《环境与生活》杂志|薛勇院士：遥感反演助力大气污染防治( 四 )
“举个例子 ， 有一个湖原来很小 ， 因为城市规划发展、变迁等因素变大了 ， 若是目视解译 ， 从卫星云图中能了解到那是一片湖 ， 而定量解译则可以看出每年变大多少 。 再如鄱阳湖、白洋淀 ， 利用遥感数据定量反演出它们的蓄水面积 ， 可为该地区抗旱或泄洪提早做预案提供依据 ， 防患于未然 。 ”薛勇院士说 。
我国高分系列卫星免费开放数据分辨率高
美国中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据是薛勇院士团队平常做气溶胶反演用得较多的数据来源 。 MODIS是美国国家航空航天局(NASA)管理的“特拉（Terra）”和“阿瓜（Aqua）”卫星上搭载的传感器 ， 全球许多国家和地区都在免费接收和使用MODIS数据 。 MODIS可对陆地、海洋、大气进行高频次观测 。 “它生产了近50种产品 ， 不过产品质量有高有低 。 ”
本文插图
图｜9月29日下午 ， 中国矿业大学能源与环境遥感大数据研究中心主任薛勇院士 ， 在其办公室向《环境与生活》采访人员讲解遥感数据反演 。刘军民 摄
20世纪80年代后 ， 我国的风云气象卫星、资源卫星、环境减灾卫星、高分卫星、碳卫星等遥感卫星成功发射 ， 使我国跻身于世界遥感科技的前列 。 “高分卫星系列是我国比较有特色的卫星 ， 目前在国内外领先 。 ”薛勇院士说 。 它们搭载了包括光学及多高光谱、SAR（特定吸收率）、中波红外等传感器 ， 实现了“高空间分辨率（高分二号全色0.8米 ， 达到亚米级）、高时间分辨率（高分四号20秒）、高光谱分辨率（高分五号330个波段）”的对地观测 。
薛勇院士团队最近根据高分一号卫星2米分辨率的数据做出了气溶胶反演产品 。 他介绍 ， “高分卫星16米分辨率的数据免费开放 ， 2米、亚米分辨率的数据例外 ， 只有承担、执行国家任务的人才可申请 。 在民用层面 ， 我国16米分辨率的卫星遥感数据已对公众开放 ， 这比美国强 ， 美国免费开放的是30米分辨率的数据 。 从民用卫星技术、发射、传感器质量来说 ， 我国与美国差不多 。 但卫星遥感数据的应用推广方面不及国外 ， 这是差异 。 ”
薛勇院士谈到 ， 我国高分系列卫星的立项始于“十三五”规划 ， 到现在发射了13颗卫星 ， 速度很快 ， 不过有些工作还不完美 ， 有的研究单位就在弥补不足 ， 比如生态环境部有项目在做“定标”工作 。 他解释了定标的含义：卫星传感器扫描地球得到图像 ， 要看看像元代表什么 ， 是河流还是山等等 ， 通过选择地面上一些长时间特性不变的、有特色的区域、点 ， 作为参考点 ， 建立相关关系 ， 然后把卫星上的数据转换成物理含义 。 “要精确处理数据 ， 必须将数据、地表特性建立关系 ， 这种关联是定标的第一步 。 定标做好了 ， 才有希望进一步做定量分析 。 ‘反演’相当于我们想知道地面上的物理参数 ， 比如地面上各个物体的温度 ， 通过卫星的热红外传感器给地球照相 ， 我们能根据卫星图像数据 ， 把地面物体的温度计算出来 。 ”
大数据计算效率和精度成为“卡脖子”问题
地球大数据、地表大气边界层能量交换遥感、高性能地学计算、大气气溶胶遥感反演是薛勇院士的主要研究方向 。 他说：“仅从字面理解 ， 这四个研究方向区别较大 ， 其实它们互相支撑和补充 ， 同属地球科学与计算机科学等的前沿交叉领域 。 ”
卫星遥感观测到的是承载地球自上而下所有信息的电磁波 ， 是采集地球信息的重要技术手段 ， 具备无国界限制、覆盖面积广、观测具有周期性、数据客观等诸多特点 。 由此产生的“遥感大数据”容量大、类型多、难辨识、维度高、尺度多 ， 需要复杂的物理模型 ， 经过辐射校正、几何校正、投影变换、镶嵌等基本处理和信息提取(分类、变化检测、目标检测等) ， 从这样一个耦合总量中解译出特定的大气和地表参数等 ， 才能进一步提供信息和服务 。 遥感大数据是地球大数据的重要组成部分 。
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