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空间地球科学是利用空间观测的手段,研究地球系统、各子系统之间以及各要素和过程之间的相互作用、变化机制及其发展演化的一门综合性、交叉性学科,为科学家开展地球系统科学研究提供新手段、新思路和全新视角。空间地球科学的发展推动航天技术、遥感和测绘科学、地球系统科学包括气象、海洋、水文、生态等一系列学科的发展,是全球变化背景下促进全球治理和"人类命运共同体"构建的重要基石。本文主要回顾空间地球科学的产生和发展历程,以全球水循环为例阐述空间观测在地球系统关键循环过程研究中的作用,并对中国未来空间地球观测进行展望,以期盼中国空间地球科学事业迈向新篇章。 相似文献
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始于20世纪80年代的系列大型遥感试验开始系统研究地表物质和能量交换过程,对遥感与地球系统科学研究的结合起到重要作用,但是尚无综合利用多源遥感数据解决碳、水、能量循环问题的有效方案。遥感科学国家重点实验室于滦河上游地区组织开展基础性、多学科、多尺度的"碳、水循环和能量平衡遥感综合试验"。本次试验面向地球系统科学对遥感观测的最新要求,以遥感如何服务地—气过程研究为关键科学问题,开展星—机—地多尺度遥感综合观测和地面测量,论证中国自主设计的碳、水、能量相关卫星的技术指标,基于大场景真实结构模拟和多尺度综合观测构建虚拟遥感试验场,验证全波段遥感机理模型和复杂地表辐射传输机理。核心试验区位于地势较为平坦的闪电河流域和地形复杂的小滦河流域。闪电河流域主要地类为农田和草地,开展的试验以水循环和能量平衡遥感综合观测为主。小滦河流域主要地类为森林和草地,以碳循环遥感综合观测为主。两个试验区都开展了系统性的多架次飞行试验,并同步开展地面全波段、主被动协同观测。特别设计了一次长达165 km的大跨度飞行试验,横跨两个试验区,包含了地表类型和海拔高度的逐渐过渡。从2017年的预实验开始,整个试验为期5年。基于科学目标驱动、开放、协作、共享的原则,本次试验吸引了10个大型国家科研项目,4个卫星计划团队,19家单位200人次参加,是中国主导的又一次具有明确科学目标的大型多学科交叉遥感综合试验。 相似文献
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地球系统空间观测:从科学卫星到月基平台 总被引：1，自引：0，他引：1
五十多年来,全球性对地观测已形成强大的技术能力和系统体系,在不同应用领域发挥了重要作用。随着对陆地、大气、海洋研究的深入,地球系统科学和全球变化研究正在向空间对地观测技术提出新的重大战略性需求。本文描述了面向全球变化应对、发展全球变化系列科学卫星的方案;提出面向宏观地球科学现象探测、构建月基对地观测系统的设想;同时,作为宏观地球科学现象研究的一个方向,论述了利用地球科学卫星和月基对地观测技术开展全球变化"三极"对比研究的思路。 相似文献
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随着遥感技术的不断进步,许多陆地水循环的变量已经能够通过遥感定量估算。遥感方法能够提供大范围、长周期的水循环变量数据,这极大地推进了人们对陆地水循环过程的认识和理解。阐述了遥感观测陆地水循环重要变量的基本原理,回顾了陆地水循环遥感主要技术方法的重要进展和最新成果,指出下一步可能的发展方向。尽管目前遥感技术具备获取大范围水循环关键变量的能力,但是遥感估算的水循环分量还难以满足基本的水量平衡,表明当前遥感数据的水文一致性还待加强。未来遥感陆地水循环研究的发展一方面需要新型传感器和平台来提供更高精度且时空一致的观测数据,另一方面需要开展大型地面水循环同步全过程观测试验来对遥感产品进行深入评估,以促进遥感技术在陆地水循环研究中的应用。 相似文献
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闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验 总被引：3，自引：3，他引：0
赵天杰 施建成 徐红新 孙彦龙 陈德清 崔倩 贾立 黄硕 牛升达 李秀伟 阎广建 陈良富 柳钦火 赵凯 郑兴明 赵利民 郑超磊 姬大彬 熊川 王天星 李睿 潘金梅 闻建光 穆西晗 余超 郑姚闽 蒋玲梅 柴琳娜 卢麾 姚盼盼 马建威 吕海深 武建军 赵伟 杨娜 郭鹏 李玉霞 胡路 耿德源 张子谦 胡建峰 杜爱萍 《遥感学报》2021,25(4):871-887
遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。 相似文献
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卫星重力与地球重力场 总被引：1，自引：1，他引：0
卫星重力探测技术可获取全球均匀覆盖的地球重力场信号。以GRACE为代表的卫星跟踪卫星（satellite—to—satellite tracking,SST）计划为人类提供了前所未有丰富的中长波尺度的全球地球重力场信息。本文包含两部分研究内容：一是给出基于能量守恒原理的GRACESST重力观测方程,并采用此方法以实测GRACE观测数据求解得到120阶的GRACE地球重力场模型WHU—GM—05,并同国际上具有代表性的类似模型进行了分析比较;二是采用解析方法分析了SST观测系统中KBR、ACC、星载GPS等有效栽荷误差与获取地球重力场信号性能的响应,为我国SST设计和实施提供参考。 相似文献
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地球重力场是地球的基本物理场,表征着地球物质空间分布、运动和变化,一直是大地测量学科的核心科学任务之一。随着卫星重力测量技术的飞速发展,21世纪初国际卫星重力探测计划,CHAMP、GRACE和GOCE先后成功实施,提供了大量高低卫星跟踪卫星、低低卫星跟踪卫星以及卫星重力梯度观测数据,为研究地球重力场精细结构和构建高精度全球重力场模型提供精确的长波信息。其中,基于卫星跟踪卫星观测值恢复高精度中长波重力场被各国学者广泛而深入地研究。在此背景下,本文研究由卫星跟踪卫星技术利用加速度法确定地球重力场模型的理论与方法。 相似文献
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揭示海平面变化成因有助于深入认识当前的全球气候变化,并做出积极应对。空间大地测量技术及海洋浮标观测极大地促进了对全球及区域海平面变化成因的研究,有效弥补了海洋模式对长期趋势估计不准确的缺点,有助于理解海平面长期趋势及年际变化的驱动因素。本文系统回顾了近20年关于海平面上升成因的研究进展,分析了陆地质量迁移不同成分对海平面上升的贡献。多源观测数据表明,海水质量增加贡献了2/3的海平面上升,其余1/3由海水热膨胀引起。由于气候变暖趋势没有减弱,陆地冰川消融和海水热膨胀均伴随加速度变化。这些研究成果不仅极大地提升了对当前海平面变化的认识,而且有助于约束对未来海平面上升的预测。最后,讨论了海平面变化成因研究中面临的困难与挑战:①在局部尺度上,使用观测数据尚不能完全揭示海平面长期趋势变化成因;②2016年后,全球平均海平面平衡方程的闭合差显著增大。 相似文献
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土壤水分作为全球水循环和能量循环的重要组成部分,在地球水循环、能量平衡以及气候变化中具有不可或缺的作用。传统的土壤水分实地测量方法难以获得大尺度、长时序的土壤湿度空间分布,且具有较高的测量成本。微波遥感信号源穿透能力强,具有全天时、全天候的特点,是获取长时序、大尺度土壤水分最有效的手段之一,特别是L波段的全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术,其同时具有主动和被动微波遥感的优势,在土壤水分的测量中备受关注。分析了国内外基于GNSS-R技术的土壤水分遥感研究的现状和进展,系统性地介绍了GNSS-R技术获取土壤水分的原理与特征,分别从正演与反演两个角度详细说明了土壤水分测量的具体方法步骤,给出了主要困难与亟待解决的关键问题。以最新的基于旋风全球导航卫星系统（cyclone GNSS,CYGNSS）星载反演为主要介绍对象,深入阐述了基于CYGNSS数据反演土壤水分的理论模型与方法,并简要分析GNSS-R土壤水分遥感发展面临的机遇与挑战,以期为中国今后地基、空基和星载GNSS-R土壤水分遥感... 相似文献
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Observing and monitoring the different components of the global water cycle and their dynamics are essential steps to understand the climate of the Earth, forecast the weather, predict natural disasters like floods and droughts, and improve water resources management. Earth observation technology is a unique tool to provide a global understanding of many of the essential variables governing the water cycle and monitor their evolution from global to basin scales. In the coming years, an increasing number of Earth observation missions will provide an unprecedented capacity to quantify several of these variables on a routine basis. However, this growing observational capacity is also increasing the need for dedicated research efforts aimed at exploring the potential offered by the synergies among different and complementary EO data records. In this context, the European Space Agency (ESA) launched the Water Cycle Multi-mission Observation Strategy (WACMOS) in 2009 aiming at enhancing, developing and validating a novel set of multi-mission based methods and algorithms to retrieve a number of key variables relevant to the water cycle. In particular the project addressed four major scientific challenges associated to a number of key variables governing the water cycle: evapotranspiration, soil moisture, cloud properties related to surface solar irradiance and precipitation, and water vapour. This paper provides an overview of the scientific results and findings with the ultimate goal of demonstrating the potential of strategies based on utilizing multi-mission observations in maximizing the synergistic use of the different types of information provided by the currently available observation systems and establish the basis for further work. 相似文献
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遥感与中国可持续发展:机遇和挑战 总被引：1，自引：0，他引：1
中国要实现可持续发展,必须积极应对资源短缺、环境恶化、海洋开发和气候变化等一系列重大资源环境问题;随着全球经济发展一体化进程加快,中国必须以全球视角研究和解决面临的资源环境问题。遥感在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优点,是不可替代的全球观测手段,是实施可持续发展战略的基础性技术支撑。本文回顾了遥感科学技术进步的历程,总结了国际上围绕可持续发展所开展的全球遥感科学计划,分析了中国遥感现状和服务于可持续发展的前景,并结合国际上地球综合观测系统的发展态势,提出了中国遥感科学技术发展面临的挑战和机遇,进一步阐述了遥感发展面临的建立地球综合观测系统之系统、高精度遥感模型与参数反演、遥感产品真实性检验与遥感性能判据及测试系统、遥感数据与地球系统模式同化、遥感大数据与主动服务等前沿科学与技术问题。最后指出遥感要更好地服务于社会可持续发展,服务于国家的全球战略,服务于国民经济建设;必须创新遥感应用服务模式,加快遥感产业化和商业化进程;建议推进卫星观测系统的商业化,加快无人机遥感发展,促进遥感应用市场化。 相似文献
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持续开展生态环境遥感监测对于认识和评估全球生态系统可持续性和人类生存环境状况具有重要的科学意义,是面向“推进生态文明建设”和“构建地球生命共同体”等目标和愿景,提升综合地球观测能力和应对全球生态环境挑战的务实行动。为此,中华人民共和国科学技术部国家遥感中心聚焦可持续发展、气候变化、防灾减灾和韧性城市等优先事项,通过政府部门、科研机构、国际组织和社会公众的协同,连续十年（2012年—2021年）发布和共享了“全球生态环境遥感监测年度报告”共29个专题报告和100余个遥感数据集。此项工作取得的成果包括：在遥感技术方法创新方面,基于国产高分辨率卫星和多源遥感影像,针对生态系统状况和人类活动痕迹的高精度遥感监测取得了一批具有自主知识产权的算法模型和数据产品;在人类生存环境认知方面,显著提升了公众对粮食安全、气候变化、城市扩展、土地退化和自然灾害风险等全球生态环境热点问题的科学认知;在生态环境重点区域方面,对“一带一路”、南极、非洲、东盟等典型区域开展精细化监测和评估。该项工作是中国作为地球观测组织GEO（Group on Earth Observations）联合主席国对国际社会的实质贡献,为相关机构和部门决策制定提供了重要的信息参考。本论文在此项工作开展十周年之际,系统阐述和总结了全球生态环境遥感监测年度报告的主要内容和亮点成果,并对未来发展提出展望。 相似文献
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Ranganath R. Navalgund Raghavendra P. Singh 《Journal of the Indian Society of Remote Sensing》2011,39(3):281-295
Climate change is associated with earth radiation budget that depends upon incoming solar radiation, surface albedo and radiative forcing by greenhouse gases. Human activities are contributing to climate change by causing changes in Earth’s atmosphere (greenhouse gases, aerosols) and biosphere (deforestation, urbanization, irrigation). Long term and precise measurements from calibrated global observation constellation is a vital component in climate system modelling. Space based records of biosphere, cryosphere, hydrosphere and atmosphere over more than three decades are providing important information on climate change. Space observations are an important source of climate variables due to multi scale simultaneous observation (local, regional, and global scales) capability with temporal revisit in tune with requirements of land, ocean and atmospheric processes. Essential climatic variables that can be measured from space include atmosphere (upper air temperature, water vapour, precipitation, clouds, aerosols, GHGs etc.), ocean (sea ice, sea level, SST, salinity, ocean colour etc.) and land (snow, glacier, albedo, biomass, LAI/fAPAR, soil moisture etc.). India’s Earth Observation Programme addresses various aspects of land, ocean and atmospheric applications. The present and planned missions such as Resourcesat-1, Oceansat-2, RISAT, Megha-Tropiques, INSAT-3D, SARAL, Resourcesat-2, Geo-HR Imager and series of Environmental satellites (I-STAG) would help in understanding the issues related to climate changes. The paper reviews observational needs, space observation systems and studies that have been carried out at ISRO (Indian Space Research Organization) towards mapping/detecting the indicators of climate change, monitoring the agents of climate change and understanding the impact of climate change, in national perspectives. Studies to assess glacier retreat, changes in polar ice cover, timberline change and coral bleaching are being carried out towards monitoring of climate change indicators. Spatial methane inventories from paddy rice, livestock and wetlands have been prepared and seasonal pattern of CO2, and CO have been analysed. Future challenges in space observations include design and placement of adequate and accurate multi-platform observational systems to monitor all parameters related to various interaction processes and generation of long term calibrated climate data records pertaining to land ocean and atmosphere. 相似文献
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简要介绍了数字高程模型（digital elevation model,DEM）的起源与定义,根据4种不同的观测平台分类介绍了DEM数据获取方法,给出目前国际上发布的高分辨率全球DEM的主要性质和特点。重点介绍了9大类全球DEM,分析了DEM质量评估相关的评定方法和精度指标。论述了DEM在地质灾害监测、海岸带脆弱性分析方面的应用,以美国地质勘探局和德国航空太空中心正在开展的DEM项目为例,讨论了高精度、高分辨率全球同质DEM和地形测深高程模型的最新需求,最后总结展望全球高分辨率DEM的发展趋势。 相似文献
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穆西晗 阎广建 周红敏 庞勇 邱凤 张乾 张永光 谢东辉 周盈吉 赵天杰 仲波 宋金玲 孙睿 蒋玲梅 尹思阳 李凡 焦子锑 屈永华 张吴明 程顺 崔同祥 《遥感学报》2021,25(4):888-903
遥感综合试验对于遥感科学技术的发展起到重要作用,无论是基础研究还是遥感应用都需要试验提供支撑。从2018年开始,遥感科学国家重点实验室针对遥感自身发展和遥感面向地表圈层深化应用面临的科学问题,在滦河上游流域组织了小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合观测试验,本文旨在介绍该试验的目标、区域、观测参数、观测方法以及对未来研究的展望,以期望为今后开展其他遥感试验及相关研究提供有益的参考和帮助。该试验采用星机地协同综合观测的方式,选择主要的在轨运行卫星数据及覆盖此流域的遥感产品作为主要数据;针对典型区域开展航空及无人机遥感试验,搭载光学传感器设备,获取典型区域水热循环、碳循环等关键参数;并同步开展地面观测试验,在典型实验区开展大气、植被和土壤关键参数的精细观测。目前已系统的开展了地面测量试验、无人机遥感试验及航空遥感试验,并同步收集了卫星遥感数据,形成了一套丰富的星—机—地配套遥感实测数据集。在试验的推动下,遥感科学国家重点实验室于2020年在试验区架设了多座综合观测塔,并配置了多种观测设备,开启了长时间序列观测任务,虚拟试验场的构建和机理生态模型的运行也在同步开展。小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验利用星—机—地一体化的监测方法有效获取了地表水、能量和碳循环的关键参数,为遥感机理模型发展、反演方法检验和尺度转换研究提供了关键的基础数据。目前已用来建立遥感机理模型的综合检验平台,分析和改进传统模型和遥感产品在复杂地表的适用性,阐明流域尺度碳水耦合的物理过程。 相似文献