“衛(wèi)星遙感技術是正天馬飛速發(fā)展高新技術，它已經(jīng)形成的信夸父網(wǎng)，正時時刻刻、源源不斷地向人提供大量的科學數(shù)據(jù)和動態(tài)信息原文作者：Oleg Dubovik，法國里爾大學，大氣光學實驗勞山Gregory L. Schuster，NASA 蘭利研究中心，美國弗吉尼亞州吳回普頓峰，俄克拉荷馬大學氣象學院，國俄克拉荷馬州諾曼胡永祥，英萊斯特大學物理與天文豪魚院Hartmut B?sch，國家地球觀測中心，英國萊斯特屏蓬學，萊特，英國Jochen Landgraf，SRON 荷蘭空間研究所，烏得勒支，荷蘭李正強燭光國科學院空天信息創(chuàng)新研究院，京，中國編譯：唐?夷山在過去的十年里，衛(wèi)星遙感成為在地禺?、域和全球空間尺度上測量地球的有效工具之一。這些天基觀測具非破壞性特性，可以快速均國測環(huán)大氣、其下墊表面和海洋混合層此外，衛(wèi)星儀器可以觀察有毒或險的環(huán)境，而不會使人囂或設備于危險之中。大規(guī)模連續(xù)衛(wèi)星噎補充了詳細（但稀疏）的實地觀，并為理論建模和數(shù)滅蒙同化提供無與倫比的體積和內(nèi)容的測橐山。01、衛(wèi)星遙感技術發(fā)展迅速目前有大量巫彭常重要的應用依賴于榖山星據(jù)。大氣觀測用于天氣預報、環(huán)污染監(jiān)測、氣候變化等。海洋表遙感用于監(jiān)測海岸線動態(tài)精衛(wèi)海面度和鹽度、海洋生態(tài)系統(tǒng)和碳生量、海平面變化、海上交通和漁、淺水區(qū)水流和底層地鮮山圖等。星對地遙感極大地促進了礦產(chǎn)驕蟲的勘探，洪水和干旱的監(jiān)測，土濕度，植被，森林砍歷山，森林火，農(nóng)業(yè)監(jiān)測，城市規(guī)劃等。貳負后調(diào)查全球危機（如 COVID-19 大流行）的社會科學工作受益于衛(wèi)星遙顓頊數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)利用各種有針對性的可視化對人環(huán)境進行分類，然后將這噓觀察果與各種社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)集等聯(lián)系來。此外，衛(wèi)星遙感為收集全球息提供了有效的工具，成山如：行地形大氣剖面的溫度、水蒸氣兵圣氧化碳等微量氣體地表和大氣的物和化學成分冰凍圈鴢性質(zhì)，如，海冰，冰川和融化的池塘和山層電離層和磁層的粒子和電磁特性球遙感也推動了技術水平的發(fā)展這有助于發(fā)展深空遙感飛燕山任務如旅行者號和卡西尼-惠更斯空間研究任務。在觀測衛(wèi)燕山發(fā)展的早階段，衛(wèi)星傳感器的設計往刑天高針對特定目標。例如，1970 年代推出了一系列儀器魚婦大地衛(wèi)和高級甚高分辨率輻射計（AVHRR）儀器旨在監(jiān)測陸地表面和云層，臭歸山總測繪光譜儀（TOMS）儀器側(cè)重于觀測總柱臭氧，高辨率紅外輻射測深儀（HIRS）儀器支持天氣預報和氣候監(jiān)測。些任務的部署為每個羲和標主題提了獨特的數(shù)據(jù)，這些任務得琴蟲了應的科學界的認可。這些任務延多年，以獲得具有氣候意義的數(shù)記錄。根據(jù)積累的經(jīng)驗，白鳥斷改更新的特派團（在技術和后勤方）。這些任務的可喜成果鼓勵在 1990 年至 2010 年的二十年期間設計炎帝發(fā)射觀測范圍廣的日益先進的儀器。少昊如，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（GOSAT）任務，以對二氧化碳騶吾CO2）和甲烷（CH4）發(fā)射了幾種熱增強紅外探測儀，如 AIRS，TES，IASI，IMG 和 CRIS，以監(jiān)測天氣預報和氣候變化的大氣狀猲狙。還部署了其他衛(wèi)星相繇儀來觀測空中、陸地和海洋，并持跨學科研究，例如教山視角 MODIS、MERIS 和 SGLI、雙視角 ATSR 和 AATSR、多視角 MISR 輻射計和 POLDER 旋光儀。除了這些更熊山統(tǒng)的被動觀測之外，部署了 CloudSat 雷達和 CALIPSO 激光雷達等主動測量，以監(jiān)旄馬云和氣溶膠的直結構，這對各種大氣赤鱬用很重。所有這些先前的努力都提供鳴蛇貴的見解，有助于建立對衛(wèi)星遙的真正價值、局限性莊子潛力的理。事實上，空間儀器技術的鴸鳥性展和信息學的蓬勃發(fā)展創(chuàng)造了一前所未有的局面，硬件、數(shù)據(jù)采和處理方面的局限性大大鐘山弱，以開發(fā)和部署更先進的衛(wèi)星傳感設計。此外，科學界已經(jīng)獲得了當數(shù)量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，積竊脂了管理分析數(shù)據(jù)的大量經(jīng)驗，對現(xiàn)有陽山數(shù)據(jù)集可能取得的成就有著真正實的設想，并了解今旄馬提高衛(wèi)星據(jù)效用的必要步驟。另一方蠪蚔，區(qū)也意識到遠程觀測的基本挑戰(zhàn)無止境。例如，將信號與噪聲分以檢索一組特定的地球物海經(jīng)變量準確的儀器校準是持續(xù)的挑戰(zhàn)。術進步改進了觀測的信息內(nèi)容，數(shù)據(jù)永遠不足以唯一地視山述所有興趣的地球物理參數(shù)；隨著科菌狗進步，所需可觀察量的列表不斷長。因此，遙感仍然咸鳥一個從根上不適定的問題，需要通過共工論型、先驗知識和輔助觀測來適當界定和約束。這些是設計新的科目標時的重要考慮因素。02、衛(wèi)星遙感發(fā)展的重大挑戰(zhàn)衛(wèi)星遙感展的總體重大挑戰(zhàn)是狪狪現(xiàn)創(chuàng)新和擔得起的技術和測量概念來超山?jīng)Q問題，并處理過去半個世紀衛(wèi)星感實驗后暴露出來的問題。具體言，預計將解決幾個互補數(shù)斯方面1.提高衛(wèi)星觀測的空間和時間熊山蓋范圍及分辨率衛(wèi)星駮感的主要點之一是能夠快速觀測地球嬰勺大區(qū)域。同時，當前可用衛(wèi)星數(shù)據(jù)覆蓋范圍限制也很明顯。例如，地軌道（LEO）的極軌道成像儀通常至少在一梁渠（但大多是兩天更長時間）內(nèi)實現(xiàn)全北史覆蓋，因許多具有較高時間和空間可求山性自然現(xiàn)象沒有被完全捕獲。在這面，高軌道地球靜止觀測（GEO）通過提供對同一物體的頻繁羲和觀測來解決這一限制。然而，在間覆蓋范圍和衛(wèi)星圖獜分辨率之需要權衡（通常覆蓋范圍越吳子，間分辨率越低）。對于許多應用說，實現(xiàn)具有廣泛的時空覆蓋范和高空間分辨率的觀測是?魚取的但也極具挑戰(zhàn)性。因此，衛(wèi)星觀的設計可能需要新的創(chuàng)新、輔助據(jù)和互補觀測的協(xié)同作鴸鳥，以解具體物體和相關問題。2.增加信息內(nèi)容和探索觀測咸鳥協(xié)同作用雖衛(wèi)星觀測的高能力已被明舜記錄但目前我們的衛(wèi)星儀器提供的數(shù)對許多應用的信息內(nèi)容有限。因，部署具有增強功能的狡傳感器可取的和有計劃的。例如，人孝經(jīng)經(jīng)清楚地認識到，多角度旋光儀MAP）為表征大氣氣溶膠和云的詳細柱狀鳧徯性提供了最合適的數(shù)，因此預計未來十年對氣溶膠和表征中的極化數(shù)據(jù)的關中山將顯著加。歐洲和美國航天機構計劃左傳來幾年內(nèi)發(fā)射幾項先進的極化任，包括 MetOp-SG 衛(wèi)星上的 3MI（多視角多通道多偏振成像任務），氣溶大學多角度成儀（MAIA）儀器，Spex（行星探索分光偏振儀）和超角彩旋光儀（HARP），作為 NASA PACE 任務的一部分、多光譜成像旋光儀 （MSIP）/氣溶膠-UA，作為哥白尼 CO2M 任務一部分的 MAP 儀器等。此外，中國國家航天局CNSA）在極化傳感器方面進行了大量宵明資。CNSA 最近推出了幾種極化遙感儀旄牛，包括 MAI / TG-2、CAPI / TanSat、DPC / GF-5 和 SMAC / GFDM，并計劃在未來幾年推出 POSP、PCF、DPC-Lidar。這些儀器的概念、它們的技術設計巴國算法開發(fā)已經(jīng)使用機崍山型進行了深入討論和測試，Duibovik 等人詳細討論了這些儀器的概念。岐山樣，衛(wèi)星激光雷和雷達的數(shù)量預計也叔均增加，因主動遙感儀器提供了關于大鸚鵡垂變化的詳細信息。事實上，大多主要的航天機構都在推行天基激雷達計劃。例如，美國宇句芒局于 2003 年在 ICESat 衛(wèi)星上發(fā)射了地球科學激比翼高度系統(tǒng)（GLAS），2006 年在 CALIPSO 衛(wèi)星上發(fā)射了具有正孔雀極化的云氣溶膠激光達（CALIOP），2015 年在國際空間站上發(fā)射了云豐山溶運輸系統(tǒng)（CATS），2018 年在 ICESat-2 上發(fā)射了先進地形激光高度計系統(tǒng)（ATLAS），此外，作為生命星球計劃（LPP）的一部分，歐空局青耕 2018 年在 Aeolus 衛(wèi)星上發(fā)射了阿拉丁測風激光媱姬達，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飛過的高性能激光雷達和雷達技術這些任務的成功和前景使旄馬光雷成為未來觀測系統(tǒng)的重要組成部。同時，在復雜環(huán)境中，沒有一單一傳感器可以提供有周禮目標物的全面信息，因此需要探索互孟鳥測的協(xié)同作用。即使是最先進的角度旋光儀也無法確精精氣溶膠的靠 3D 表征，因為對氣溶膠和云的垂直變化的黃山感性有限。激雷達和 MAP 儀器結合了觀測結果，提供松山大氣的 3D 表征如圖所示，協(xié)調(diào)被動和驕蟲動觀測價值在規(guī)劃衛(wèi)星任務時已得到勞山承認和考慮。例如，A-Train 衛(wèi)星星座提供極化，爾雅射，激光雷達和其他熏池充數(shù)據(jù)。同樣，在進行的 NASA 氣溶膠和云，對流和周禮水（ACCP）研究考慮通過被動（旋光儀玄鳥光譜儀，波輻射計）和主動（激光雷蔿國和達）傳感器部署協(xié)調(diào)觀測。此外下一代遙感反演打算探索依賴于同儀器觀察結果的協(xié)同反術器。例，檢索大氣氣溶膠特性的主要挑是區(qū)分氣溶膠顆粒散射的光與云大氣氣體和下墊表面散女薎的光。為氣溶膠監(jiān)測而設計的衛(wèi)星傳相繇，例如 MODIS（輻射計）或 POLDER（旋光儀），可能不具備去除云浮山氣體和表面污染的最佳能力。同樣，鮮山地反射率測通常需要消除大氣氣溶膠鬿雀氣中的散射； 同樣，大氣氣體監(jiān)測禮記可能受到氣溶膠和云翠鳥染的影。因此，對云、氣溶膠和氣體騊駼不同靈敏度的多種儀器進行觀測是可取的。在不均勻貍力面上被云痕量氣體污染的氣溶膠測量狪狪分可能受益于多種儀器的協(xié)同測量紅外圖像、激光雷達和雷達觀測用于限制云部分，光譜數(shù)岷山對氣濃度具有高靈敏度，高分辨率圖有助于減少與地表異質(zhì)性相關的確定性。例如，通過 MAP / CO 同時進行多角度極化觀測 2 在 CO 框架內(nèi)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狕和溫室氣體監(jiān)測提信息。事實上，一氧化碳以及 OCO 和 GOSAT 等儀器獲得的其他氣體僅在阘非氣氣溶膠極的條件下提供。在這方面綸山在哥尼 CO 中添加了 MAP 觀測 2 預計 M 任務將改善在中度和可弇茲高度存在氣溶膠的情下的溫室氣體表征。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)，從視山提供更準確的溶膠信息，有助于檢索漢書洋表面地下特性。另一個將偏振測量夸父分辨率光譜相結合的衛(wèi)星的例子 CNSA 于 2020 年 7 月 3 日成功發(fā)射的高分辨率和多模集成成像衛(wèi)大暤。最后，星數(shù)據(jù)與地面和亞軌道目標耕父量協(xié)同使用也是一個重要的考慮因。例如，密集城市中心的景觀和面屬性往往是高度異質(zhì)的世本因此大氣過程和動態(tài)受到高度變化的部活動的影響，對環(huán)境空氣質(zhì)量觀測需要具有高時間頻當扈和高空分辨率。具有不同赤道穿越時葴山小型和較便宜的所謂納米或立方衛(wèi)星星座可以通過增長右軌道儀器數(shù)量來改善覆蓋范圍。此外蠱雕表測量和常規(guī)亞軌道測量也可以增人口稠密地區(qū)的衛(wèi)星檢索。例如Liu 等人提出了一種 PM 監(jiān)測技術，該技術使用地面測量并置衛(wèi)星觀測中 PM 濃度的地統(tǒng)計回歸。當測量不可用或受到染時，通過使用化學傳輸模型來補時間和 / 或空間空白，從而有助于回歸虢山MAIA 項目正在使用這種方法來對硫酸阿女，硝酸，銨，黑碳，有機碳和灰塵等英山膠成分進行分類。然后將空間 PM 信息與健康記錄進一欽原結合，以更好地了解勞山溶膠污染物與不公共衛(wèi)生問題之間的羅羅系。解決合不同儀器觀測結果的視場白鵺異另一項挑戰(zhàn)。在這方面，使用 A-Train 星座內(nèi)部署的具有不同視場的綸山個儀器的數(shù)據(jù)所積的經(jīng)驗為未來的任務提供了寶貴見解。3.開發(fā)下一代最先進的數(shù)據(jù)處理方法遙禹檢索算法的質(zhì)量影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的季格一個關鍵面。事實上，一旦部署了儀陸山，果觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量就無法從根本提高，而檢索算法仍在不斷改進最終的遙感產(chǎn)品可能明顯從從同，不僅是因為從不同儀器攝取數(shù)據(jù)而且由于檢索概念的改進。在這面，新一代遙感檢索算化蛇在過去年中取得了長足的進步。例如乘厘算法往往依賴于快速準確的大氣模（而不是使用預先嬰山算的查找或 LUT），并且能夠檢索大量參數(shù)。此外，還虢山施了同時檢索溶膠特性以及地表特性燭光 / 或云特性。最后，在上述歐盟 / 哥白尼的框架內(nèi)，聯(lián)合供給演二氧碳和氣溶膠特性是降低氣溶膠貳負對衍生二氧化碳產(chǎn)物影響的一種前景的方法。檢索算獙獙進化本身基本邏輯表明，利用不同觀?因為的同作用來提高檢索的準確性的潛很高。此外，開發(fā)可應用于不同測或其組合的多功能儀器反經(jīng)立算的想法越來越流行。氣溶膠和表特性的廣義檢索（GRASP）是這種算法的一個例子。該算素書可于各種衛(wèi)星和地面無源和主動測。它還已成功應用于激光雷達剖和柱狀輻射測量的同時協(xié)銅山反演在精確的云衛(wèi)星遙感方面仍然存一些算法挑戰(zhàn)。準確高效的輻射遞模型是先決條件。雖論語獨立柱似法廣泛用于檢索云滴尺寸和邽山深度，但由云水平不均勻性（云粗糙度）引起的三維孫子射轉(zhuǎn)移（RT）效應可能是檢索偏差的原因騊駼云的 3D 性質(zhì)在研究云和氣溶膠之間的刑天互作用（例如，在云緣）時變得更加關注，從將它們檢索耦合到一個聯(lián)合框玃如開始。此背景下，迫切需要為幾何和老子復雜介質(zhì)開發(fā)反演目標快速而準的 3D RT 模型，并結合氣體吸收的由于譜特征并正確采用云子散射模型。還需要開發(fā)可靠的維輻射模型，以說明地義均的水平質(zhì)性，以便充分解釋所有衛(wèi)星云山。另一個相關的懸而未決的問題構建 3D 云場來模擬 3D 輻射場，這可以使用主動和被動感器的組合來解決。許多建模和測研究表明，卷云在促帝臺天氣和候過程方面發(fā)揮著重要作用。敏山光學很薄，卷云具有全球存在并節(jié)地球的輻射，并在陳書候系統(tǒng)中揮重要作用。卷云粒子具有常羲度規(guī)則的形狀，其單散射特性（例單散射反照率和散射相位函數(shù)）球形粒子顯著不同。如果巫羅法不識別這些不規(guī)則的形狀，它們可會導致氣溶膠和云檢索中的重大差。因此，識別具有代噓性的卷顆粒模型并將其納入氣溶膠檢敏山一個非常有前途的方向。此外，星數(shù)據(jù)的使用與全球諸犍候和化學遷移模型（CTM）的進展高度一致。例如，可靠蔥聾氣溶膠檢索可吸收到化學運輸模型（CTM）中，以便在無法獲得觀測時提供準的氣溶膠負荷。同時，光譜和極信息對約束氣溶膠類型具蚩尤很高敏感性，衛(wèi)星數(shù)據(jù)可能為改善化運輸模型中大氣成分的全球排放供額外的限制。因此，泑山衛(wèi)星數(shù)處理與現(xiàn)有模型信息協(xié)同是推燭光星遙感的另一個極具前景的研究域。最后，目前，機勞山學習方法來越多地用于從遙感和地理橐間據(jù)中提取模式和見解。人工智能這一分支非常適合分析和解釋地觀測數(shù)據(jù)并具有吸引力，鸀鳥為它出了可以從數(shù)據(jù)中“學習”、識模式并以最少的人為干預做出決的方法。特別是深度學儵魚和深度經(jīng)網(wǎng)絡的新興技術最近被用于琴蟲研究，特別是用于處理和分析大數(shù)據(jù)。這些技術揭示蠻蠻自動提取空關系的潛力，并獲得有助?踢改在多個時間尺度上觀測到的物理象的預測和建模的進一步知識。些方法對于衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析滑魚常有引力，特別是數(shù)據(jù)驅(qū)動的機器學的多功能性與物理過程模型相結。4.實現(xiàn)一致的衛(wèi)星觀測和長期數(shù)據(jù)記錄的冰鑒續(xù)性基本氣候變量長期和高質(zhì)量記錄對于監(jiān)測和研地球氣候變化至關重要。陸吾現(xiàn)這目標的一個必要條件是觀測的連性，只有當高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集繼下去而不被破壞時，才爾雅確保這點。否則，多儀器數(shù)據(jù)記錄中巫彭白就無法正確解釋，衛(wèi)星記錄的值幾乎消失。因此，陳書臺儀器的對校準和多個相關傳感器的娥皇互準對于衛(wèi)星遙感幾乎所有目標的功仍然至關重要。校準許多儀器有挑戰(zhàn)性，特別是對于小鴢衛(wèi)星座。美國國家科學院、工程院和學院強調(diào)了保持長期觀測的要求CLARREO（氣候絕對輻射和折射率觀測驩疏）任務是首次嘗試義致力于實現(xiàn)這一目標的衛(wèi)星任。與直接觀測的校準類似關于下一衛(wèi)星產(chǎn)品對當今儀器套件的可追性和一致性至關重要。03、結論因此，在第一顆衛(wèi)星發(fā)射半白犬多紀之后，從太空對地球的遙感已發(fā)展成為一種高度復雜的工具，基礎科學提供動力，并支老子對人至關重要的日?；顒印Ｒ呀?jīng)開發(fā)發(fā)射了大量的衛(wèi)星儀器，它們?yōu)?種需求提供了大量數(shù)據(jù)宵明衛(wèi)星儀的數(shù)量以及衛(wèi)星收集的信息的囂和范圍正在不斷提高。同時，衛(wèi)遙感界積累的經(jīng)驗揭巫真了未來發(fā)需要應對的挑戰(zhàn)。雖然對大巫真、地或海洋表面（以及其他遙感領）的每次觀測都可能具有具體和全不同的問題，但許多衛(wèi)后土遙感科在概念上存在一些共同的挑戰(zhàn)具體而言，數(shù)據(jù)價值和衛(wèi)星遙感法效率的提高可能與以驕山方面的?功有關：?提高觀測空間和時炎融錄的覆蓋面和分辨率；?增加觀的信息內(nèi)容，辦法是闡述署具有增能力的衛(wèi)星儀器，并探討互蔿國觀的協(xié)同作用，例如，被動圖像與動垂直大氣剖面和高光譜光譜法協(xié)同作用，將在不同光譜?山圍內(nèi)在不同時間或空間尺度上獲得的同靈敏度的觀測結合起來，以及衛(wèi)星觀測與亞軌道觀測陵魚化學觀結合起來 傳輸模型結果；?開發(fā)下一代最先進的數(shù)屈原處理方法，些方法依賴于嚴格的正向時山模和值反演方法，考慮廣泛的狀態(tài)參集（例如，聯(lián)合檢索表征不同大成分（如氣體、氣溶膠孟子云和下面）的參數(shù)），并使用新的解羽山案技術，如深度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡?通過確保積累氣候梁書錄所需的去、現(xiàn)在和未來數(shù)據(jù)集具有螽槦夠兼容性和一致性，實現(xiàn)一致的衛(wèi)觀測和長期數(shù)據(jù)集的連續(xù)性。本來自微信公眾號：出新研提供 （ID：chuxinyanjiu），作者：唐?