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備，它可以通過光學成像技術采集地球上的高光譜遙感數(shù)據(jù)，幫助科學家了解地球環(huán)境的變化。其特點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)的結構、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，從而指導環(huán)境保護和資源利用。其重要性在于地球環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基礎，而隨著人口增長和經(jīng)濟發(fā)展，人類活動對地球環(huán)境的影響日益顯著，因此需要進行全面、科學、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)測結果顯示，氣候變化導致的地表溫度上升、濕度變化和極端天氣事件增加，土地利用變化導致的農(nóng)田和城市化用地擴張，以及自然災害對地表的損害等都對地球環(huán)境產(chǎn)生著深遠的影響。

天宮一號高光譜成像儀的數(shù)據(jù)處理和分析是如何進行的？

天宮一號高光譜成像儀采集的數(shù)據(jù)需要進行預處理、反演和應用。數(shù)據(jù)預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；應用方面則涉及生態(tài)環(huán)境、水文水資源利用、氣象預測、災害監(jiān)測等領域，具有很強的應用和技術支撐價值。

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)射天宮一號目標飛行器，利用目標飛行器的實驗支持能力，載人航天工程空間應用系統(tǒng)開展了地球環(huán)境監(jiān)測實驗。由上海技術物理研究所（負責承擔高光譜成像儀的短波紅外和指向反射鏡兩部分設備）和長春光機所共同研制的高光譜成像儀在實驗中獲得大量寶貴的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)廣泛應用于國土資源、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、材料科學等領域的研究。

　　天宮一號目標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到相同水平。在已經(jīng)完成的地球環(huán)境監(jiān)測一系列實驗中，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）的森林火災通常較難探測到，高光譜成像儀短波紅外探測設備為探究較小面積森林火情信息做了系列實驗。利用覆蓋北京市某區(qū)高光譜短波紅外數(shù)據(jù)，對同步試驗的火場在其波段的光譜反映進行分析。分析結果表明：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  北京某區(qū)火場位置示意圖

　　2．油氣探測方面

　　此次實驗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，達到了國際同類遙感器的先進水平。截至2016年3月22日在軌數(shù)據(jù)服務終止，地面處理系統(tǒng)總計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，為科學和應用用戶提供各級數(shù)據(jù)產(chǎn)品超過10TB。

　　天宮一號對地觀測數(shù)據(jù)的應用用戶涵蓋國家部委、科研院所、高等院校，共計42家，研究領域覆蓋礦產(chǎn)和油氣資源調(diào)查、海洋應用、林業(yè)應用、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)出了一大批有價值的應用研究成果，充分發(fā)揮了天宮一號空間應用數(shù)據(jù)產(chǎn)品的綜合應用效益。其中，首次應用國內(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,實現(xiàn)了街區(qū)尺度的城市熱島效應監(jiān)測，精細刻畫了溫排水空間分布及海上目標對海流的擾動；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分類研究，實現(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。作為國家在應急減災方面重要的支持力量之一，曾參與澳大利亞火災、浙江余姚水災以及云南魯?shù)榈卣鸬葢北O(jiān)測，為相關部門應急救災和災后評估提供了數(shù)據(jù)支撐。

　　空間復合膠體晶體生長實驗

　　利用天宮一號復合膠體晶體生長實驗裝置，首次采用Kossel線觀測技術在空間開展了復合膠體晶體生長實驗，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過程，為拓展由膠體晶體制備光子晶體積淀了理論認知和技術經(jīng)驗，在光子器件材料制備等方面具有應用潛力。

　　4.空間環(huán)境探測

　　空間應用系統(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，獲得了重要探測結果。探測數(shù)據(jù)已應用于飛船的軌道、壽命預報和飛船防護設計等。

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)星等都有其應用場景和優(yōu)點，因此需要衛(wèi)星間相互協(xié)作，以更好地服務于地球環(huán)境監(jiān)測和保護。

未來地球環(huán)境監(jiān)測的技術趨勢和挑戰(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的遙感技術和多源信息融合技術，將地表信息全面、深入地解讀，進一步提高環(huán)境監(jiān)測的時空分辨率和準確度，并廣泛應用于氣候變化預測、自然資源評估、環(huán)境污染控制和生態(tài)保護等領域。同時，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，并加強國際合作、推進全球環(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)預處理和后處理流程，推廣其應用案例，發(fā)揮其在全球變化、自然資源研究等方面的作用。未來還需要加強國際合作，共同解決全球環(huán)境問題，推進全球環(huán)境治理體系的建設，創(chuàng)造和平、穩(wěn)定、繁榮的未來。