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　　近年來，南北兩極因在經(jīng)濟(jì)、科研、環(huán)保、航運(yùn)等方面的價(jià)值，備受國際關(guān)注。隨著國家空間基礎(chǔ)設(shè)施逐步建成，我國的土壤鉆機(jī)極地探測(cè)能力不斷提升，獲取資料日益豐富，但在極地觀測(cè)頻次、有效數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)潛力挖掘、產(chǎn)品加工與信息提取、系統(tǒng)應(yīng)用研究能力提升與應(yīng)用深度等方面仍有較大提升空間。

　　近日，記者采訪了國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心副主任劉建強(qiáng)、中山大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長程曉，全面梳理全球極地衛(wèi)星遙感觀測(cè)的現(xiàn)狀，分析我國衛(wèi)星極地觀測(cè)的短板等，并就我國衛(wèi)星極地觀測(cè)能力建設(shè)提出了建議。

　　冰雪極地有“天眼”

　　2022年4月7日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射一顆1米C-SAR業(yè)務(wù)衛(wèi)星。該星是我國第二顆C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)業(yè)務(wù)衛(wèi)星，可與已在軌運(yùn)行的首顆1米CSAR業(yè)務(wù)衛(wèi)星及高分三號(hào)科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)三星組網(wǎng)運(yùn)行。我國首個(gè)海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)雷達(dá)衛(wèi)星星座正式建成。

　　3顆衛(wèi)星完成組網(wǎng)后，與單顆衛(wèi)星相比，平均重訪時(shí)間由15小時(shí)提高至5小時(shí)，可為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與海上目標(biāo)監(jiān)視、自然災(zāi)害與安全生產(chǎn)事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)等多要素觀測(cè)，提供穩(wěn)定、高時(shí)效、滿足業(yè)務(wù)化應(yīng)用的定量遙感數(shù)據(jù)，大大提升了對(duì)海洋的探測(cè)能力。

　　目前，我國在軌自然資源遙感衛(wèi)星有20多顆，其中既有高分辨率光學(xué)衛(wèi)星，又有全天候的微波衛(wèi)星，均可對(duì)極地進(jìn)行觀測(cè)，可獲取海冰、地貌信息及海洋動(dòng)力環(huán)境信息。但與歐美國家相比，我國衛(wèi)星的極地觀測(cè)能力仍有較大差距。

　　自20世紀(jì)60年代起，美國與部分歐洲國家開始發(fā)射極軌衛(wèi)星，并在南北極建設(shè)地面接收站，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和時(shí)效性。例如，美國冰雪數(shù)據(jù)中心可以提供40余年的南北極海冰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是全球氣候變化研究和極地預(yù)報(bào)等的主要數(shù)據(jù)源。

　　根據(jù)國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心掌握的資料顯示，目前，歐洲航天局哥白尼計(jì)劃運(yùn)營有哨兵（Sentinel）1~6多個(gè)衛(wèi)星星座。美國國家航空航天局主導(dǎo)的EOS地球觀測(cè)計(jì)劃目前運(yùn)行29套極地觀測(cè)任務(wù)，其中使用廣泛的有陸地衛(wèi)星（Landsat）系列、Terra與Aqua衛(wèi)星系列、Jason衛(wèi)星、ICESat衛(wèi)星系列。這些衛(wèi)星均對(duì)極地有較強(qiáng)的觀測(cè)能力。

　　除了上述星座，歐美各國的氣象衛(wèi)星對(duì)于極地也有較好的覆蓋能力，并為極地觀測(cè)提供支撐。例如，氣象衛(wèi)星搭載的散射計(jì)能夠?qū)O地進(jìn)行每日約兩次觀測(cè)，能有效地反演極地海洋表面風(fēng)場(chǎng)、海冰范圍等信息。

　　我國衛(wèi)星探極路漫漫

　　“衛(wèi)星開展極地觀測(cè)主要受衛(wèi)星運(yùn)行軌道、載荷和地面接收站三大因素影響?！背虝越榻B，目前，我國衛(wèi)星極地觀測(cè)工作主要包括基于國外衛(wèi)星和部分自主衛(wèi)星開展的航線保障服務(wù)和業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)，以及針對(duì)科研課題目標(biāo)開展的部分要素反演算法和應(yīng)用方法研究。從衛(wèi)星運(yùn)行和實(shí)際應(yīng)用來看，除了衛(wèi)星自身能力的差距外，我國衛(wèi)星極地觀測(cè)工作還存在一些短板。

　　“我國高分辨率衛(wèi)星對(duì)極地觀測(cè)的計(jì)劃安排很少?！背虝愿嬖V記者，我國中高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)除海洋一號(hào)C/D衛(wèi)星海岸帶成像儀（空間分辨率50米）有相對(duì)固定的計(jì)劃探測(cè)南北極外，其他如高分衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星等光學(xué)衛(wèi)星幾乎不安排極地拍攝任務(wù)，僅在有需求時(shí)申請(qǐng)有限拍攝。相比歐洲航天局Sentinel等合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星的每軌工作時(shí)長，我國高分三號(hào)衛(wèi)星在極區(qū)的理論可拍攝時(shí)間短。此外，我國其他類型衛(wèi)星對(duì)極地觀測(cè)的支撐亦有限，商業(yè)衛(wèi)星“北京二號(hào)”對(duì)極地有很好的探測(cè)效果，但幅寬有限；北京師范大學(xué)“京師一號(hào)”極地觀測(cè)小衛(wèi)星做了積極有益探索，但其性能離業(yè)務(wù)化要求還有距離。

　　劉建強(qiáng)指出，我國極區(qū)衛(wèi)星地面土壤鉆機(jī)接收能力缺乏。盡管我國在國內(nèi)、北極、南極和極地科考船上均建有衛(wèi)星地面接收站或衛(wèi)星接收系統(tǒng)，但卻存在時(shí)效性差、設(shè)備老化等問題。

　　例如，在國內(nèi)，我國在北京密云、新疆喀什、海南三亞、云南昆明等建立多個(gè)地面衛(wèi)星接收站接收陸地衛(wèi)星、高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時(shí)在北京昌平、海南陵水和黑龍江省牡丹江市建立了海洋衛(wèi)星地面接收站，用于接收我國海洋衛(wèi)星、高分衛(wèi)星及中分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)。這些國內(nèi)地面接收站，具有覆蓋我國全部領(lǐng)土和亞洲70%陸地區(qū)域、中國海岸帶區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收能力，同時(shí)接收星上存儲(chǔ)的在極區(qū)探測(cè)的境外數(shù)據(jù)。但星上存儲(chǔ)的境外數(shù)據(jù)，只有在衛(wèi)星過境國內(nèi)時(shí)，才能把數(shù)據(jù)傳給國內(nèi)地面接收站，因此，獲得的數(shù)據(jù)在時(shí)效上要晚幾小時(shí)或一天，甚至更長。

　　在北極，我國與法國合作，利用瑞典基律納、加拿大伊努維克的接收站可實(shí)時(shí)接收中法海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)，之后傳遞到法國再傳回到國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，全球每軌數(shù)據(jù)獲取時(shí)效縮短在3小時(shí)以內(nèi)。但與他國合作的地面接收站不能自主控制，大部分極地?cái)?shù)據(jù)仍然要靠星上記錄回放，時(shí)效慢。

　　缺乏通用的業(yè)務(wù)化處理平臺(tái)。我國各衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用單位自行開發(fā)的極地?cái)?shù)據(jù)處理軟件僅在相關(guān)項(xiàng)目與課題組內(nèi)運(yùn)行，其魯棒性、開放性、持續(xù)性、擴(kuò)展性與業(yè)務(wù)化處理能力相對(duì)較弱。此外，市場(chǎng)上針對(duì)極地研發(fā)的商業(yè)軟件功能也很稀少。

　　極地多要素信息提取算法還停留在研究階段。我國衛(wèi)星開展極地觀測(cè)在產(chǎn)品種類數(shù)量與精度驗(yàn)證、時(shí)空大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫管理、多手段信息集成、多源遙感數(shù)據(jù)融合與多平臺(tái)數(shù)據(jù)種類的集成應(yīng)用等方面大有潛力可挖，急需更多高校和科研院所參與。

　　多措提升衛(wèi)星極地觀測(cè)能力

　　結(jié)合我國衛(wèi)星的實(shí)際和國際經(jīng)驗(yàn)，劉建強(qiáng)建議從以下幾個(gè)方面增強(qiáng)衛(wèi)星極地觀測(cè)能力。

　　一是深度挖掘現(xiàn)有衛(wèi)星極地觀測(cè)潛力。我國應(yīng)明確在軌遙感衛(wèi)星在極區(qū)探測(cè)計(jì)劃中的責(zé)任主體，基于現(xiàn)有的自主海洋衛(wèi)星、高分衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星，深度挖掘極地觀測(cè)潛力，進(jìn)一步完善極區(qū)探測(cè)任務(wù)安排；充分利用國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理與信息提取方法，針對(duì)國內(nèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，建立國產(chǎn)衛(wèi)星極地遙感產(chǎn)品技術(shù)規(guī)程，形成極區(qū)多要素觀測(cè)業(yè)務(wù)化產(chǎn)品；充分利用國內(nèi)外商業(yè)衛(wèi)星資源，形成業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)獲取能力，提高衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)效，大力提升應(yīng)急處置突發(fā)事件能力，提高衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取效率與服務(wù)效能。

　　二是增補(bǔ)多時(shí)空分辨率的衛(wèi)星傳感器。完善國家空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，優(yōu)化提升極地觀測(cè)能力，針對(duì)極地觀測(cè)需求，增補(bǔ)多時(shí)空分辨率的衛(wèi)星傳感器類型（光學(xué)、微波、激光測(cè)高等），實(shí)現(xiàn)極地高時(shí)空分辨率自主衛(wèi)星與商業(yè)衛(wèi)星協(xié)同互補(bǔ)觀測(cè)。

　　三是加快推進(jìn)南極地區(qū)衛(wèi)星地面站建設(shè)。盡快落實(shí)我國南極中山站衛(wèi)星地面接收站與數(shù)據(jù)回傳通信系統(tǒng)建設(shè)，適時(shí)推進(jìn)我國南極長城站、維多利亞新站區(qū)的衛(wèi)星接收站建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全南極的實(shí)時(shí)覆蓋；與南美、北極區(qū)域的國家開展合作，建設(shè)自主可控的地面接收站，逐步完善地面站網(wǎng)系統(tǒng)，以及地面處理和分發(fā)系統(tǒng)，提升我國自主衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收能力和數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性；加強(qiáng)極地遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的管理能力，優(yōu)化數(shù)據(jù)獲取、分發(fā)、應(yīng)用流程。

　　四是推進(jìn)多源遙感數(shù)據(jù)融合與多平臺(tái)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用。加強(qiáng)商業(yè)化與業(yè)務(wù)化處理平臺(tái)研發(fā)，推進(jìn)極地多要素信息提取與算法工程化實(shí)施，加大力度增加極地遙感產(chǎn)品種類數(shù)量，加強(qiáng)產(chǎn)品精度現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與驗(yàn)證，開展極地時(shí)空大數(shù)據(jù)分析，建立極地遙感綜合數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)外多源遙感數(shù)據(jù)融合與多平臺(tái)數(shù)據(jù)種類的集成及應(yīng)用。

　　“極地遙感觀測(cè)具有學(xué)科交叉性、前沿性的特點(diǎn)，既涉及極地相關(guān)的海洋、冰川、生態(tài)、地質(zhì)等多個(gè)領(lǐng)域，又和土壤鉆機(jī)遙感衛(wèi)星平臺(tái)、傳感器、軌道等的設(shè)計(jì)息息相關(guān)，需要注重多學(xué)科交叉和研究人員的多樣性配比，加強(qiáng)與科研院所和高校的深度合作，打造一支高素質(zhì)的極地遙感人才隊(duì)伍。”劉建強(qiáng)說。