計畫、地球觀測平台和數據與信息處理系統等三大部分構成。

基本特徵

空間對地觀測系統的基本特徵應當是，利用能夠以相同條件來觀測整個地球的極軌平台，獲取全球的各種數據。該系統將穩定地工作10~20年。為了了解周期性或間發事件過程，時間尺度將包括一個太陽周期或幾個厄爾尼諾現象。系統將穩定地獲取地球的陸地圈、水圈、大氣圈、冰凍圈及生物圈的數據。要把地球作為一個複雜的整體來研究，強調多學科的研究，更加重視各圈之間相互關係的研究，從而深刻地認識地球的整體行為。

地球觀測科學研究計畫

地球觀測科學研究的計畫包括：

1. 空間遙感數據的利用；
2. 對即將進行的地球觀測將要獲取的數據的預演分析；
3. 將來需增加新的觀測要求；
4. 發展數學模型，有利於當前或將來對數據的分析。

地球觀測平台

地球觀測平台包括平台和觀測有效載荷兩大部分。這是地球觀測研究的核心內容。觀測平台自身涉及巨大空間計畫和財力支撐，由政府或管理部分決策。而地球觀測的觀測能力是由單個儀器和它們在軌的狀態所決定的。觀測儀器的觀測目標由以下地球環境的因素所決定：

1. 雲的性質；
2. 地球與空間兩者間的能量交換；
3. 地球表面溫度；
4. 大氣圈、風、雨、閃電等的結構、組成與動態特徵；
5. 積雪狀態；
6. 陸地與近地表水的生物活動；
7. 海洋循環；
8. 地球表層與大氣圈兩者之間的能量和氣體交換；
9. 海冰結構和移動、冰川生長、消融及移動速度；
10. 裸露土壤及岩石中礦物組成；
11. 地質斷層應力和地表高度變化；
12. 太陽輻射和高能粒子對地球的輸入。

光學遙感器

中解析度成像光譜儀

中解析度成像光譜儀（MODIS）是美國宇航局研製的大型空間遙感儀器。它在36個相互配準的光譜波段，以中等解析度水平(o．25～1km)每1～2天觀測地球表面一次，獲取陸地和海洋溫度、初級生產率、陸地表面覆蓋、雲、汽溶膠、水汽和火情等目標的圖像。

高級空間熱發射和反射輻射計

地球表面的自身熱輻射和對太陽光的發射是其主要的特徵輻射。如果在這兩個大氣視窗內，以較高的空間解析度、光譜解析度和輻射度的準確度，來獲取反射和熱輻射的定量分譜圖像數據，它們對於地質學、水文學和農業等科學的研究是非常有用的。

高級空間熱發射和反射輻射計是對地觀測平台的重要有效載荷之一，屬於高級多光譜遙感成像儀。它在可見光和熱紅外範圍內的14個光譜波段攝取地面圖像數據。

多角度成像光譜輻射計

多角度成像光譜輻射計（MISR）是在可見光和近紅外四個光譜波段，按平台飛行前後八個角度方向攝取地面具有角度反射特徵的多光譜圖像。MISR的數據可以測得有雲和無雲地區的雙向反射率，從而獲取不同類型雲在空間範圍和季節尺度上的變化對地球的太陽輻射收支的影響。測得氣溶膠總量變化，從而得知其對氣候和環境的影響。地面雙向反射率與反照率兩者關係的模型，可用於研究陸地氣候學、生物圈—大氣圈的相互作用，以及生態系統的變化。

發展趨勢

當前，空間對地觀測技術的發展趨勢可以歸納為以下幾個方面：

1. 空間對地技術的天、空、地一體化和全球化；
2. 空間對地數據獲取技術持續向多平台、多感測器、多角度等三多方向發展；
3. 空間對地數據獲取技術持續向高空間解析度、高光譜解析度和高時相解析度等三高方向發展；
4. 遙感數據夾拱和處理的自動化、智慧型化和實時化，滿足用戶快速回響和準確解譯的需求；
5. 國際高解析度衛星的商業化運作模式會成為發展趨勢；
6. 衛星數據在各部門的套用會持續發展。