8月4日,世界首颗森林碳汇主被动联合观测遥感卫星——陆地生态系统碳监测卫星在太原卫星发射中心成功发射。网友们赋予它的“句芒”这一名字,代表着中国古代神话中的木神与春神,让卫星增添了一抹独属炎黄子孙的浪漫。
(资料图片)
▲ 长四乙火箭升空(邓雨楠 摄)
2012年,党的十八大首次提出建设美丽中国的概念,强调把生态文明建设放在突出地位,中国航天科技集团有限公司五院开始思考一个问题:卫星遥感服务能发挥什么作用?他们大胆提出一个设想:研制一颗观测绿水青山的卫星。
当时,国际上还没有专门针对植被进行探测的卫星,对于卫星研制团队来说,他们面临的是一个全新的挑战。为了精准了解林业遥感需求,他们四处求学,研究林业知识。卫星总设计师曹海翊给出了肯定的回答:“我们可以用天基遥感的手段解决这个问题。”
卫星正式批复立项是5年前,从一纸规划开始进入研制阶段,卫星研制团队先后攻克了热控、载荷控制、数据传输等技术难关。
▲ 陆地生态系统碳监测卫星工作示意图
摸清森林资源 对碳收支账户做到心中有数
实现“碳中和”,就如同大自然的一场“碳源”与“碳汇”的数字运算,最终期待实现“收支相抵”。要对碳收支的账户做到心中有数,首先就要对森林资源一探究竟。
获取高精度的植被高度和面积信息是关键。对应到卫星设计上,其搭载的多角度多光谱相机和激光雷达,可以通过获得森林的地面图像和高度信息,较好地测量出植被的蓄积量和生物量,反映生态系统碳储量。
卫星副总设计师张新伟介绍,一般的遥感应用通常采取垂直对地观测的方式,但如果能够增加观测角度,就可以获得同一地表物体的不同反射率信息,从而提高森林结构参数的识别精度和反演准确度。这颗陆地生态系统碳监测卫星搭载的多角度多光谱相机就可以从5个方向获取同一地面景物的多光谱图像数据,获得更为详细可靠的地表三维空间结构信息。
“原来一台相机从头顶经过,垂直观测,只能看到人的头顶。现在拍摄角度多了,不仅能看到头顶,还能看到面部、后脑勺、前胸后背等多方面、多维度的信息。”五院508所多角度多光谱相机主任设计师贾福娟打了个比方。
▲ 卫星多光谱相机5角度对地观测示意图基础参考的信息量增加了,这样不仅能看清楚森林冠顶,还能看清它的侧面,可以轻而易举得到植被的疏密分布、种类、健康、长势甚至病虫害情况。
为了更全面地测出植被的蓄积量,卫星研制团队还需要对森林的垂直结构进行探测。由于光学遥感对森林的垂直结构进行探测具有一定局限性,于是激光雷达主动探测技术出现了。
五院508所多波束激光雷达主任设计师孙立对其原理进行了解释:当激光从雷达照射到森林时,光束首先到达树顶,一部分激光被树冠反射回去,另一部分激光则沿着缝隙穿透向下,再被树木中间的树叶、枝干反射回去,最后一部分激光到达地面,被地面反射。这样就可以得到树冠、中部、地面的回波。根据回波的时间差计算树高,根据能量比值判断树种,甚至可以知道树木长势如何。
▲ 卫星激光雷达测量高示意图
卫星观测过程中也会受到大气悬浮粒子的干扰,而多角度偏振成像仪和大气激光雷达可以有效解决这一问题。它们可以测量云、大气颗粒物等辅助信息,为卫星精确监测森林碳储量剔除干扰因素,确保大气校正更精准,实现森林植被生物量的高精度定量遥感测量。
▲ 卫星大气PM2.5监测示意图
追捕叶绿素荧光 在浩瀚书海里寻找一纸密文
森林对于固碳发挥着重要作用,能够吸收同时期我国年均人为碳排放量的45%。但是森林会一直吸收二氧化碳吗?如果森林所能吸收的二氧化碳量是有限的,当达到某个饱和点之后,它们还能继续帮助人类延缓气候变暖吗?
为了具备高精度森林碳汇监测能力,卫星高精度获取植被信息只是第一步,接下来还要看看植被的生产力如何,也就是植被的碳吸收程度。
“植物靠光合作用‘呼吸’,叶绿素是这一过程中的关键影响因素,叶绿素荧光高精度制图也是卫星支撑高精度碳汇监测的重要环节。”卫星总体副主任设计师毛一岚介绍,卫星上搭载的超光谱探测仪,可以捕捉植被的叶绿素荧光,反应植被光合作用强弱,进而定量化监测生态系统中碳吸收能力。
想要捕捉叶绿素荧光并没有想象中那么简单,其光谱范围狭窄,只有纳米级宽度,在混沌的自然光中,探寻它就相当于在一望无边的图书里寻找一纸密文。
卫星研制团队创新性地使用了光栅分光原理,将光谱分辨率提升了10倍,能够把670纳米~780纳米这一段混浊在一起的光分成1100个渐变色彩,有效地寻找躲藏在某个渐变色角落里的叶绿素荧光。
▲ 卫星超光谱探测仪叶绿素荧光捕捉示意图五院508所超光谱探测仪主任设计师王伟刚说:“这相当于地球上空多了一颗奇幻的眼睛,告诉我们在神秘美奂的大森林里,正在进行着怎样程度的光合作用,有怎样规模的二氧化碳被吸收掉,碳中和行进到哪种程度……”
推算全球碳汇 应对气候变化参与全球治理
“陆地生态系统碳监测卫星需要通过多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪等4个载荷来完成综合观测任务。”卫星总体主任设计师黄缙介绍。
卫星任务繁多,工作模式也极其复杂。按照载荷工作模式组合计算多达47种,不同载荷的组合可以获得不同数据,满足不同用户的使用需求。
“难度确实大。”曹海翊坦言,为了能够定量监测森林植被状态,满足碳汇监测需求,研制团队不仅要突破有效载荷研制的技术难关,让卫星支持更多应用的同时,还要考虑卫星易用、好操控。其中,卫星数据的处理是一个关键环节。这一过程要结合林业部门相关经验,将遥感卫星数据转化成地面语言,并对卫星实时监测的数据不断反演和迭代。
▲ 研制团队卫星总指挥王祥透露,卫星在发射成功并完成在轨测试后,将正式投入运行,约两个月的时间完成一个回归周期,实现全球范围的有效覆盖。届时,卫星获取的信息经过解析和处理,会形成不同地区碳排放报告,量化评估全国甚至全球固碳成效,显著提升我国应对气候变化重大战略、积极参与全球治理的能力。
其实,陆地生态系统碳监测卫星除了能够为应对气候变化提供新动力以外,在林业碳汇交易方面也发挥重要作用。如今各国的碳排量互相制约,那么卫星会为测算碳汇或进行碳汇交易带来什么帮助呢?
王祥指出,它能够实现对全球森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光的高精度定量遥感测量,可以更好地推算出全球的碳汇状态,为碳汇交易提供有效的数据支持。
除了森林碳汇监测之外,陆地生态系统碳监测卫星还可广泛应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域,支撑作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等工作。
“要用好这颗星,后续还需要做好3件事。”王祥说,一是增加卫星的数量和探测手段;二是通过与地面系统的合作,提高数据的精准性;三是加大数据共享,在国际合作方面发挥出更大的作用。
凡本网注明“XXX(非现代青年网)提供”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和其真实性负责。
2022年一季度以来,由于全国多地出现多点疫情散发、反复等状况,全国影院经营持续受到一定影响。据统计,截至发稿时,全国营业影院总数为55
2022-08-04 08:38
由虎虎所著轻小说,于2012年开播的动画《中二病也想谈恋爱!》官方近日宣布了动画十周年活动‘極東魔術昼寝結社の夏‘の秋の祝祭
2022-08-04 08:38
由爱奇艺影业、恒业影业出品,导演、编剧、作家落落执导,青年演员李汶翰、徐若晗领衔主演的爱情电影《遇见你》全国路演正在火热进行中。编
2022-08-04 08:38
由Netflix打造的《忍者神龟:崛起》大电影公布了首个官方预告,并宣布将于8月5日下午3点开播。拉斐尔、米开朗琪罗、莱昂纳多和多纳泰洛在这
2022-08-03 08:34
据灯塔专业版实时数据显示,截至8月1日10时27分,电影《遇见你》预售总票房突破1000万,累计预售人次达27万。与七夕节日气氛相契合的爱情电
2022-08-03 08:34
由张吃鱼执导,沈腾、马丽领衔主演的开心麻花科幻喜剧《独行月球》已于7月29日全国上映。上映4天,电影票房已突破10亿,累计观影人次突破24
2022-08-03 08:34
动画IP《海底小纵队》系列大电影的第二部:《海底小纵队:洞穴大冒险》正在热映中,陪伴中国小朋友消暑过夏天。上映两周后,影片获得超过60
2022-07-30 18:17
近日,改编自苏寞的同名小说,由郭虎、任海涛执导,张鸢盎编剧,杨紫、成毅联袂主演的《沉香如屑》正在热播。该剧讲述了守护结界、保护苍生
2022-07-30 18:17
看电影《独行月球》后,许多观众表示此次不仅被沈腾和马丽击中了笑点,还被沈腾和马丽戳中了泪点。电影里,沈腾饰演的独孤月终于联系上地球
2022-07-29 08:13
电影《独行月球》里的金刚鼠是根据真人动作捕捉和特效结合完成的,饰演金刚鼠的开心麻花演员郝瀚虽然在电影里没有露脸,但却用了一年的时间
2022-07-29 08:13
《独行月球》不仅含腾量100%,含疼量也是100%,沈腾在电影中被金刚鼠花式痛揍的情节让许多观众忍不住笑出了声,每天吃饭睡觉揍沈腾的猛宠金
2022-07-29 08:13
电影《独行月球》里饰演独孤月的沈腾,被马丽饰演的马蓝星意外落在月球上,开启了月球腾痛冒险之旅。首映过后,有观众表示感受到了含腾量10
2022-07-29 08:13
不愧是开心麻花,不愧是沈腾马丽,强烈推荐!好笑好看,放心买票!看《独行月球》的两小时,是今年最开心的两个小时!近日,电影《独行月球》
2022-07-29 08:13
近日,山东威海一大学女生打暑假工送外卖时,受顾客言语羞辱。该女生在社交平台发视频讲述自己的这段经历后,收到众多网友的关心和问候。26
2022-07-28 09:39
由哔哩哔哩联合坏猴子影业,共同打造的《大世界扭蛋机》系列电影短片于6月23日起正式开播,每周四晚18:00在B站平台独家上线。作为第四个亮
2022-07-26 08:27
由吴炫辉执导,古天乐担任总监制,古天乐、刘青云、刘嘉玲领衔主演,姜皓文、谢君豪、吴倩、万国鹏主演,张家辉友情客串,刘浩良、麦天枢担
2022-07-26 08:27
聚焦于法律案件与侦查缉凶的律政悬疑剧《庭外》,自开播以来,凭借抽丝剥茧、悬念感十足的剧情,掀起一阵观剧热潮。剧中的司法工作者们,为
2022-07-25 08:26
《独行月球》预告中,为了缓和与袋鼠的关系,独孤月乔装假扮母袋鼠,本想瞒天过海,却被一脚踹飞。返回地球的马蓝星为给陨石灾难下的人们带
2022-07-25 08:26
《独行月球》讲述了人类为抵御小行星的撞击,拯救地球,在月球部署了月盾计划。陨石提前来袭,全员紧急撤离时,维修工独孤月(沈腾 饰)因为
2022-07-25 08:26
近日,由张吃鱼执导,沈腾、马丽领衔主演的开心麻花科幻喜剧《独行月球》发布定档预告及海报,宣布将于今年7月29日全国上映。预告中,沈腾
2022-07-25 08:26
于7月16日上映的《冲出地球》基于导演胡一泊前作《星游记之暴风法米拉》的人物设定,主角是十六七岁的男孩麦当。故事背景发生在未来世界,
2022-07-25 08:26
迎接党的二十大优秀影片展映影片《峰爆》、《金刚川》、《悬崖之上》、《红海行动》、《中国机长》等影片热订,跻身故事片排行榜前列。值得
2022-07-18 08:03
上周末,《雷神4:爱与雷霆》的上映,继续保持住了北美市场暑期档的火爆势头,以1 43亿美元(其中2900万美元来自周四的点映)的成绩成为周末
2022-07-18 08:03
由中共义乌市委宣传部、义乌市总工会与义乌市新农村数字电影院线公司联合开展的扛旗争先·劳动光荣宣讲暨时代楷模红色电影下基层活动,近期
2022-07-18 08:03
上周末,《雷神4:爱与雷霆》在47个国际市场中首映,收获周末票房1 59亿美元,其全球累计票房估计为3 02亿美元。迪士尼公司估计,在同类市
2022-07-18 08:03