“句芒號”升空我國碳匯監測進入天基遙感時代 _經驗知識

【“句芒號”升空我國碳匯監測進入天基遙感時代】人民網北精8月4日電（采訪人員趙竹青）8月4日11時08分，我國在太原衛星發射中心采用長征四號乙運載火箭，成功發射首顆陸地生態系統碳監測衛星“句（gōu）芒號” 。
陸地生態系統碳監測衛星是世界首顆森林碳匯主被動聯合觀測的遙感衛星，能夠實現對森林植被生物量、氣溶膠分布、葉綠素熒光的高精度定量遙感測量。
據該衛星抓總研制單位航天科技集團五院遙感衛星總體部有關專家介紹，我國傳統的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進行抽樣監測，“句芒號”的應用將改變這一現狀，標志著我國碳匯監測進入天基遙感時代。
“跨界”應用，天基碳匯監測方案橫空出世
據介紹，森林碳匯監測需要有高精度的植被數據作為支撐，為了達到這一要求，研制團隊大膽“跨界”，創新性地將天基測繪“激光雷達+光學相機”為代表的主被動聯合觀測手段應用到森林監測中。
獲取高精度的植被高度和面積信息是森林碳匯監測的關鍵，對應到衛星設計上，即對激光雷達和多光譜相機提出了高要求。
為了讓衛星一步到位具備高精度森林碳匯監測能力，衛星研制團隊基于現有技術基礎，從性能提升、配置方式、總體設計上作出創新突破，以“激光雷達波束翻倍、重頻提升逾30倍，配置5個多光譜相機進行5角度綜合觀測”的方案，較終滿足了森林碳匯監測的需求。
這種主被動聯合觀測模式，不僅充分發揮了激光雷達和多光譜相機的優勢，同時還能利用激光校準多光譜相機精度，堪稱是天基森林碳匯監測的絕佳方案。
創新攻關，練就碳匯監測“多面手”
植被高度、植被面積、葉綠素熒光和大氣PM2.5含量是計算森林碳匯能力的核心數據。
作為森林碳匯監測的“專業星”，該星配置了多波束激光雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支持獲取以上數據，其先進的技術還能確保數據“準、全、細、精” 。
植被測高結果“準” 。陸地生態系統碳監測衛星利用多波束激光雷達進行植被測高其實是一個抽樣測量的過程，通過計算激光到樹冠以及地面的時間差計算樹木的高度，而衛星一次測量發射出激光的光束數量、發射頻次則決定測量精度。為較大程度提升植被測高的數據精度，研制團隊通過數據反演、仿真分析、應用測試等實現1秒發射測量激光200次的能力，并對激光雷達所需的衛星環境和硬件配置進行適應性設計，克服散熱等難題，較終實現測點間隔由公里級跨越至百米級，植被測高精度大幅提升。
獲取植被面積“全” 。為了準確還原森林茂密程度，研制團隊大膽創新、巧思破解，為衛星設計安裝了5個多光譜相機，實現對地5角度立體觀測。同時，為了避免植被陰、陽面光線影響，研制團隊創新性提出月球定標方法，確保5角度成像光譜響應一致。實現這些能力后，5角度多光譜相機即能幫助衛星繪制一幅“立體”植被分布圖，精準覆蓋觀測區域的一草一木。
葉綠素熒光探測“細” 。葉綠素是植被光合作用的關鍵影響因素，葉綠素熒光高精度制圖便是“句芒號”支撐高精度碳匯監測的重要環節。但葉綠素熒光的能量非常小，僅有約0.5%~2%以熒光的形式發射出來，為提升葉綠素光譜探測精細程度，科研人員為該星設計配置了超光譜探測儀，創新性使用了光柵分光原理，將光譜分辨率較傳統提升了10倍，實現國際首次0.3nm精細探測，能夠探測到人眼所看不到的太陽光細微的明暗變化。
大氣校正數據“精” 。為了去除大氣對監測數據的影響，研制團隊將大氣校正做到了極致。首先，研制團隊為其專門配置了偏振成像儀，支持35個角度監測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信息。秉承精益求精的精神，研制團隊還增配了大氣激光雷達，用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱就將數據結果由二維變成了三維立體信息，確保大氣校正更精準。