天宮一號高光譜成像儀是什么？

天宮一號高光譜成像儀是中國第一顆空間站——天宮一號搭載的一種遙感成像設(shè)備，它可以通過光學(xué)成像技術(shù)采集地球上的高光譜遙感數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家了解地球環(huán)境的變化。其特點(diǎn)是具有高靈敏度和高分辨率的測量能力，并能覆蓋從近紅外到遠(yuǎn)紅外等多個波長段。

地球環(huán)境監(jiān)測的重要性

地球環(huán)境監(jiān)測是指通過對地球環(huán)境要素的觀測、采樣、測量和分析，深入了解地球環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、過程和演變規(guī)律，以及人類活動對自然環(huán)境的影響，從而指導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和資源利用。其重要性在于地球環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，而隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動對地球環(huán)境的影響日益顯著，因此需要進(jìn)行全面、科學(xué)、系統(tǒng)的監(jiān)測和評估。

天宮一號高光譜成像儀工作原理

天宮一號高光譜成像儀通過記錄地球表面的光譜信息，采用反演算法處理后得到地表反射率和植被光譜特征數(shù)據(jù)等，進(jìn)而推測植被物種、覆蓋度、葉面積指數(shù)、植被水分含量等參數(shù)，從而揭示地球植被覆蓋、生態(tài)環(huán)境和水資源分布的變化趨勢，并對全球變化和環(huán)境演化進(jìn)行評估。

哪些因素會影響地球環(huán)境？

影響地球環(huán)境的因素有很多，包括氣候變化、自然災(zāi)害、城市化、土地利用變化、水資源短缺等。天宮一號高光譜成像儀的監(jiān)測結(jié)果顯示，氣候變化導(dǎo)致的地表溫度上升、濕度變化和極端天氣事件增加，土地利用變化導(dǎo)致的農(nóng)田和城市化用地?cái)U(kuò)張，以及自然災(zāi)害對地表的損害等都對地球環(huán)境產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。

天宮一號高光譜成像儀的數(shù)據(jù)處理和分析是如何進(jìn)行的？

天宮一號高光譜成像儀采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理、反演和應(yīng)用。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是消除氣象、地形、大氣等因素的影響，使數(shù)據(jù)質(zhì)量高且準(zhǔn)確可靠；反演算法是通過模型分析和多源遙感數(shù)據(jù)融合，對地表信息進(jìn)行解析、提取、推斷和模擬，以揭示地表環(huán)境變化的規(guī)律與趨勢；應(yīng)用方面則涉及生態(tài)環(huán)境、水文水資源利用、氣象預(yù)測、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的應(yīng)用和技術(shù)支撐價(jià)值。

天宮一號高光譜成像儀地球環(huán)境監(jiān)測成果

2011年9月29日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射天宮一號目標(biāo)飛行器，利用目標(biāo)飛行器的實(shí)驗(yàn)支持能力，載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)開展了地球環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。由上海技術(shù)物理研究所（負(fù)責(zé)承擔(dān)高光譜成像儀的短波紅外和指向反射鏡兩部分設(shè)備）和長春光機(jī)所共同研制的高光譜成像儀在實(shí)驗(yàn)中獲得大量寶貴的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于國土資源、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、油氣、礦產(chǎn)、海洋、城市熱島、大氣環(huán)境探測、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究。

　　天宮一號目標(biāo)飛行器搭載的高光譜成像儀是目前我國空間分辨率和光譜綜合指標(biāo)最高的空間光譜成像儀。與國際同類產(chǎn)品相比，在地物分類、波段范圍等多方面已接近或達(dá)到相同水平。在已經(jīng)完成的地球環(huán)境監(jiān)測一系列實(shí)驗(yàn)中，高光譜成像儀取得了以下成果：

　　1．森林防火方面

　　目前我國使用的其它衛(wèi)星對較大面積的火場非常敏感，但對燃燒初期、面積較?。ㄈ?000平方米以下）的森林火災(zāi)通常較難探測到，高光譜成像儀短波紅外探測設(shè)備為探究較小面積森林火情信息做了系列實(shí)驗(yàn)。利用覆蓋北京市某區(qū)高光譜短波紅外數(shù)據(jù)，對同步試驗(yàn)的火場在其波段的光譜反映進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：正在燃燒中的小火可在天宮一號高光譜短波紅外數(shù)據(jù)的中波范圍內(nèi)（約2.1um）檢測出來；即短波紅外數(shù)據(jù)具有探測面積小于其空間分辨率的火的能力。

注：F表示起火點(diǎn)  北京某區(qū)火場位置示意圖

　　2．油氣探測方面

　　此次實(shí)驗(yàn)采用高光譜成像儀短波紅外數(shù)據(jù)，提取粘土礦物蝕變、二價(jià)鐵離子蝕變、烴類蝕變異常等烴類微滲漏信息，最終通過綜合分析確定潛在油氣藏區(qū)域。例如，利用青海祁連山地區(qū)的光譜數(shù)據(jù)，查明該地區(qū)有較大的油氣探測能力。

青海祁連山地區(qū)鐵離子富集指數(shù)三維效果圖

　3.對地觀測

　　天宮一號高光譜成像儀是目前我國空間和光譜綜合指標(biāo)最高的空間光譜成像儀，覆蓋可見近紅外、短波紅外和熱紅外等多個譜段，達(dá)到了國際同類遙感器的先進(jìn)水平。截至2016年3月22日在軌數(shù)據(jù)服務(wù)終止，地面處理系統(tǒng)總計(jì)接收并處理了高光譜數(shù)據(jù)產(chǎn)品約22TB，包括零級有效數(shù)據(jù)5TB、一級數(shù)據(jù)3.7TB、二級數(shù)據(jù)產(chǎn)品13.2TB，為科學(xué)和應(yīng)用用戶提供各級數(shù)據(jù)產(chǎn)品超過10TB。

　　天宮一號對地觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用用戶涵蓋國家部委、科研院所、高等院校，共計(jì)42家，研究領(lǐng)域覆蓋礦產(chǎn)和油氣資源調(diào)查、海洋應(yīng)用、林業(yè)應(yīng)用、土地利用監(jiān)測、水文生態(tài)監(jiān)測、城市環(huán)境監(jiān)測等，產(chǎn)出了一大批有價(jià)值的應(yīng)用研究成果，充分發(fā)揮了天宮一號空間應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)品的綜合應(yīng)用效益。其中，首次應(yīng)用國內(nèi)航天高光譜短波紅外譜段數(shù)據(jù)開展礦物分布調(diào)查和油氣資源調(diào)查，為地質(zhì)找礦和油氣資源勘查提供支持信息；首次應(yīng)用國內(nèi)高分辨率航天熱紅外譜段數(shù)據(jù)開展地表溫度反演和沿海海溫異常監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)了街區(qū)尺度的城市熱島效應(yīng)監(jiān)測，精細(xì)刻畫了溫排水空間分布及海上目標(biāo)對海流的擾動；利用高光譜數(shù)據(jù)開展了大量土地覆蓋和森林植被精細(xì)分類研究，實(shí)現(xiàn)了森林樹種亞類的精確識別，在土地利用和生物量反演方面展現(xiàn)出極大優(yōu)勢。作為國家在應(yīng)急減災(zāi)方面重要的支持力量之一，曾參與澳大利亞火災(zāi)、浙江余姚水災(zāi)以及云南魯?shù)榈卣鸬葢?yīng)急監(jiān)測，為相關(guān)部門應(yīng)急救災(zāi)和災(zāi)后評估提供了數(shù)據(jù)支撐。

　　空間復(fù)合膠體晶體生長實(shí)驗(yàn)

　　利用天宮一號復(fù)合膠體晶體生長實(shí)驗(yàn)裝置，首次采用Kossel線觀測技術(shù)在空間開展了復(fù)合膠體晶體生長實(shí)驗(yàn)，研究單組元和雙組元膠體晶體隨溫度與電場變化的相變動力學(xué)過程，為拓展由膠體晶體制備光子晶體積淀了理論認(rèn)知和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在光子器件材料制備等方面具有應(yīng)用潛力。

　　4.空間環(huán)境探測

　　空間應(yīng)用系統(tǒng)利用帶電粒子輻射探測器、軌道大氣環(huán)境探測器以及電離層擾動探測器組成的空間環(huán)境綜合探測系統(tǒng)獲得了軌道粒子輻射環(huán)境特征，飛行器正飛、偏航等狀態(tài)下軌道高能質(zhì)子、高能電子、大氣密度、成分、飛行器質(zhì)量沉積及變化，獲得了重要探測結(jié)果。探測數(shù)據(jù)已應(yīng)用于飛船的軌道、壽命預(yù)報(bào)和飛船防護(hù)設(shè)計(jì)等。

天宮一號高光譜成像儀和其他地球觀測衛(wèi)星有什么不同？

天宮一號高光譜成像儀與其他地球觀測衛(wèi)星相比，主要在于其高光譜成像技術(shù)和多波段遙感信息獲取能力，可以更全面、深入地解讀地球環(huán)境的變化。與其他衛(wèi)星相比，如陸地觀測衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、海洋觀測衛(wèi)星等都有其應(yīng)用場景和優(yōu)點(diǎn)，因此需要衛(wèi)星間相互協(xié)作，以更好地服務(wù)于地球環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)。

未來地球環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)趨勢和挑戰(zhàn)

未來地球環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展方向主要是采用更加先進(jìn)的遙感技術(shù)和多源信息融合技術(shù)，將地表信息全面、深入地解讀，進(jìn)一步提高環(huán)境監(jiān)測的時(shí)空分辨率和準(zhǔn)確度，并廣泛應(yīng)用于氣候變化預(yù)測、自然資源評估、環(huán)境污染控制和生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域。同時(shí)，未來還需要面臨數(shù)字化和信息化的挑戰(zhàn)，提高數(shù)據(jù)的共享和研究利用效率，并加強(qiáng)國際合作、推進(jìn)全球環(huán)境治理。

天宮一號高光譜成像儀的未來發(fā)展前景

天宮一號高光譜成像儀的未來發(fā)展前景在于進(jìn)一步提高其遙感檢測能力和數(shù)據(jù)融合能力，完善數(shù)據(jù)預(yù)處理和后處理流程，推廣其應(yīng)用案例，發(fā)揮其在全球變化、自然資源研究等方面的作用。未來還需要加強(qiáng)國際合作，共同解決全球環(huán)境問題，推進(jìn)全球環(huán)境治理體系的建設(shè)，創(chuàng)造和平、穩(wěn)定、繁榮的未來。