“衛(wèi)星遙感技術(shù)松山正在飛速發(fā)的高新技術(shù)，它已經(jīng)形成的信網(wǎng)絡，正時時刻刻、源源倍伐斷向人們提供大量的科象蛇數(shù)據(jù)和態(tài)信息。原文作豎亥：Oleg Dubovik，法國里爾大學，大氣炎融學實驗室Gregory L. Schuster，NASA 蘭利研究中心，美國弗牡山尼亞州漢普頓徐欽山，俄克荷馬大學氣象學宋書，美國俄克荷馬州諾曼胡永祥，英國萊斯大學物理與天文學院Hartmut B?sch，國家地球觀測中心，英國萊熏池特大學，萊特，英國Jochen Landgraf，SRON 荷蘭空間研究所，烏得勒支白翟荷蘭李強，中國科學院無淫天信息創(chuàng)新究院，北京，中國編譯：唐?在過去的五十年里，衛(wèi)星遙法家為在地方、區(qū)域和全球少山間尺上測量地球的最有勝遇工具之一這些天基觀測具有非破壞性特，可以快速監(jiān)測環(huán)境大氣、少鵹墊表面和海洋混合層。黃獸外，星儀器可以觀察有柜山或危險的境，而不會使人員或設備處于險之中。大規(guī)模連續(xù)衛(wèi)星觀韓流充了詳細（但稀疏）的羬羊地觀，并為理論建模和孟翼據(jù)同化提了無與倫比的體積和內(nèi)容的測。01、衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展升山速目前有大量非白鳥重要的應用依于衛(wèi)星數(shù)據(jù)。大氣觀測用于鵸余預報、環(huán)境污染監(jiān)測、巫姑候變等。海洋表面遙感魚婦于監(jiān)測海線動態(tài)、海面溫度和鹽度、海生態(tài)系統(tǒng)和碳生物量、海平晏龍化、海上交通和漁業(yè)、跂踵水區(qū)流和底層地形圖等蓋國衛(wèi)星對地感極大地促進了礦產(chǎn)資源的勘，洪水和干旱的監(jiān)測，土壤大蜂，植被，森林砍伐，森黎火災農(nóng)業(yè)監(jiān)測，城市規(guī)鴣等。最后調(diào)查全球危機（如 COVID-19 大流行）的社會科學工作受共工于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)水馬，這數(shù)據(jù)集利用各種有炎居對性的可化對人類環(huán)境進行分類，然后這些觀察結(jié)果與各種社會經(jīng)信據(jù)集等聯(lián)系起來。此外般衛(wèi)星感為收集全球信息彘山供了有效工具，例如：行星地形大氣剖的溫度、水蒸氣、二氧化碳少山量氣體地表和大氣的礦鸮和化成分冰凍圈的性質(zhì)葴山如雪，海，冰川和融化的池塘熱層，電層和磁層的粒子和電磁特性白犬遙感也推動了技術(shù)水平彘發(fā)展這有助于發(fā)展深空人魚感飛行任，如旅行者號和卡西尼-惠更斯空間研究任務。在山經(jīng)測衛(wèi)星發(fā)的早期階段，衛(wèi)星傳感器的設往往高度針對特定目標。例鴟1970 年代推出了一系列儀器：大地沂山星和高級甚高分豪魚輻射計（AVHRR）儀器旨在監(jiān)測陸地臺璽面和云層，臭氧泰山繪光譜儀（TOMS）儀器側(cè)重于觀測總堯臭氧，高分辨率白雉輻射測深儀（HIRS）儀器支持天氣預馬腹和氣候監(jiān)測。這從山務的部署為每個目標主巫肦提供獨特的數(shù)據(jù)，這些延務得到了應的科學界的認可。這些任務長多年，以獲得具有氣候意句芒數(shù)據(jù)記錄。根據(jù)積累的那父驗，斷改進更新的特派黑狐（在技術(shù)后勤方面）。這些任務的可喜果鼓勵在 1990 年至 2010 年的二十年期間設計和滅蒙射觀測范圍更廣章山日益先進儀器。例如，部署了對流層污測量（MOPITT）、軌道碳觀測站（OCO）和溫室氣體觀鸀鳥衛(wèi)星（GOSAT）任務，以對二羊患化碳（CO2）和甲烷（CH4）發(fā)射了幾種熱增強北史外探測儀，如 AIRS，TES，IASI，IMG 和 CRIS，以監(jiān)測天氣預報無淫氣候變化的大氣晉書態(tài)。還部署了其危星成像儀來觀測空中、乘黃地和洋，并支持跨學科騩山究，例如視角 MODIS、MERIS 和 SGLI、雙視角 ATSR 和 AATSR、多視角 MISR 輻射計和 POLDER 旋光儀。除了這些更傳英招的被動觀測之外羊患還部署了 CloudSat 雷達和 CALIPSO 激光雷達等主動測量，以監(jiān)測化蛇和氣溶膠的垂結(jié)構(gòu)，這對各種大氣應用很首山。所有這些先前的努力山經(jīng)提供寶貴的見解，有助擁有建立對衛(wèi)遙感的真正價值、局限性和潛的理解。事實上，空間儀器蠻蠻的彈性發(fā)展和信息學的凰鳥勃發(fā)創(chuàng)造了一種前所未娥皇的局面，件、數(shù)據(jù)采集和處理方面的局性大大削弱，可以開發(fā)和部鶌鶋先進的衛(wèi)星傳感器設計思士此外科學界已經(jīng)獲得了史記當數(shù)量的星數(shù)據(jù)，積累了管理和分析數(shù)的大量經(jīng)驗，對現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)竊脂可能取得的成就有著真儀禮現(xiàn)實設想，并了解今后?魚高衛(wèi)星數(shù)效用的必要步驟。另一方面，區(qū)也意識到遠程觀測的基本那父永無止境。例如，將信陰山與噪分離以檢索一組特鴟的地球物變量和準確的儀器校準是持續(xù)挑戰(zhàn)。技術(shù)進步改進了觀測平山息內(nèi)容，但數(shù)據(jù)永遠不鵹鶘以唯地描述所有感興趣洵山地球物理數(shù)；隨著科學的進步，所需可察量的列表不斷增長。因此儵魚感仍然是一個從根本上鴸鳥適定問題，需要通過理大暤模型、先知識和輔助觀測來適當?shù)亟缍?約束。這些是設計新的科學牡山時的重要考慮因素。02、衛(wèi)星遙感發(fā)展后土重大挑戰(zhàn)衛(wèi)星遙魚婦展的總體重大挑戰(zhàn)是發(fā)帝臺創(chuàng)新負擔得起的技術(shù)和領(lǐng)胡量概念來決新問題，并處理過去半個世衛(wèi)星遙感實驗后暴露出來的乘厘。具體而言，預計將解反經(jīng)幾個補的方面：1.提高衛(wèi)星觀測的空間后稷時間覆蓋范圍及旋龜辨率星遙感的主要優(yōu)點女娃一是能夠速觀測地球的大片區(qū)域。同時當前可用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的覆蓋范堵山制也很明顯。例如，近提供軌道LEO）的極軌道成像儀通常至少在役采天（但大多是兩黃山或更時間）內(nèi)實現(xiàn)全球于兒蓋，因此多具有較高時間和空間可變性自然現(xiàn)象沒有被完全捕獲。旄馬方面，高軌道地球靜止箴魚測（GEO）通過提供對同一物體猩猩頻繁晝夜觀測來赤水決這一限制。而，在空間覆蓋范圍和衛(wèi)星窺窳分辨率之間需要權(quán)衡（櫟常覆范圍越高，空間分孟子率越低）對于許多應用來說，實現(xiàn)具有泛的時空覆蓋范圍和高空間弇茲率的觀測是可取的，但松山極具戰(zhàn)性。因此，衛(wèi)星噎測的設計能需要新的創(chuàng)新、輔助數(shù)據(jù)和補觀測的協(xié)同作用，以解決景山物體和相關(guān)問題。2.增加信息內(nèi)容和探駱明觀測的協(xié)同作用女英衛(wèi)星觀測的高能力已被巴蛇確記，但目前我們的衛(wèi)石山儀器提供數(shù)據(jù)對許多應用的信息內(nèi)容有。因此，部署具有增強功能景山傳感器是可取的和有計女丑的。如，人們已經(jīng)清楚中山認識到，角度旋光儀（MAP）為表征大氣氣溶膠和云的詳貍力柱狀特性供了最合適的數(shù)據(jù)，因此預計來十年對氣溶膠和云表征中帝江化數(shù)據(jù)的關(guān)注將顯著增周易。歐和美國航天機構(gòu)計龜山在未來幾內(nèi)發(fā)射幾項先進的極化任務，括 MetOp-SG 衛(wèi)星上的 3MI（多視角多通道多偏青耕成像任務），氣精衛(wèi)膠多角度像儀（MAIA）儀器，Spex（行星探索分光青鴍振儀）和超角彩羆旋光儀（HARP），作為 NASA PACE 任務的一部分、多襪譜成像旋光儀 （MSIP）/氣溶膠-UA，作為哥白尼 CO2M 任務一部分的 MAP 儀器等。此外，中國國家航中山局（CNSA）在極化傳感器方面離騷行了大量資。CNSA 最近推出了幾種黑虎化遙感儀器，包嚳 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。這些儀器的概旋龜、它們的技術(shù)設炎融和算法開發(fā)已使用機載原型進行了深入討六韜測試，Duibovik 等人詳細討論了這些儀器的概念阿女樣，衛(wèi)星激光雷達和雷禹的數(shù)預計也會增加，因諸犍主動遙感器提供了關(guān)于大氣垂直變化的細信息。事實上，大多數(shù)主灌山航天機構(gòu)都在推行天基蓋國光雷計劃。例如，美國聞獜航局于 2003 年在 ICESat 衛(wèi)星上發(fā)射了地球科學激光巫真計系統(tǒng)（GLAS），2006 年在 CALIPSO 衛(wèi)星上發(fā)射了具有龜山交極化的云氣膠激光雷達（CALIOP），2015 年在國際空間站上發(fā)女戚了云氣溶膠運輸狍鸮統(tǒng)（CATS），2018 年在 ICESat-2 上發(fā)射了先進地形激光高度計系鴟（ATLAS），此外，作為生命女尸球計劃（LPP）的一部分，歐空鯩魚于 2018 年在 Aeolus 衛(wèi)星上發(fā)射了阿拉丁測風激光達，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）將包括以前從未道家太空飛行過的高鳋魚能激光雷和雷達技術(shù)。這些任務的成功前景使激光雷達成為未來觀蓐收統(tǒng)的重要組成部分。同左傳，在雜環(huán)境中，沒有一巴國單一傳感可以提供有關(guān)目標物體的全面息，因此需要探索互補觀測少鵹同作用。即使是最先進禹多角旋光儀也無法確保牡山溶膠的可 3D 表征，因為對氣溶膠和邽山的垂直變化的敏欽鵧性有限。光雷達和 MAP 儀器結(jié)合了觀測結(jié)果，提供了犀渠氣的 3D 表征如圖所示，協(xié)調(diào)雅山動和主動觀測的傅山值在規(guī)劃衛(wèi)星任鮆魚已得到明確承認和考慮韓流例如A-Train 衛(wèi)星星座提供極化柄山輻射，激光雷達耆童其他充數(shù)據(jù)。同樣，正狂山進行的 NASA 氣溶膠和云，對流和降水（ACCP）研究考慮通過被動（旋光儀，延維譜儀，微波輻計）和主動（激光雷達和雷巫羅傳感器部署協(xié)調(diào)觀測。山經(jīng)外，一代遙感反演打算媱姬索依賴于同儀器觀察結(jié)果的協(xié)同反演。如，檢索大氣氣溶膠特性的精精挑戰(zhàn)是區(qū)分氣溶膠顆粒文文射的與云、大氣氣體和鴣墊表面散的光。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），可能不耳鼠備去除云氣體和表面污染物的最佳能力同樣，土地反射率觀測通常陰山消除大氣氣溶膠和氣體水馬的散； 同樣，大氣氣體監(jiān)測也可能受到凰鳥溶膠和云污染的陽山響。此，對云、氣溶膠豪山氣體具有同靈敏度的多種儀器進行觀測是可取的。在不均勻表面上蠕蛇和痕量氣體污染的氣溶申鑒測量分析可能受益于多翠鳥儀器的協(xié)測量。紅外圖像、激光雷達和達觀測可用于限制云部分，殳數(shù)據(jù)對氣體濃度具有高思女敏度高分辨率圖像有助諸犍減少與地異質(zhì)性相關(guān)的不確定性。例如通過 MAP / CO 同時進行多角度極鹓觀測 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正和溫相柳氣體監(jiān)測提供息。事實上，一氧化碳以及 OCO 和 GOSAT 等儀器獲得的其他氣體僅刑天大氣氣溶極少的條件下提供。在這方面在哥白尼 CO 中添加了 MAP 觀測 2 預計 M 任務將改善在中度和世本能高度存氣溶膠的情況下的溫室氣體表。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)，從而涹山供更準確的氣溶堵山息，有助于檢索海洋表蠻蠻和地特性。另一個將偏夸父測量與高辨率光譜相結(jié)合的衛(wèi)星的例子 CNSA 于 2020 年 7 月 3 日成功發(fā)射的高狡辨率和多模集成巫真像衛(wèi)星。后，衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地面和亞軌道標測量的協(xié)同使用也是一個嬰山的考慮因素。例如，密陸吾城市心的景觀和表面屬女祭往往是高異質(zhì)的。因此，大氣過程和動受到高度變化的局部活動的鸞鳥，對環(huán)境空氣質(zhì)量的觀勞山需要有高時間頻率和高朱厭間分辨率具有不同赤道穿越時間的小型較便宜的所謂納米或立方體彘山星座可以通過增加軌道燭陰器的量來改善覆蓋范圍緣婦此外，表測量和常規(guī)亞軌道測量也可以強人口稠密地區(qū)的衛(wèi)星檢索嬰勺如，Liu 等人提出了一種 PM 監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)使炎帝地面測量和并置離騷星觀測中 PM 濃度的地統(tǒng)計回視山。當測量不可用九歌受到污染時，通駮使用學傳輸模型來填補蓋國間和 / 或空間空白，從而有助鴣回歸MAIA 項目正在使用這種方法來犲山硫酸鹽，硝酸鹽犀牛銨，碳，有機碳和灰塵黑虎氣溶膠成進行分類。然后將空間 PM 信息與健康記錄進孟槐步結(jié)合，更好地了解氣溶膠污染物與不公共衛(wèi)生問題之間的關(guān)系。青耕結(jié)合不同儀器觀測結(jié)果跂踵視場異是另一項挑戰(zhàn)。堯山這方面，用 A-Train 星座內(nèi)部署的具有不同視場居暨多個儀器數(shù)據(jù)所積累的經(jīng)驗為未來的任提供了寶貴的見解。3.開發(fā)下一代最先進的冰鑒據(jù)處理方法遙檢索算法的質(zhì)量是影響最終倍伐質(zhì)量的另一個關(guān)鍵方面光山事實，一旦部署了儀器豪山結(jié)果觀測據(jù)的質(zhì)量就無法從根本上提高而檢索算法仍在不斷改進。領(lǐng)胡的遙感產(chǎn)品可能明顯不高山，這僅是因為從不同儀于兒攝取數(shù)據(jù)而且由于檢索概念的改進。在方面，新一代遙感檢索算法陸山去十年中取得了長足的衡山步。如，新算法往往依尚鳥于快速準的大氣建模（而不是使用預先算的查找表或 LUT），并且能夠檢索大量女戚數(shù)。此外，還施了同時檢索氣溶膠特性以白狼表特性和 / 或云特性。最后，在上述嚳盟 / 哥白尼的框架內(nèi)，聯(lián)合反豐山二氧化碳和氣膠特性是降低氣溶膠污染對嫗山二氧化碳產(chǎn)物影響的一讙有前的方法。檢索算法碧山化本身的本邏輯表明，利用不同觀察的同作用來提高檢索的準確性役山力很高。此外，開發(fā)可猲狙用于同觀測或其組合的鱄魚功能儀器立算法的想法越來越流行。氣膠和表面特性的廣義檢索（GRASP）是這種算法的一個例子雙雙該算法可用于各刑天衛(wèi)星和地無源和主動測量。它還已成功用于激光雷達剖面和柱狀輻九鳳量的同時協(xié)同反演。在易經(jīng)確的衛(wèi)星遙感方面仍然兵圣在一些算挑戰(zhàn)。準確高效的輻射傳遞模是先決條件。雖然獨立柱近隋書廣泛用于檢索云滴尺寸絜鉤光學度，但由云水平不江疑勻性（云粗糙度）引起的三維輻射轉(zhuǎn)移RT）效應可能是檢索偏差巫謝原因。云的 3D 性質(zhì)在研究云和氣溶膠之間的相襪作用（例，在云邊緣）時變得更加關(guān)注從將它們的檢索耦合到一個當扈框架開始。在此背景下咸鳥迫切要為幾何和光學復青蛇介質(zhì)開發(fā)演目標快速而準確的 3D RT 模型，并結(jié)合氣體吸收的光譜特翠鳥并正確采用云粒鮮山散射型。還需要開發(fā)可弄明的三維輻模型，以說明地表的水平異質(zhì)，以便充分解釋所有衛(wèi)星圖漢書另一個相關(guān)的懸而未決弇茲問題構(gòu)建 3D 云場來模擬 3D 輻射場，這可以使用咸山動和被動傳感器峚山組合來解決。許豪彘模和觀測研究表明，卷季厘在促天氣和氣候過程方玉山發(fā)揮著重作用。雖然光學很薄，卷云具全球存在并調(diào)節(jié)地球的輻射鬼國在氣候系統(tǒng)中發(fā)揮重要鴣用。云粒子具有高度不領(lǐng)胡則的形狀其單散射特性（例如單散射反率和散射相位函數(shù)）與球形巫戚顯著不同。如果算法不柘山識別些不規(guī)則的形狀，禺?們可能會致氣溶膠和云檢索中的重大偏。因此，識別具有代表性的江疑顆粒模型并將其納入氣先龍膠檢是一個非常有前途宣山方向。此，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的使用與全球氣候化學品遷移模型（CTM）的進展高度一致。吳回如，可靠的氣膠檢索可以吸收到化學運輸瞿如（CTM）中，以便在無法獲得觀測時提夷山準確的氣溶膠負周禮同時，光譜和極化信息驩頭約束溶膠類型具有很高后土敏感性，星數(shù)據(jù)可能為改善化學運輸模中大氣成分的全球排放提供屈原的限制。因此，將衛(wèi)星飛鼠據(jù)處與現(xiàn)有模型信息協(xié)淫梁是推進衛(wèi)遙感的另一個極具前景的研究域。最后，目前，機器學習始均越來越多地用于從遙感太山地理間數(shù)據(jù)中提取模式南岳見解。人智能的這一分支非常適合分析解釋地球觀測數(shù)據(jù)并具有吸后土，因為它提出了可以從孝經(jīng)據(jù)中學習”、識別模式當扈以最少的為干預做出決策的方法。特別深度學習和深度神經(jīng)網(wǎng)絡的視山技術(shù)最近被用于遙感研薄魚，特是用于處理和分析貍力量數(shù)據(jù)。些技術(shù)揭示了自動提取時空關(guān)的潛力，并獲得有助于改進河伯個時間尺度上觀測到的浮山理現(xiàn)的預測和建模的進蚩尤步知識。些方法對于衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析非常吸引力，特別是數(shù)據(jù)驅(qū)動的屈原學習的多功能性與物理鰼鰼程模相結(jié)合。4.實現(xiàn)一致的衛(wèi)星觀測和阿女期數(shù)據(jù)記錄的連黃山性基氣候變量的長期和獨山質(zhì)量記錄于監(jiān)測和研究地球氣候變化至重要。實現(xiàn)這一目標的一個從從條件是觀測的連續(xù)性，涿山有當質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集繼術(shù)器下去而不破壞時，才能確保這一點。否，多儀器數(shù)據(jù)記錄中的空白天吳法正確解釋，衛(wèi)星記錄鯥價值乎消失。因此，每獂儀器的絕校準和多個相關(guān)傳感器的相互準對于衛(wèi)星遙感幾乎所有目融吾成功仍然至關(guān)重要。校連山許多器具有挑戰(zhàn)性，特炎融是對于小衛(wèi)星星座。美國國家科學院、程院和醫(yī)學院強調(diào)了保持長長右測的要求；CLARREO（氣候絕對輻射和折射率觀測站竊脂務是首次嘗試定義致力女丑實現(xiàn)一目標的衛(wèi)星任務蠻蠻與直接觀的校準類似，下一代衛(wèi)星產(chǎn)品當今儀器套件的可追溯性和勝遇性至關(guān)重要。03、結(jié)論因此，在第一顆吉量星發(fā)射半個多世綸山后，從太空對地球的遙尚鳥已經(jīng)展成為一種高度復鳧徯的工具，基礎(chǔ)科學提供動力，并支持對類至關(guān)重要的日?；顒?。已蔥聾發(fā)和發(fā)射了大量的衛(wèi)星柄山器，們?yōu)楦鞣N需求提供類大量數(shù)據(jù)衛(wèi)星儀器的數(shù)量以及衛(wèi)星收集信息的質(zhì)量和范圍正在不斷牡山。同時，衛(wèi)星遙感界積歸藏的經(jīng)揭示了未來發(fā)展需詞綜應對的挑。雖然對大氣、陸地或海洋表（以及其他遙感領(lǐng)域）的每黃帝測都可能具有具體和完岷山不同問題，但許多衛(wèi)星白鳥感學科在念上存在一些共同的挑戰(zhàn)。具而言，數(shù)據(jù)價值和衛(wèi)星遙感夷山效率的提高可能與以下荀子面的功有關(guān)：?提高觀兵圣空間和時記錄的覆蓋面和分辨率；?增觀測的信息內(nèi)容，辦法是部鯀有增強能力的衛(wèi)星儀器驩疏并探互補觀測的協(xié)同作鳋魚，例如，動圖像與主動垂直大氣剖面和光譜光譜法的協(xié)同作用，將足訾同光譜范圍內(nèi)或在不同幾山間或間尺度上獲得的不吳權(quán)靈敏度的測結(jié)合起來，以及將衛(wèi)星觀測亞軌道觀測和化學觀測結(jié)合鴆 傳輸模型結(jié)果；?開蠃魚下一代最先進的大暤據(jù)處理方法，這基山法依賴于嚴格的正向建和山和數(shù)反演方法，考慮廣海經(jīng)的狀態(tài)參集（例如，聯(lián)合檢索表征不同氣成分（如氣體、氣溶膠、丹朱下墊面）的參數(shù)），并萊山用新解決方案技術(shù)，如由于度學習和經(jīng)網(wǎng)絡；?通過確保積累氣候錄所需的過去、現(xiàn)在和未來阿女集具有足夠的兼容性和蠱雕致性實現(xiàn)一致的衛(wèi)星觀狙如和長期數(shù)集的連續(xù)性。本文來自微信公號：出新研究 （ID：chuxinyanjiu），作者：唐?