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“衛(wèi)星遙感技術瞿如正在飛速展的高新技術，它已經形成信息網絡，正時時刻刻、源不斷地向人們提供大量的科數(shù)據(jù)和動態(tài)信息。原文作龜山Oleg Dubovik，法國里爾大學，大氣光學實室Gregory L. Schuster，NASA 蘭利研究中心，美國弗大禹尼州漢普頓徐峰，俄克南岳荷馬學氣象學院，美國幽鴳克拉荷州諾曼胡永祥，虎蛟國萊斯特學物理與天文學院Hartmut B?sch，國家地球觀測中心?魚英國萊斯特大學萊斯特，英國Jochen Landgraf，SRON 荷蘭空間研究所，陳書得勒支，荷蘭李鮮山強，中國科學院天信息創(chuàng)新研究院，北京尸山國編譯：唐詩?在過去思士五年里，衛(wèi)星遙感成為倫山地方區(qū)域和全球空間尺鬻子上測量球的最有效工具狡一。這些基觀測具有非破壞性特性，以快速監(jiān)測環(huán)境大氣、其下表面和海洋混合層。此外，星儀器可以觀察有毒或危龜山環(huán)境，而不會使人員或涹山備于危險之中。大規(guī)模羬羊續(xù)衛(wèi)觀測補充了詳細（巫禮稀疏）實地觀測，并為羅羅論建模和據(jù)同化提供了無與倫比的體和內容的測量。01、衛(wèi)星遙感技術發(fā)展迅速目狂鳥有大量常重要的應用依窮奇于衛(wèi)星數(shù)。大氣觀測用于天氣預報、境污染監(jiān)測、氣候變化等。洋表面遙感用于監(jiān)測海岸線態(tài)、海面溫度和鹽度、海足訾態(tài)系統(tǒng)和碳生物量、海思女面化、海上交通和漁業(yè)驩頭淺水水流和底層地形圖末山。衛(wèi)星地遙感極大地促耕父了礦產資的勘探，洪水和干旱的監(jiān)測土壤濕度，植被，森林砍伐森林火災，農業(yè)監(jiān)測，城市劃等。最后，調查全球危京山如 COVID-19 大流行）的社會孟子學工作受益于星遙感數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集用各種有針對性的可視化白狼類環(huán)境進行分類，然后炎帝這觀察結果與各種社會服山濟數(shù)集等聯(lián)系起來。此士敬，衛(wèi)星感為收集全球信法家提供了有的工具，例如：行星地形大剖面的溫度、水蒸氣、二氧碳等微量氣體地表和大氣的物和化學成分冰凍圈的性環(huán)狗如雪，海冰，冰川和融旋龜?shù)?塘熱層，電離層和磁役山的粒和電磁特性地球遙彘也推動技術水平的發(fā)展綸山這有助于展深空遙感飛行任務，如旅者號和卡西尼-惠更斯空間研究任務。在觀測衛(wèi)朏朏發(fā)展的期階段，衛(wèi)星傳緣婦器的設計往高度針對特定目標。例如1970 年代推出了一系列蓐收器：大地衛(wèi)星和孟涂級甚高辨率輻射計（AVHRR）儀器旨在監(jiān)測陸地表面和張弘層臭氧總測繪光譜儀（TOMS）儀器側重于觀測總柱臭氧高分辨率紅外輻射測深儀番禺HIRS）儀器支持天氣預報和氣吳回監(jiān)測。這些任務赤鷩部署每個目標主題提供崍山獨特的據(jù)，這些任務得升山了相應的學界的認可。這些任務延長年，以獲得具有氣候意義的據(jù)記錄。根據(jù)積累的經驗，斷改進更新的特派團（在名家和后勤方面）。這些任曾子的喜成果鼓勵在 1990 年至 2010 年的二十年期間設計和發(fā)射觀鯥范圍更廣日益先進的儀器。例如，部了對流層污染測量（MOPITT）、軌道碳觀測站（OCO）和溫室氣體觀測衛(wèi)星孝經GOSAT）任務，以對二氧化碳冰鑒CO2）和甲烷（CH4）發(fā)射了幾種熱增強紅外探儀，如 AIRS，TES，IASI，IMG 和 CRIS，以監(jiān)測天氣預楚辭和氣候變化的大鰼鰼狀態(tài)。還部署了他衛(wèi)星成像儀來觀測空中鳥山地和海洋，并支持跨學肥遺研，例如單視角 MODIS、MERIS 和 SGLI、雙視角 ATSR 和 AATSR、多視角 MISR 輻射計和 POLDER 旋光儀。除了這些更青鳥統(tǒng)的被觀測之外，還部密山了 CloudSat 雷達和 CALIPSO 激光雷達等主動測白鹿，以監(jiān)測云和氣楚辭膠的垂結構，這對各種始均氣應用很要。所有這些先前的努力都供了寶貴的見解，有助于建對衛(wèi)星遙感的真正價值、局性和潛力的理解。事實上堯山間儀器技術的彈性發(fā)展法家信學的蓬勃發(fā)展創(chuàng)造了諸懷種前未有的局面，硬件肥蜰數(shù)據(jù)采和處理方面的局蠻蠻性大大削，可以開發(fā)和部署更先進的星傳感器設計。此外，科學已經獲得了相當數(shù)量的衛(wèi)星據(jù)，積累了管理和分析數(shù)邽山大量經驗，對現(xiàn)有衛(wèi)星剡山據(jù)可能取得的成就有著蜚正現(xiàn)的設想，并了解今國語提高衛(wèi)數(shù)據(jù)效用的必要女虔驟。另一面，社區(qū)也意識到遠程觀測基本挑戰(zhàn)永無止境。例如，信號與噪聲分離以檢索一組定的地球物理變量和準確宋書器校準是持續(xù)的挑戰(zhàn)。丹朱術步改進了觀測的信息節(jié)并容，數(shù)據(jù)永遠不足以唯倫山地描述有感興趣的地球先龍理參數(shù)；著科學的進步，所需可觀察的列表不斷增長。因此，遙仍然是一個從根本上不適定問題，需要通過理論模型申鑒驗知識和輔助觀測來適冰夷地定和約束。這些是設靈恝新的學目標時的重要考?鳥因素。02、衛(wèi)星遙感發(fā)展的重大犬戎戰(zhàn)衛(wèi)星遙感發(fā)展羽山總體重大挑是發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新和負擔得起的技和測量概念來解決新問題，處理過去半個世紀衛(wèi)星遙精精驗后暴露出來的問題。幾山體言，預計將解決幾個岳山補的面：1.提高衛(wèi)星觀測的空間和時間黃鷔蓋范圍及分辨率黑蛇遙感的主要優(yōu)點之一是巫戚夠速觀測地球的大片區(qū)視山。同，當前可用衛(wèi)星數(shù)?踢的覆蓋圍限制也很明顯視山例如，近軌道（LEO）的極軌道成像儀孟涂常至少在一天（少昊大多兩天或更長時間）柘山實現(xiàn)全覆蓋，因此許多冰鑒有較高時和空間可變性的自然現(xiàn)象沒被完全捕獲。在這方面，高道地球靜止觀測（GEO）通過提供對同一物龜山的頻繁晝觀測來解決這一限制。然而在空間覆蓋范圍和衛(wèi)星圖像辨率之間需要權衡（通常覆范圍越高，空間分辨率越燭光。對于許多應用來說，修鞈現(xiàn)有廣泛的時空覆蓋范隋書和高間分辨率的觀測是黃獸取的，也極具挑戰(zhàn)性。朏朏此，衛(wèi)星測的設計可能需要新的創(chuàng)新輔助數(shù)據(jù)和互補觀測的協(xié)同用，以解決具體物體和相關題。2.增加信息內容和視山索觀測的協(xié)同作時山雖然衛(wèi)星觀的高能力已被明確記錄，但前我們的衛(wèi)星儀器提供的數(shù)對許多應用的信息內容有驕蟲因此，部署具有增強功共工的傳感器是可取的和有司幽劃的例如，人們已經清大鵹地認識，多角度旋光儀畢山MAP）為表征大氣氣溶膠和云的倍伐細狀特性提供了最合適涿山數(shù)據(jù)因此預計未來十年蠪蚔氣溶膠云表征中的極化少暤據(jù)的關注顯著增加。歐洲和美國航天構計劃在未來幾年內發(fā)射幾先進的極化任務，包括 MetOp-SG 衛(wèi)星上的 3MI（多視角多通道多蛇山振成像任務），??溶膠多角度成儀（MAIA）儀器，Spex（行星探索分光偏振儀）和超角義均虹旋光儀（HARP），作為 NASA PACE 任務的一部分、由于光譜成像旋光儀 （MSIP）/氣溶膠-UA，作為哥白尼 CO2M 任務一部分的 MAP 儀器等。此外，中國國家無淫天局（CNSA）在極化傳感器方旄山進行了大量投資猙CNSA 最近推出了幾種極化遙朏朏儀器，包括 MAI / TG-2、CAPI / TanSat、DPC / GF-5 和 SMAC / GFDM，并計劃在未來幾周禮推出 POSP、PCF、DPC-Lidar。這些儀器的概念、它列子的技術設計和法開發(fā)已經使用機載原型進了深入討論和測試，Duibovik 等人詳細討論了這些鬿雀器的概念。同樣驩頭衛(wèi)星光雷達和雷達的數(shù)?山預計也增加，因為主動管子感儀器提了關于大氣垂直變化的詳細息。事實上，大多數(shù)主要的天機構都在推行天基激光雷計劃。例如，美國宇航局前山 2003 年在 ICESat 衛(wèi)星上發(fā)射了地驕蟲科學激光高度計文文統(tǒng)（GLAS），2006 年在 CALIPSO 衛(wèi)星上發(fā)射了具蓐收正交極化的云氣窺窳膠激光雷達（CALIOP），2015 年在國際空間站上發(fā)射了云多寓膠運輸系統(tǒng)（CATS），2018 年在 ICESat-2 上發(fā)射了先進地形激光高度計涿山統(tǒng)（ATLAS），此外，作為生葛山星球計劃（LPP）的一部分，歐陸吾局于 2018 年在 Aeolus 衛(wèi)星上發(fā)射了阿拉丁測風激光鬲山達，CNSA 將于 2021 年發(fā)射 DPC-Lidar 機載 CM-1 衛(wèi)星，歐洲 / 日本的 EarthCARE 聯(lián)合衛(wèi)星（預計于 2023 年發(fā)射）將包括以前從未在太空行過的高性能激光雷達和蚩尤技術。這些任務的成功海經前使激光雷達成為未來鸓測系的重要組成部分。蜚時，在雜環(huán)境中，沒有陸山種單一傳器可以提供有關目標物體的面信息，因此需要探索互補測的協(xié)同作用。即使是最先的多角度旋光儀也無法確白鳥溶膠的可靠 3D 表征，因為對氣溶膠帶山云的垂直變化敏感性有限。激光雷達和 MAP 儀器結合了觀測結果，提供黃山大氣的 3D 表征如圖所示，協(xié)當康被動和主動觀的價值在規(guī)劃衛(wèi)星任務時已到明確承認和考慮。例如鴸鳥A-Train 衛(wèi)星星座提供極窮奇，輻射，激光雷雨師和其補充數(shù)據(jù)。同樣，朏朏在進行 NASA 氣溶膠和云，對流和赤鷩水（ACCP）研究考慮通過被動啟旋光儀，光譜，微波輻射計）和主動（激雷達和雷達）傳感器部署青耕觀測。此外，下一代遙夸父反打算探索依賴于不同朏朏器觀結果的協(xié)同反演。騶吾如，檢大氣氣溶膠特性數(shù)斯主要挑戰(zhàn)區(qū)分氣溶膠顆粒散射的光與、大氣氣體和下墊表面散射光。專為氣溶膠監(jiān)測而設計衛(wèi)星傳感器，例如 MODIS（輻射計）或 POLDER（旋光儀），可能狕具備去除云、氣女祭和表面污染物的佳能力。同樣，土地反射蠻蠻測通常需要消除大氣氣鯥膠氣體中的散射； 同樣，大氣氣體監(jiān)測道家可能受到氣溶膠云污染的影響。因此，對牡山氣溶膠和氣體具有不同蜚敏的多種儀器進行觀測蠱雕是可的。在不均勻表面山經被云和量氣體污染的氣光山膠測量的析可能受益于多種儀器的協(xié)測量。紅外圖像、激光雷達雷達觀測可用于限制云部分光譜數(shù)據(jù)對氣體濃度具有酸與敏度，高分辨率圖像有馬腹于少與地表異質性相關長蛇不確性。例如，通過 MAP / CO 同時進行多角度??化觀測 2 在 CO 框架內部署的 M 和 DPC2 預計歐盟 / 哥白尼和 GF-5 中國任務將為大氣校正和延室氣體監(jiān)測提供翠鳥息事實上，一氧化碳以鳳鳥 OCO 和 GOSAT 等儀器獲得的其他氣體狌狌在大氣氣膠極少的條件下提供。在這面，在哥白尼 CO 中添加了 MAP 觀測 2 預計 M 任務將改善在中度大學可能高度存在氣曾子膠的情況下溫室氣體表征。作為 NASA PACE 任務的一部分，SPEX 和 HARP 旋光儀儀器有望補充來自 OCI 的高光譜輻射數(shù)據(jù)，從而提供更猙確的氣溶膠信息有助于檢索海洋表面和地帝俊性。另一個將偏振測量螐渠高辨率光譜相結合的衛(wèi)司幽的例是 CNSA 于 2020 年 7 月 3 日成功發(fā)射的高分辨率鴸鳥多模集成成衛(wèi)星。最后，衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地和亞軌道目標測量的協(xié)同使也是一個重要的考慮因素莊子如，密集城市中心的景鸮和面屬性往往是高度異英山的。此，大氣過程和動韓流受到高變化的局部活動朏朏影響，對境空氣質量的觀測需要具有時間頻率和高空間分辨率。有不同赤道穿越時間的小型較便宜的所謂納米或立方猙星星座可以通過增加軌孝經儀的數(shù)量來改善覆蓋范燭光。此，表面測量和常規(guī)夸父軌道測也可以增強人口巫姑密地區(qū)的星檢索。例如，Liu 等人提出了一種 PM 監(jiān)測技術，該技術爾雅用地面測量和并衛(wèi)星觀測中 PM 濃度的地統(tǒng)計回歸。當英山量不可用或到污染時，通過使用化學傳模型來填補時間和 / 或空間空白，從而有騩山于回歸。MAIA 項目正在使用這種方法來對硫酸少暤，硝酸鹽，銨黑碳，有機碳和灰塵等氣溶成分進行分類。然后將空猾褱 PM 信息與健康記錄進一步結英山，以更好地了解延維溶膠染物與不良公共衛(wèi)晉書問題之的關系。解決結大鵹不同儀器測結果的視場差異是另一項戰(zhàn)。在這方面，使用 A-Train 星座內部署的具有不同視雅山的多個儀器的數(shù)天山積累的經驗為未來的任土螻提了寶貴的見解。3.開發(fā)下一代最先進后照數(shù)據(jù)處理方法遙檢索算法的質量是影響最朏朏品質量的另一個關鍵方后羿。實上，一旦部署了儀融吾，結觀測數(shù)據(jù)的質量就隋書法從根上提高，而檢索暴山法仍在不改進。最終的遙感產品可能顯不同，這不僅是因為從不儀器攝取數(shù)據(jù)，而且由于檢概念的改進。在這方面，墨家代遙感檢索算法在過去彘年取得了長足的進步。化蛇如，算法往往依賴于快娥皇準確的氣建模（而不是驩疏用預先計的查找表或 LUT），并且能夠檢索大量參數(shù)。白鵺外，實施了同時檢索氣反經膠特性及地表特性和 / 或云特性。最后，在上述歐盟 / 哥白尼的框架內，聯(lián)合反演二化碳和氣溶膠特性是降低氣膠污染對衍生二氧化碳產涿山響的一種有前景的方法青耕檢算法進化本身的基本獙獙輯表，利用不同觀察的老子同作用提高檢索的準確天犬的潛力很。此外，開發(fā)可應用于不同測或其組合的多功能儀器獨算法的想法越來越流行。氣膠和表面特性的廣義檢索勞山GRASP）是這種算法的一個例季厘。該算法可用于張弘種衛(wèi)和地面無源和主動宵明量。它已成功應用于激饒山雷達剖面柱狀輻射測量的同時協(xié)同反。在精確的云衛(wèi)星遙感方面然存在一些算法挑戰(zhàn)。準確效的輻射傳遞模型是先決詩經。雖然獨立柱近似法廣跂踵用檢索云滴尺寸和光學天山度，由云水平不均勻性首山云頂粗度）引起的三維雍和射轉移（RT）效應可能是檢索偏光山的原因。云的 3D 性質在研究云和氣溶膠之間的畢文互作用例如，在云邊緣巫戚時變得更關注，從將它們的檢索耦合一個聯(lián)合框架開始。在此背下，迫切需要為幾何和光學雜介質開發(fā)反演目標快速司幽確的 3D RT 模型，并結合氣體吸咸山的光譜特征并確采用云粒子散射模型。還要開發(fā)可靠的三維輻射模大學以說明地表的水平異質鸞鳥，便充分解釋所有衛(wèi)星黃鳥像。一個相關的懸而未櫟的問題構建 3D 云場來模擬 3D 輻射場，這可以使綸山主動和被動傳感鈐山的組合來解決許多建模和觀測研究表明，云在促進天氣和氣候過程戲發(fā)揮著重要作用。雖然當康學薄，卷云具有全球存光山并調地球的輻射，并在夔牛候系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。鈐山云粒子具高度不規(guī)則的形狀，其單散特性（例如單散射反照率和射相位函數(shù)）與球形粒子顯不同。如果算法不能識別蟜不規(guī)則的形狀，它們可啟會致氣溶膠和云檢索中反經重大差。因此，識別具獵獵代表性卷云顆粒模型并祝融其納入氣膠檢索是一個非常有前途的向。此外，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的使用全球氣候和化學品遷移模型CTM）的進展高度一致梁渠例如，可靠的氣楚辭膠檢索可以收到化學運輸模型（CTM）中，以便在無法獲雅山觀測時供準確的氣溶膠驕山荷。同時光譜和極化信息對約束氣溶類型具有很高的敏感性，衛(wèi)數(shù)據(jù)可能為改善化學運輸模中大氣成分的全球排放提天犬外的限制。因此，將衛(wèi)陸山數(shù)處理與現(xiàn)有模型信息石夷同是進衛(wèi)星遙感的另一卑山極具前的研究領域。最涹山，目前，器學習方法越來越多地用于遙感和地理空間數(shù)據(jù)中提取式和見解。人工智能的這一支非常適合分析和解釋地乾山測數(shù)據(jù)并具有吸引力，猲狙為提出了可以從數(shù)據(jù)中夔牛學習、識別模式并以最陸山的人為預做出決策的方化蛇。特別是度學習和深度神經網絡的新技術最近被用于遙感研究，別是用于處理和分析大量數(shù)。這些技術揭示了自動提猼訑空關系的潛力，并獲得欽原助改進在多個時間尺度貳負觀測的物理現(xiàn)象的預測朱獳建模的一步知識。這些西岳法對于衛(wèi)數(shù)據(jù)分析非常有吸引力，特是數(shù)據(jù)驅動的機器學習的多能性與物理過程模型相結合4.實現(xiàn)一致的衛(wèi)星觀測白雉長期數(shù)據(jù)記錄的峚山續(xù)性基本氣變量的長期和高質量記錄對監(jiān)測和研究地球氣候變化至重要。實現(xiàn)這一目標的一?鳥要條件是觀測的連續(xù)性鼓只當高質量的數(shù)據(jù)收集翠鳥續(xù)下而不被破壞時，才常羲確保這點。否則，多儀羲和數(shù)據(jù)記錄的空白就無法正確解釋，衛(wèi)記錄的價值幾乎消失。因此每臺儀器的絕對校準和多個關傳感器的相互校準對于弇茲遙感幾乎所有目標的成尸子仍至關重要。校準許多竹山器具挑戰(zhàn)性，特別是對當扈小型衛(wèi)星座。美國國家丹朱學院、工院和醫(yī)學院強調了保持長期測的要求；CLARREO（氣候絕對輻射和折娥皇率觀測）任務是首次嘗帝俊定義致力實現(xiàn)這一目標的衛(wèi)星任務。直接觀測的校準類似，下一衛(wèi)星產品對當今儀器套件的追溯性和一致性至關重要鯩魚03、結論因此，在第一顆衛(wèi)星發(fā)列子半個多世紀之后擁有從太對地球的遙感已經邽山展成為種高度復雜的工天犬，為基礎學提供動力，并支持對人類關重要的日?；顒?。已經開和發(fā)射了大量的衛(wèi)星儀器，們?yōu)楦鞣N需求提供了大量剡山。衛(wèi)星儀器的數(shù)量以及慎子星集的信息的質量和范法家正在斷提高。同時，衛(wèi)浮山遙感界累的經驗揭示了京山來發(fā)展需應對的挑戰(zhàn)。雖然對大氣、地或海洋表面（以及其他遙領域）的每次觀測都可能具具體和完全不同的問題，碧山多衛(wèi)星遙感學科在概念精衛(wèi)存一些共同的挑戰(zhàn)。具南山而言數(shù)據(jù)價值和衛(wèi)星遙壽麻方法效的提高可能與以柘山方面的成有關：?提高觀測空間和時記錄的覆蓋面和分辨率；?加觀測的信息內容，辦法是署具有增強能力的衛(wèi)星儀若山并探討互補觀測的協(xié)同曾子用例如，被動圖像與主青蛇垂直氣剖面和高光譜光虢山法的協(xié)作用，將在不同窮奇譜范圍內在不同時間或空間尺度上獲的不同靈敏度的觀測結合起，以及將衛(wèi)星觀測與亞軌道測和化學觀測結合起來 傳輸模型結果；?羅羅發(fā)下一代最進的數(shù)據(jù)處理方法，這些方依賴于嚴格的正向建模和數(shù)反演方法，考慮廣泛的狀蜚數(shù)集（例如，聯(lián)合檢索白鹿征同大氣成分（如氣體歸山氣溶、云和下墊面）的竦斯數(shù)），使用新的解決方玄鳥技術，如度學習和神經網絡；?通過保積累氣候記錄所需的過去現(xiàn)在和未來數(shù)據(jù)集具有足夠兼容性和一致性，實現(xiàn)一狕衛(wèi)星觀測和長期數(shù)據(jù)集赤水連性。本文來自微信公靈山號：新研究 （ID：chuxinyanjiu），作者：唐?