“南方正在遭受暴雨的侵襲，而北方一些地區(qū)卻干旱肆虐，這是何原因，我們?cè)撊绾稳フJ(rèn)識(shí)?”

　　“灰霾問題困擾人們幾年了，其來源是什么，究竟有哪些污染排放物，這些污染物的時(shí)空分布特征變化又是如何?”

　　盡管地球已經(jīng)有46億年了，但是往往以“當(dāng)局者”身份存在的人類對(duì)這個(gè)天然家園的認(rèn)識(shí)還十分有限。在前不久舉行的第36屆國際地球科學(xué)與遙感大會(huì)上，中外科學(xué)家提出了一系列既讓人熟悉又感到陌生的問題，其中有的問題至今還沒有答案。

　　50多年前漸漸興起的“遙感”技術(shù)——一種非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)，給人類成為地球的“旁觀者”提供了新的可能。因這項(xiàng)技術(shù)而衍生的“遙感”衛(wèi)星，則為上述問題的解決提供了一種“看得見”的方案。

　　同樣是在這個(gè)遙感領(lǐng)域最高規(guī)格、最大規(guī)模、最具影響力的學(xué)術(shù)會(huì)議上，與會(huì)科學(xué)家透露出該領(lǐng)域目前最前沿的研制方向以及具體計(jì)劃，中國也不例外。國家航天局副局長吳艷華透露，未來10年，我國將發(fā)射包括遙感、通信、導(dǎo)航衛(wèi)星在內(nèi)的近百顆衛(wèi)星，其中，遙感衛(wèi)星占比超過一半——灰霾衛(wèi)星、中法海洋衛(wèi)星、全球水循環(huán)觀測(cè)衛(wèi)星、高分三號(hào)、高分五號(hào)等。

　　這些“星”將在未來如何影響人類對(duì)于地球的認(rèn)知?記者采訪了與會(huì)專家進(jìn)行解讀。

　　中法海洋衛(wèi)星：多度觀測(cè)，解密海洋

　　何謂遙感衛(wèi)星?國家航天局原局長、中國工程院院士欒恩杰對(duì)此有過一個(gè)通俗的解釋，他用《中庸》里的“致廣大而盡精微”來描述：致廣大，指遙感衛(wèi)星登太空之“高”望“遠(yuǎn)”，看得廣大;盡精微，指憑借高空間、時(shí)間、光譜、溫度分辨率，遙感衛(wèi)星能抓住物體細(xì)小的特征，捕捉細(xì)微的變化。

　　簡單地說，遙感衛(wèi)星就相當(dāng)于一個(gè)對(duì)著地球觀測(cè)的大眼睛。在對(duì)地球進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，科學(xué)家們習(xí)慣將地球的外部圈層分為大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈。而針對(duì)不同的圈層，有越來越多的遙感衛(wèi)星“各司其職”，進(jìn)行觀測(cè)。

　　大會(huì)主席、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心主任吳季表示，中國現(xiàn)在擁有很多遙感衛(wèi)星，如氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星，它們?cè)诓粩酁榭茖W(xué)家和用戶提供地球各方面的數(shù)據(jù)。這其中，能夠直接觀測(cè)相關(guān)災(zāi)害的中法海洋衛(wèi)星“CFOSAT”格外引人注目。

　　在探索海洋的路上，使用測(cè)量船和地面觀測(cè)站是人們所熟知的方式，但海洋衛(wèi)星卻有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)教授金亞秋告訴記者，由于在“天上”飛著，海洋衛(wèi)星時(shí)刻圍著地球觀測(cè)，能夠從全球角度、多尺度地獲取遙感數(shù)據(jù)。

　　具體到中法海洋衛(wèi)星(CFOSAT)，它的身上搭載著兩位“乘客”：由中方負(fù)責(zé)的監(jiān)測(cè)海面風(fēng)場(chǎng)的微波散射計(jì)(SCAT)和法方提供的監(jiān)測(cè)海浪高度和方向譜的海波浪譜儀。這兩位“乘客”在國際衛(wèi)星遙感應(yīng)用史上都是首次“露臉”，這使得它們提供的信息和數(shù)據(jù)將是全新的，而全新的數(shù)據(jù)意味著更多未知被探索到的可能性。

　　金亞秋舉了一個(gè)例子，當(dāng)海面起風(fēng)時(shí)，微波散射計(jì)能夠立刻測(cè)量到回波、輻射量以及溫度的變化。而從這些測(cè)量值可以推算出海面風(fēng)場(chǎng)發(fā)生了什么變化，以及海風(fēng)、海浪等級(jí)是多少，方向是什么，甚至還可以推算海水鹽分的變化。

　　除了針對(duì)基本物理數(shù)據(jù)的觀測(cè)，CFOSAT衛(wèi)星還將在國際上首次開展海洋風(fēng)浪相互作用的聯(lián)合觀測(cè)。金亞秋說，這將在海洋預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和海洋科學(xué)研究等方面發(fā)揮重要作用。目前，CFOSAT衛(wèi)星初樣階段的研制工作已經(jīng)完成，將于2018年正式發(fā)射。

　　全球水循環(huán)衛(wèi)星：宏觀觀測(cè)，精確數(shù)據(jù)

　　全球水循環(huán)觀測(cè)衛(wèi)星(WCOM)計(jì)劃是另外一個(gè)備受矚目的衛(wèi)星計(jì)劃，這是國際上第一個(gè)對(duì)全球水循環(huán)關(guān)鍵要素進(jìn)行系統(tǒng)性綜合觀測(cè)的地球科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃，可從全局角度觀測(cè)整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)，得出更精確的數(shù)據(jù)，進(jìn)而推進(jìn)相關(guān)的災(zāi)害、水資源分配問題的解決。

　　大氣圈的水體通過蒸發(fā)、水汽輸送、降水等方式，將地球的圈層有機(jī)聯(lián)系起來，形成了水循環(huán)系統(tǒng)。中科院遙感與數(shù)字地球研究所研究員施建成表示，目前南方水災(zāi)泛濫，以及很多地方的干旱，都屬于水循環(huán)特征在發(fā)生區(qū)域變化所造成的現(xiàn)象。

　　但目前來看，在水循環(huán)系統(tǒng)的遙感觀測(cè)領(lǐng)域，對(duì)于以降水、洪澇為例的各要素觀測(cè)和預(yù)報(bào)的精度都不夠高——在觀測(cè)方面，只知道大的趨勢(shì)，比如撒哈拉沙漠比較干，南方降雨多一點(diǎn)。精度不高的原因，很大程度上要?dú)w結(jié)于對(duì)水循環(huán)這一大的系統(tǒng)缺乏整體的認(rèn)識(shí)。

　　根據(jù)施建成的說法，目前國際上先進(jìn)的遙感觀測(cè)衛(wèi)星，大多只關(guān)注水循環(huán)系統(tǒng)中的某一要素。比如，關(guān)注降水的衛(wèi)星，只能描述出衛(wèi)星過境時(shí)降水狀況，卻難以給出降水帶來的土壤水分儲(chǔ)存量。他說，由于各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，對(duì)一個(gè)要素參數(shù)的優(yōu)化，通常會(huì)把誤差帶到下一個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算中，這就使得整體地、同步地觀測(cè)水循環(huán)各要素的數(shù)據(jù)顯得十分重要。

　　WCOM計(jì)劃就是這種背景下提出來的。相比對(duì)各要素的觀測(cè)，這顆衛(wèi)星更關(guān)注全球變化背景下，水循環(huán)各要素的時(shí)空分布特征、變化規(guī)律以及對(duì)于全球變化的響應(yīng)和反饋。

　　在這一計(jì)劃中，WCOM衛(wèi)星身上將安裝3個(gè)傳感器，針對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的5個(gè)參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)。施建成說，這些數(shù)據(jù)之間可以互相校正，以達(dá)到精確數(shù)據(jù)的目的。比如，在特別關(guān)注土壤水分的參數(shù)時(shí)，植被的數(shù)據(jù)和土壤粗糙度的數(shù)據(jù)也會(huì)一起出現(xiàn)。在WCOM三個(gè)傳感器組合下，各觀測(cè)要素的精度將會(huì)大幅提升，并為水循環(huán)相關(guān)預(yù)報(bào)模型的改進(jìn)提供了新的機(jī)遇。如果一切順利的話，以“整體性”見長的WCOM還將走向更大的“整體”——國際“星座計(jì)劃”。

　　“地球上的科學(xué)問題，不是某一個(gè)單獨(dú)的國家可以解決的。”施建成透露，WCOM將與其他國家發(fā)射的衛(wèi)星一起形成“星座”，聯(lián)合觀測(cè)全球水循環(huán)特征，可使全球不同地區(qū)所有的水循環(huán)時(shí)空分布特征和變化得到更全面的觀測(cè)。

　　一些與此相關(guān)的生活、生產(chǎn)問題也有望得到改觀。比如，城市水源來自哪兒，每個(gè)水源能養(yǎng)活多少居民，這些數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)閃COM衛(wèi)星而顯得更加清晰。據(jù)透露，該計(jì)劃目前已進(jìn)入工程答辯階段，預(yù)計(jì)2019年到2020年發(fā)射衛(wèi)星。

　　月球?qū)Φ赜^測(cè)：唯一視角，更多可能

　　月球是地球唯一的自然衛(wèi)星，也是人類目前唯一能夠抵達(dá)的地外星球。在人造衛(wèi)星之外，利用這顆自然衛(wèi)星開展對(duì)地球的遙感觀測(cè)，有著諸多的優(yōu)勢(shì)和不可替代性。

　　中科院院士、中科院遙感與數(shù)字地球所研究員郭華東在接受記者采訪時(shí)說，把月球作為對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)，形成對(duì)地球宏觀科學(xué)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)、長周期觀測(cè)能力，可獲取星載(人造衛(wèi)星)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)難以得到的科學(xué)信息，開辟了全新的對(duì)地觀測(cè)科學(xué)與技術(shù)方向。

　　具體來說，一方面，月基對(duì)地觀測(cè)具有覆蓋范圍大、平臺(tái)壽命長、多圈層立體探測(cè)等優(yōu)勢(shì);另一方面，月球圍繞著地球運(yùn)動(dòng)，有一面總是面向地球，是難得的“大衛(wèi)星”平臺(tái)資源，是觀測(cè)宏觀科學(xué)現(xiàn)象的理想平臺(tái)。

　　此外，月球?qū)Φ赜^測(cè)有著天然的綜合性優(yōu)勢(shì)。畢竟，月球表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任何的人造衛(wèi)星，因而在月球上布設(shè)遙感器，不用考慮載荷多少、大小，重量等等，可同時(shí)置放很多不同類型的遙感器，形成主被動(dòng)、全波段同步觀測(cè)的能力，對(duì)于觀測(cè)大尺度地球科學(xué)現(xiàn)象——全球環(huán)境變化、陸海氣相互作用、板塊構(gòu)造及固體潮、三極對(duì)比研究等會(huì)有深入的認(rèn)識(shí)，并有可能觀測(cè)到先前未知的科學(xué)現(xiàn)象。

　　簡而言之，月基對(duì)地觀測(cè)的整體性、長期性、穩(wěn)定性、唯一性四大優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在郭華東看來，有望給空間對(duì)地觀測(cè)帶來一場(chǎng)革命。

　　當(dāng)然，月球?yàn)閷?duì)地觀測(cè)帶來諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也不可避免地帶來一些挑戰(zhàn)。首先，它必須建立在對(duì)月球成熟開發(fā)的基礎(chǔ)上，具備形成月球基地的條件;其次，作為地球人共同擁有的自然衛(wèi)星，國家間的共享共建是十分重要的，這也決定了未來的月基對(duì)地觀測(cè)應(yīng)該是一個(gè)具備相當(dāng)規(guī)模的國際合作科技計(jì)劃。

　　據(jù)郭華東透露，目前月基對(duì)地觀測(cè)還處在論證階段，科學(xué)家們?cè)谶M(jìn)行相關(guān)的預(yù)研究。 (來源|中國青年報(bào))

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