碳汇监测进入天基遥感时代
  • 来源:科普时报
  • 作者:张兰兰 刘锦洋 王琬涵 记者付毅飞
  • 2022-08-14 11:03

8月4日11时08分,由中国航天科技集团五院遥感卫星总体部抓总研制的陆地生态系统碳监测卫星(以下简称“碳星”),在太原卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射,标志着我国碳汇监测进入天基遥感时代。

我国传统的碳汇测量主要依靠人工对森林植被进行抽样监测,碳星的应用将改变这一现状。森林碳汇监测需要有高精度的植被数据作为支撑。植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5含量,是计算森林碳汇能力的核心数据。碳星是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星,配置了4种载荷支持获取以上数据。

碳星利用多波束激光雷达进行植被测高,通过计算激光到树冠以及地面的时间差计算树木的高度,而卫星一次测量发射出激光的光束数量、发射频次则决定测量精度。为了最大程度提升植被测高的数据精度,研制团队通过数据反演、仿真分析、应用测试等实现1秒发射测量激光200次的能力,并对激光雷达所需的卫星环境和硬件配置进行适应性设计,克服散热等难题,最终实现测点间隔由公里级跨越至百米级,植被测高精度大幅提升。

为了准确还原森林茂密程度,研制团队为卫星设计安装了5个多光谱相机,实现对地5个角度立体观测。为避免植被阴、阳面光线影响,研制团队创新性提出月球定标方法,确保5个角度成像光谱响应一致。具备这些能力后,碳星便能绘制出“立体”植被分布图,精准覆盖观测区域的一草一木。

叶绿素是植被光合作用的关键影响因素,叶绿素荧光高精度制图也成为碳星支撑高精度碳汇监测的重要环节。但叶绿素荧光的能量非常小,仅有约0.5%至2%以荧光的形式发射出来。为了提升叶绿素光谱探测精细程度,研制团队为碳星设计配置了超光谱探测仪,创新性使用了光栅分光原理,将光谱分辨率较传统提升了10倍,实现国际首次0.3纳米精细探测,能够探测到人眼看不到的太阳光细微明暗变化。

为了去除大气对监测数据的影响,研制团队将大气校正做到了极致。碳星专门配置了偏振成像仪,支持35个角度监测大气PM2.5含量,获取大气横向PM2.5含量信息,还增配了大气激光雷达,用于获取大气纵向PM2.5含量信息,一横一纵将数据信息由二维变成了三维,确保大气校正更精准。

除了森林碳汇监测这一主业,碳星还可广泛应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域,工作模式多达47种。

为了让卫星支持更多应用,同时操控便捷,研制团队从硬件上保证各种载荷数据独立传递,从软件上让卫星“智能化”,根据设定的边界条件参数实现自主辨别海洋、陆地、光照条件,并以此自动规划最佳探测任务流程,实现自主任务规划。

在这种设计下,除了特殊或突发任务,碳星无需用户操心,就能像智能扫地机器人一样,扫哪里、怎么扫,全自动完成。

责任编辑:毛梦囡
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