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【文汇报】一天两次为地球照“全身像”——记上海科技进步一等奖项目“星载全覆盖复合分辨率光谱成像关键技术”

来源:文汇报 作者:许琦敏 日期:2011.05.03 版次:9

一天两次为地球照“全身像” ——记上海科技进步一等奖项目“星载全覆盖复合分辨率光谱成像关键技术”

如果有一天,新闻联播之后的天气预报没有了卫星云图——这似乎是件难以想象的事情。不过请放心,这种情况不会出现。我们的科学家设计并制造出了先进而耐用的照相机,随卫星上天,密切关注全球气候变化:一天两次,以250米的幅宽,对地球进行全覆盖扫描。

今年上海市科技进步一等奖颁给了相机的研发团队——中科院上海技术物理研究所中分辨率光谱成像仪课题组,他们为气象卫星“风云三号”提供了敏锐而耐用的“眼睛”。

一台相当于20台

分辨率250米,乍听起来并不值得称道——google earth都能看清楚小区停车场上的汽车呢!不过请注意,googleearth的图像至少要半年、一年才能更新一次,而技物所研发的相机却能一天两次为地球照“全身像”。

一天两次有何意义?台风活动、冷空气南下,乃至飓风,种种风云变幻都难以在它的眼皮下逃脱——通过图像对比,人们便可能对气候动向作出预测。

这台相机的正式名称叫“星载全覆盖复合分辨率光谱成像仪”。它随风云三号卫星,在离地球836公里的轨道上,绕着地球的南北极飞行,对地球连续成像,并每天将它们拼成一幅完整的地球多波段层析图像,发送回地面。

这可是一只“神眼”,它不仅能看到可见光波段,还能看到近紫外、近红外、短波红外,乃至远红外光——它到底有多少只“眼睛”?

项目负责人丁雷告诉记者,这台成像仪只有一个光线收集系统,所有到达成像仪的光线通过镜头后,会被分到四个不同的探测器上。在这台仪器上,他们采用了新的设计,能够探测20个光谱通道的信息,使一台相机可以抵上20台。

“以前,一个探测器只连接一个探测单元,而现在四个探测器上拥有350个探测单元。”他解释,每个探测单元都像一只眼睛,人看出的图像是由两只眼睛的图像叠加而成,那么卫星图像则是由350只“眼睛”合成的。

“眼睛”多有何好处?丁雷说,从几百公里的高空扫描地面,幅宽达到2900千米,视角会超过110°,边缘图像变形会较严重,利用不同“眼睛”所成的像,能校正出一幅更精准的“全身照”。

今年3月11日,它在天上拍摄下了日本大地震的图像,清晰地看到了日本海啸前后地形的改变。丁雷自豪地说,美国的同类卫星仪器只拍下了2个250米分辨率的图像,而我们的相机拍下了5个250米,而且清晰程度要明显高于前者!

2008年北京奥运会、2010年上海世博会,上海技术物理研究所研发的这台光学仪器,都在风云三号卫星上兢兢业业地拍摄下云图,为精确地预报中长期天气变化,立下汗马功劳。

11年赶上国际先进

这台相机的另一大特点是灵敏,能感知0.16℃的温差——把温暖的手覆在凉凉的桌面上,几秒钟后温度变化就超过了0.16℃。相机是要给地球“量体温”?差不多是这样。

地面热能通过红外、远红外的方式向外辐射,而星载相机根据这细微的温差,可以分辨出云、雪、臭氧,还能对热岛效应、厄尔尼诺、拉尼拉等气候变化进行监控。丁雷说:“其实,热岛效应也就比周边温度高出2℃——不灵敏的话,就看不出区别了。”

其实,如果翻开最初的设计方案,会发现没准备达到这么高性能。丁雷回忆,1999年项目启动时,我们的技术水平还有相当大的距离,因此各种参数的设定比较保守。到2004年,设计基本完成后,团队发现“还能做得更好”,于是在离仪器交付仅剩一年多的时间里,他们又开始了一轮新的冲刺——大幅调整设计方案,提高器件性能。

对于上天的仪器,这么做意味着要对大量的器件做改进,重新验证其可靠性。同时,由于性能要求走到了世界前列,他们没有现成范本可参照。而搭载上风云三号卫星,意味着这台相机上天后立刻进入稳定、可靠的工作状态,不得有任何差池。

——如果按部就班,顺利完成任务不好么?为什么要担这样的风险?丁雷说,为了给中国的遥感事业作贡献。

他们研制的仪器可每天制作出百米量级空间分辨率的全球真彩色遥感图像,以及每日以百米量级分辨率完整观测全球两次——这两点目前在国际上唯有中国能做到。“此举实现了国际环境观测遥感领域多年的期望,使中国具备了目前世界上时效性最强的观测能力。”他说,这台仪器在对地观测性能上优于美国和欧洲设备的观测能力。

为此,夜以继日、废寝忘食已是家常便饭。自2008年上天以来,光谱仪已经稳定工作了近3年,每天都传回各种监测图像。

就冲这,一切辛苦都值了! (本报记者 许琦敏)

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