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可持续发展科学卫星“前世今生”

2021-11-07 中国科学报 韩扬眉
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太原卫星发射中心 郑斌供图
  它是人类在地球上活动的侦察员,通过三大载荷“利器”全天时协同观测,观察人与自然如何交互作用,精细刻画着“人类活动痕迹”的点点滴滴;
  它是未来可持续发展的“吹哨人”,监控人类“不文明行为”,动态、多尺度、周期性地捕捉地球大数据为实现可持续发展目标提供丰富信息。
  它是服务联合国2030年议程,推动可持续发展目标实现的首个太空“中国代表”,以开放的胸怀实现数据全球共享、共用,为缩减可持续发展的不平衡和缩小区域间的数字鸿沟提供帮助,为发展中国家,特别是‘一带一路’国家提供数据支持。
  它就是全球首颗专门服务联合国2030年可持续发展议程的科学卫星。
  11月5日上午10点19分,我国在太原卫星发射中心用长征六号运载火箭将可持续发展科学卫星1号(SDGSAT-1)发射升空。随后,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
  捕捉地球大数据
  2015年联合国发布《变革我们的世界:2030年可持续发展议程》(以下简称“2030年议程”),如今,联合国2030年议程已进入“10年行动期”。
  然而,实施过程中一直面临数据缺失、指标体系研究不足、发展不平衡等诸多挑战,例如:可持续发展目标监测数据缺失和指标体系动态变化、可持续发展目标繁多且相互关联、区域发展不平衡,本土化问题多样、可持续发展目标监测的评价指标模型化问题复杂。
  其中对数据和方法的需求是最重要、最迫切的。多年来,虽然支撑可持续发展目标监测与评估的数据显著增加,然而,在数据的空间覆盖和及时性方面,仍然存在重大缺口。
  全球可持续发展目标指标数据库显示,仅有少数几个可持续发展目标的数据覆盖超过了80% 的国家,且对于大部分目标而言,数据存在严重的时间滞后。以上数据缺口对实时监测各目标进展及评估区域间差异造成了阻碍。
  “数据创新是解决上述缺口、加速实现可持续发展目标的关键,而创新的一个重要领域是地理空间信息和统计信息的融合。”中国科学院院士、可持续发展科学卫星首席科学家郭华东表示。
  通过卫星、航空、地面传感器等获取对地观测数据,且以对地观测数据为基础、具有空间属性的地球大数据一方面具有海量、多源、异构、多时相、多尺度、非平稳等大数据的一般性质。同时,具有很强的时空关联和物理关联,具有数据生成方法和来源的可控性。地球大数据可促进理解地球自然系统与人类社会系统间复杂的交互作用和发展演进过程,从而为实现可持续发展目标作出重要贡献。
  这些,通过SDGSAT-1产生的数据可以实现。
  郭华东介绍,SDGSAT-1有三大科学目标:一是通过探测人类活动与地球表层环境交互影响的地物参量,实现综合探测数据向可持续发展目标应用信息的转化,研究表征人类活动与自然环境相关指标间的关联和耦合。
  二是充分利用可持续发展卫星1号对地表进行宏观、动态、大范围、多载荷昼夜协同探测的优势,研究城市化水平、人居格局、能源消耗、近海生态等以人类活动为主引起的环境变化和演变规律,服务可持续发展目标相关领域的研究。
  三是探索夜间灯光或月光等微光条件下地表环境要素探测的新方法与新途径。
  “希望形成国内外现有卫星系统和可持续发展系列科学卫星协同互补观测体系,为全球可持续发展目标监测和评估提供系统性支撑。”郭华东说。
  “硬核”指标性能
  SDGSAT-1的成功发射并运行,是中国科学院集成优势研究力量和资源,系统深入开展地球大数据支撑可持续发展目标实现工作的结果。
  2018年,中国科学院部署了“地球大数据科学工程”A类先导科技专项(以下简称:“地球大数据专项”),SDGSAT-1由地球大数据专项研制,从2019年1月工程立项,经过多个单位3年协同努力所共同完成。
  其中,可持续发展大数据国际研究中心为该卫星主用户方,中科院国家空间科学中心负责工程大总体和地面支撑系统的研制建设,中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统研制,卫星有效载荷由中科院上海技术物理研究所、长春光机所、空天信息创新研究院研制。科学应用系统由中科院空天信息创新研究院研制。测控系统由中国西安卫星测控中心负责。用于这次发射任务的运载火箭由中国航天科技集团有限公司第八研究院(805所)研制,此次任务是长征六号运载火箭的第8次飞行任务。
  SDGSAT-1卫星为太阳同步轨道设计,搭载了高分辨率宽幅热红外、微光及多谱段成像仪三种载荷,设计有“热红外+多谱段”、“热红外+微光”以及单载荷观测等普查观测模式,可实现全天时、多载荷协同观测。同时,拥有月球定标、黑体变温定标、LED灯定标、一字飞行定标等星上和场地定标模式,保证了精确定量探测的需求。
  值得一提的是,SDGSAT-1卫星的微光载荷是国际首个高分辨率夜光遥感载荷,可以精确识别城市次干路及小区灯光分布特性,另通过彩图提升灯光及地物识别能力,探测城市夜间颗粒物浓度。
  SDGSAT-1卫星的热红外载荷为30米分辨率,具备目前全国最高空间分辨率,300km量级的幅宽,可以提供全球范围地表的高精度长波红外数据,实现对城市发育和空间格局的精细刻画。
  此外,SDGSAT-1卫星的多光谱载荷分辨率为10米,适合海岸带、近海环境探测。
  “通过三个载荷全天时协同观测,旨在实现“人类活动痕迹”的精细刻画,将为表征人与自然交互作用的指标研究和对全球可持续发展目标实现进行监测、评估和科学研究提供数据支持。”郭华东表示,卫星在轨运行后,其数据产品将面向全球进行共享,为国际社会,特别是发展中国家,提供开展可持续发展目标研究所需的数据支撑。
  共赴美好未来
  为什么需要可持续发展科学卫星?大数据究竟为什么如此重要?
  事实上,过去一段时间,可持续发展大数据国际研究中心利用地球大数据支撑可持续发展目标,已取得了一系列的显著成果。
  诸如在实现“零饥饿”方面,聚焦可持续粮食生产体系,发展了融合多源信息的空间分布制图方法,构建了中国耕地复种指数和14种主要作物空间分布数据集,据此开展相关研究,提出了数据驱动的高效生态农业模式,并通过实体试验农场案例,为农户与不同规模经营主体开展可持续农业生产提供技术支撑与示范。
  在实现清洁饮水和卫生设施方面,发展了中国湖泊水体透明度数据集、全球大型湖泊水体透明度数据集等多个数据集,并开展湖泊水体透明度、农作物用水效率指标的全球示范应用,研究成果为联合国全球可持续发展目标数据库中收录的中国数据集提供了补充,为其他发展中国家监测和评估SDG 6目标实现进程提供了重要的参考。
  此外,还将在保护和捍卫世界文化和自然遗产、加强各国抵御和适应气候相关的灾害和自然灾害的能力、预防和大幅减少各类海洋污染等多个可持续发展目标需求开展监测和研究。
  “希望与国内外的科学家一起,充分利用SDGSAT-1卫星对地表进行宏观、动态、大范围、多载荷昼夜协同探测的优势,通过全球数据资源的有效获取和共享共用,为缩减全球可持续发展不平衡和区域间的数字鸿沟做出贡献。”郭华东提出了SDGSAT-1卫星的美丽愿景。
  中国科学院副院长、党组副书记、空间科学卫星工程总指挥阴和俊表示,SDGSAT-1卫星是中国实质性贡献2030年议程的重要体现,是向国际社会展现大国担当的具体行动。同时,也是中国科学院落实习近平主席致CBAS成立大会暨2021年可持续发展大数据国际论坛贺信精神、体现心系“国家事”、肩扛“国家责”的具体举措。希望以此为契机、以建设CBAS为抓手,充分发挥中国科学院多学科综合性优势和国家战略科技力量的特点,为2030年议程实施和构建人类命运共同体做出更大贡献。
打印 责任编辑:阎芳
  • 地球轨道变化或是气候突变幕后推手

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