對地觀測——另一個視角看地球

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（本文發表于2017年第2期）

第一作者

簡介

熊盛青，中國國土資源航空物探遙感中心副主任、總工程師、教授級高級工程師，獲國家科學技術進步獎特等獎 1 項和二等獎（排名第一）2 項、省部級科技獎 15 項（其中一等獎 5 項）等，獲全國杰出專業技術人才、國家“萬人計劃”第一批科技創新領軍人才、李四光地質科學獎、黃汲清青年地質科技獎等榮譽，享受國務院政府特殊津貼。

人類自誕生起，從未停止過對地球的探索和認知，其根本目的是為了探索更好的生存環境與發展空間。近幾十年以來，全球不可再生資源的日益減少、氣候變暖、海平面上升、臭氧層遭到破壞、土地退化與荒漠化加劇、環境惡化及自然災害頻發等全球性資源環境問題引發了全社會廣泛關注，迫切要求人們用新的視角和新的技術研究地球的現狀和演化規律，推動資源、環境和災害等問題的解決。于是，以研究地球各圈層特征的地球科學首當其沖，面臨著難得的機遇和嚴峻的挑戰。

01

我們賴以生存的家園：藍色星球

地球科學博大精深，內涵宏闊，“縱橫數萬里，上下過億年”。地球科學構建于現代自然科學基礎之上，它研究的是先進的“觀察與測量”。門捷列夫曾言：“科學源于測量，沒有測量就沒有科學，至少沒有精確的科學”。近幾十年里人們常常聽到的“對地觀測”（Earth Observation，EO）就是指面向地球科學的“觀察與測量”技術，它以地球為研究對象，依托空間科學技術、信息技術、航天技術和光電技術等，利用衛星等航天器、近空間飛行器以及飛機等平臺所搭載的傳感器，對地球資源、環境及人類活動進行觀察、探測和監視，從全球、區域性乃至局部等各種尺度，系統化地研究地球各圈層及圈層間的互動關系與內在規律。對地觀測是地球空間信息科學的技術基礎，而這一體系中最核心的技術則是“3S”技術及其集成。“3S”是遙感（RS）、地理信息系統（GIS）和空間導航定位系統（GPS、“北斗系統”“伽利略系統”等）的統稱，而“集成”，則是指對地觀測方法技術的綜合運用以及觀測信息的在線連接、實時化處理以及系統的有機結合。

02

欲窮千里目，更上一層樓：

如何認識地球？

人們對地球的認識首先關注的是其形狀大小與運動特征。古代中國有“天圓地方說”“蓋天說”，認為地為方，天為圓。北朝民歌《敕勒歌》曰：“天似穹廬，籠蓋四野”，“天圓地方”的觀念影響了中國文化數千年，今天在許多傳統建筑、圖案設計和器物的紋飾中，這種思想仍然可見。古代歐洲對于地球的認識更為深刻，經歷了從托勒密的“地心說”到哥白尼的“日心說”的漫長過程。哥白尼通過天文測量，以觀測實驗的方法證明了太陽是宇宙的中心，更正了人們的宇宙觀，明確了地球的形態以及在宇宙中的運動特點。直到1519—1521年，真正通過實證表明地球是“球體”的是葡萄牙航海家麥哲倫船隊的環球航行。

今天，人們非常容易理解對地球的科學認識，這背后的一個原因就是觀測角度的變化。中國古人說，“欲窮千里目，更上一層樓”，說明登高方可望遠！孔子“登東山而小魯，登泰山而小天下”也是這個道理！阿基米德說過：“給我一個支點，我可以撬起地球！”套用這句話，我們還可以說，“只要有更高的視角，就能更準確地觀測地球。”古人早就通過望遠鏡觀察星宿變化，觀測天體運轉，認識宇宙運動。如果我們互換一下視角，站在太空一點觀測地球，那就能更為全面地認識地球的形狀、大小以及陸地、海洋、大氣等的分布與運動變化特征。這就是人們最早的對地觀測思路，也就是“遙感”的思想起源。發展到今天，遙感已經成為對地觀測技術的核心。

遙感（Remote Sensing），通俗地講就是“遙遠的感知”，簡單點理解就是從空中或者太空觀測地球，給人最直接的感受就是“拍照片”。而實際上，人類能直接感知（通過視覺、聽覺、嗅覺等）的信息是極其有限的。就人眼而言，只能看到反射與人眼感知相一致的光譜的物體或現象。因此，遙感的準確定義是一種在可見光、紅外和微波等電磁波段內，以一定的高度通過主動或被動的方式探測目標物體的電磁波反射和輻射信號，揭示地物特性及其變化的技術。“遙感”一詞最早是由美國學者Evelyn. L. Pruitt于1960年提出，早期遙感主要以航空攝影為主。沿襲至今，凡以空中飛行器為平臺的遙感就稱為航空遙感。自1972年7月美國發射了世界上第一顆陸地遙感衛星后，標志著航天遙感時代的開始。經過幾十年的發展，遙感已從狹義的可見光、紅外、微波等觀測又擴展到地磁場、重力場、聲波、地震波、放射性等綜合性的對地觀測。

> 衛星對地觀測系統（遙感、通訊、導航衛星與空間站、中繼衛星的聯合）

03

不識廬山真面目，只緣身在此山中：

遙感與制圖

地圖是人們在實踐中認識地球表面的結果，也是指導生產活動的工具。早期的地圖繪制局限于目視所及的范圍，我國古代在地圖繪制領域取得了很大的成就，形成了“制圖六體”，之后又衍生出了“計里畫方”，成了近代地圖制圖的基本方法和數學基礎。古人通過實地天文測量確定基本方位，以表、羅盤、望筒、規矩、準、鉛垂繩、繩尺、丈桿、計里鼓車等測量方向、方位、距離和高差，最后制成二維平面地圖，這個過程復雜而低效。

遙感技術的發展極大促進了現代地圖制圖技術的進步，從作業方式上解決了古代測圖效率低的難題，從信息源上更為全面地再現了地表的復雜性與真實程度。今天，遙感圖像已成為人們日常生活不可或缺的重要工具。借助谷歌地球（Google Earth?）、搜狗地圖等虛擬地理信息引擎，通過飛機、無人機與衛星等平臺搭載的可見光（波長：0.3~0.7微米）、紅外等多種傳感器獲取的海量遙感數據，可直接對所需地理信息進行訪問、搜索和查詢，獲得查找對象非常直觀的影像，徹底改變了以往“紙質地圖”應用方式的局限，實現足不出戶即可“識盡廬山真面目”的目的。這就是遙感信息的作用！

從1839年達蓋爾（Daguerre）發明了照相技術算起，航空攝影測量的歷史已超過百年。真正將攝影技術用于測量的是法國陸軍上校勞賽達（Laussedat）在1858年在風箏氣球上用照相機拍攝巴黎，開始嘗試空中攝影。直到1909年，世界上第一次從飛機上拍攝的航空照片來自于意大利羅馬的Centocelli軍事基地，這是迄今為止所知道最早的航空影像。航空攝影最早廣泛應用于軍事偵察方面，1915年，美國海軍通過航空攝影，完成了第一個有正式記錄的航空攝影偵察活動。但航空攝影在森林調查和地圖測繪等民用方面的應用則是在10年之后的事。第二次世界大戰中，得益于航空照相機能力的增強，戰場偵察拍攝的航空影像更為清晰，英軍準確拍攝出德國V-2彈道導彈的發射基地。

借助航空攝影測量（Aero Photogrametry）、三維激光掃描（Lidar）和最新發展的傾斜攝影測量（Tilt Photogrametry）等多種航空遙感手段，現在的地圖制圖已從平面“線劃”地圖轉變到仿真的“影像”地圖，不僅實現了“看圖說話”，還可精確測量地面房屋、道路、橋梁等地物的三維參量。另一方面，將影像地圖和空間定位衛星數據結合可用于交通工具導航與重要地物定位，也是人們現代生活必不可少的技術手段。

近年，無人機的快速發展大大豐富了航空遙感的內涵。利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術，能夠實現自動化、智能化、專用化地快速獲取國土資源、生態環境、自然災害等的空間遙感信息，且完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。無人機遙感技術由于具有機動、快速、經濟等優勢，已經成為世界各國爭相研究和開發的熱點，有望成為未來主要的航空遙感手段之一。

> 無人機遙感

近空間、航空和地面平臺的綜合集成促進了天地一體化攝影測量與遙感的數據獲取方法，可提供愈來愈多的影像和非影像數據。近10多年來，航空高光譜測量技術獲得很大發展，可以通過精細地測量巖礦石的光譜特征（光分辨率可達10納米左右），實現礦物填圖，目前可有效地識別出20多種礦物和礦物組合。近幾十年來通過航空平臺，航空地球物理探測（也叫航空物探）也有很大發展，充分利用重力、磁、電和放射性等傳感器，測量地磁、電磁、重力和放射性異常，用于地質調查、資源勘查和環境監測等領域，取得了豐碩成果。

04

高瞻遠矚遙感者：

衛星遙感與地球系統觀測

上世紀70年代初以來，衛星對地觀測技術得到了廣泛應用。尤其在地球科學領域從空間角度分析地球系統的水、碳、能量等循環要素的時空分布特征和變化規律，回答地球圈層動態演變過程中出現的科學問題。基于衛星長期觀測獲取的動態遙感數據，人們開展了各類資源、生態環境、氣象氣候、自然災害、生物多樣性等社會、經濟及其相關領域的研究工作。

相比于航空遙感，衛星遙感的成像范圍更廣、遙感譜段更多、持續時間更長，并且通過多種衛星聯合組網，構成了對地球全方位、多角度、多尺度的觀測，更為詳細和深刻地探查和監測地球資源、環境等的變化。根據國際衛星對地觀測委員會(CEOS)的數據，當前在距離地球1000千米的范圍內，以陸地、海洋、大氣為主要目標的遙感衛星超過了800顆，其中以美國、歐盟擁有的衛星最多，而中國、印度等國家正在發揮后發優勢，努力爭取“彎道超車”，構建自主的對地觀測系統。

遙感衛星系統的建設是一個多學科結合的復雜工程，蘊含著諸多領域技術人員共同努力的成果。業務化遙感衛星以應用需求為牽引，同時也引領著新遙感應用領域的開發，這是一個“互動”的過程。這里只說說衛星遙感的情況。在按技術發展與用戶需求完成遙感衛星的設計、制造、安裝后，由火箭將其發射升空。我國目前已擁有成套的火箭系統與先進的發射技術，可以將重達幾十噸的衛星推至幾百千米外，甚至更遠的太空。目前我國已在甘肅酒泉、山西太原、四川西昌和海南文昌建有衛星發射場。最著名的火箭是長征系列火箭，已經運送數百顆衛星成功進入預定軌道。衛星進入預定軌道按控制程序展開太陽能電池板（也就是它的“翅膀”），經地面測試和調整后，就可以開始正常地獲取遙感數據了。常見的光學衛星好比“千里眼”，可獲取不同分辨率（清晰程度）的影像數據；熱紅外探測器可以不分日夜地探測地表的溫度信息；而雷達衛星則不論陰晴雨雪，不分晝夜（即“全天時、全天候”）地獲取地面的微波反射信息。

一般的遙感衛星在通過地面接收站上空時將獲取的觀測數據下傳至地面接收站。現在較先進的衛星可以將獲取的數據先上傳給中繼衛星，再由中繼衛星按用戶需要隨時回傳到地面站。這些下傳數據經地面系統的處理后最終形成可提供用戶應用的衛星遙感圖像數據。而衛星則按照設定軌道日夜兼程繞地球運行，不斷收集遙感數據。

> 遙感影像數據獲取的流程

從近50年的衛星遙感對地觀測發展歷程來看，早期的傳感器以光學相機為主，20世紀七八十年代，針對主要地類、地表溫度與濕度、大氣狀況及化學成分測量的需要，多光譜遙感傳感器不斷被開發，并普遍應用；90年代則是全球遙感衛星快速發展的階段，高空間分辨率光學成像、成像雷達，以及降水與云擴線、地球輻射能量、海洋水色測量等新型傳感器相繼出現，衛星對地觀測傳感器數量達到80多臺。進入新世紀以來，傳感器的類型更為多樣化，一些新型傳感器，如激光雷達等開始服務于空間對地觀測，全球在軌衛星對地觀測傳感器數量達到220多臺，空間對地觀測形成了以成像光譜（包括多光譜和高光譜）、成像合成孔徑雷達（SAR）和激光雷達為代表的先進對地觀測技術體系。

衛星遙感經過50多年的發展，為人們研究地球系統科學提供了大量的陸地、大氣和海洋的觀測數據，這些數據以很高的空間、光譜、時間、溫度分辨率和定位精度，在資源調查、環境監測、災害預警和救援，以及全球氣候變化、大氣環流、碳循環、水循環、海洋動力、極地冰雪消融等全球性科學問題研究中發揮了巨大作用，產生了無可計量的社會、經濟和生態效益。而這一切正是得益于衛星的“高瞻遠矚”！

> 衛星遙感監測所揭示的極地冰層覆蓋厚度變化

> 全球根區土壤含水量分布

> 全球作物生長狀況與全球海表溫度

衛星遙感所解決的問題，多是公益性的，事關人人，又常常與個人無關的事情。除了地球系統科學問題之外，從人們日常生活角度而言，衛星遙感到底能干什么呢？一句話，主要還是解決資源、環境和災害問題。

資源是社會發展的根本，沒有資源，發展就難以為繼。衛星遙感廣泛應用于地球資源（包含農業、林業、土地、礦產、能源、地表與地下水、氣象、海洋、旅游等資源）調查與變化監測，為國家和地方社會經濟發展規劃的制定、基礎設施建設、城鄉協調發展提供可靠的基礎數據。

近幾十年來，隨著生活水平的提高，人們對優美清新環境的渴望越來越傾心，對全球和區域環境問題的關注也越來越強烈。遙感技術宏觀、真實、多尺度、多時相重復觀測等優勢為環境監測提供了有效手段。例如采用遙感方法對水體污染、空氣污染、植被生長變異、土壤污染與退化、土地荒漠化、濕地消亡、城市“熱島效應”，以及對資源不合理開發、城市污染物隨意排放等造成的環境破壞狀況進行調查和定期監測，進行區域環境承載力評價，為產業合理布局、城鄉協調發展、促進生態環境良性循環和社會經濟可持續發展提供了現勢性較強的可靠依據。

遙感在災害應急調查與災情評估中所具有的“快速、準確”優勢，是毋庸置疑的。例如在2008年“5·12”汶川特大地震后，全國許多單位立即組織了衛星和航空遙感應急調查與監測，在短時間內向中央及有關部門提供了最優救援路線、解救被困人員、預警和排除次生地質災害等方面的第一手資料，為災害評估和及時救援作出積極貢獻。現在，遙感已成為災害定期監測和災后應急調查的必備手段，每當有臺風、洪災、滑坡、泥石流等災害發生，能夠第一時間沖在救災第一線的一定有遙感技術隊伍。

05

夜視遙感所揭示的全球發展狀況

衛星遙感不僅提供真切的可視圖像，也可進行目標地物屬性參數和變化量的精細測量。這種能力在微波雷達遙感領域表現尤為突出。例如采用干涉合成孔徑雷達（InSAR）與極化InSAR數據，可以對地面極其微小的變化進行準確測量。我國已經開展了長達10余年的全國地面沉降InSAR監測，可以精確地測量城市、樓房、道路和橋梁等地物的下沉量，以及山區滑坡體的微弱位移量，等等。這種技術也廣泛用于地震、火山活動等災害發生前的變形監測，進而了解災害孕育狀況，及時發出預警，避免人員傷亡。

衛星除了在白天對地球照相之外，近年熱紅外夜視遙感技術也得以發展。通過拍攝大區域范圍的夜間燈光變化，可以揭示各地區經濟發展的狀況。

06

致廣大而盡精微：

遙感新方向與我國對地觀測發展

如果要概括遙感的發展特點，可以用“致廣大而盡精微”（《中庸》）來表達。這里的“廣大”指遙感觀測平臺的高遠與觀測范圍的廣大；“精微”則是空間、時間、光譜、溫度等分辨率和測量精準度的提高。從全球范圍來看，當前的遙感衛星的重復觀測頻率從數月到幾小時，空間分辨率從千米到幾厘米，光譜分辨率從幾微米到幾納米，電磁波譜從可見光到微波，模式從被動到主動，觀測角度從單一角度到多角度，從單極化到全極化等方向全面發展。衛星體制上，星座與編隊（組網模式/快速重訪/全球覆蓋/快速響應）、姿軌控與相位、極化測量以及新型SAR成像概念等得以快速發展，遙感衛星將以有限任務目標為主，全面提升指標質量，兼顧多目標任務，形成光學、高光譜、SAR等業務化衛星長期監測，凝視、視頻和夜視等新型科研衛星快速研發，形成全社會共同參與，面向多用戶服務的開放式發展格局。對于地球系統科學研究，則具備了長期的數據保障，以長時間序列的積累觀測助力地表現象及其深層次的規律探索。

與歐美等先進航天大國相比，我國遙感衛星的發展較晚，但經過30多年的快速發展，現已成為空間對地觀測大國，形成了陸地、氣象、海洋環境測繪等遙感衛星序列，并同時發展了商業小衛星和空間站等對地觀測系統，并在深空探測領域逐步開展月球探測（火星探測也即將實施），構建了遙感、通訊、導航等緊密結合的衛星系統。我國的遙感衛星起步于中巴合作，1999年首顆CBERS-1衛星發射升空，至今已有13顆國產陸地衛星，形成了資源、環境、實踐、資源、測繪、高分專項等6大系列。其中特別是高分系列衛星，定位于構建我國自主的高分辨率（亞米級/米級）對地觀測系統，包含7顆衛星與其他觀測平臺，覆蓋了從全色、多光譜、高光譜到雷達，以太陽同步和地球同步等軌道觀測，構成高空間、高時間和高光譜分辨能力的遙感衛星系統。

> 國產高分衛星影像

國土資源是這些衛星的主要應用領域，2013年提出的《國土資源陸海衛星業務發展規劃》已納入《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃》序列，標志著國土資源衛星業務應用將邁入新階段。

以大型科學計劃為牽引是當前遙感衛星發展的新特點。在業務化遙感發展領域，當前最具代表性的是歐盟主導的“哥白尼（Copernicus）計劃”，其前身是全球環境與安全監測（Global Monitoring of Environment and Security，GMES）對地觀測計劃，以陸地、海洋和氣象應用的“哨兵”系列遙感衛星系列形成了對巖石圈、水圈、大氣圈、冰川層和生物圈不同尺度的業務化監測，以此應對重大事件應急響應、人道主義危機等公共環境與安全需求，實現對全球及歐盟成員國及熱點地區不同尺度上的公共服務，支撐政府決策和重大戰略制定。GEMS是歐盟與歐空局于2003年正式啟動的一項重大航天發展計劃，主要目標是通過對歐洲及非歐洲國家（第三方）現有和未來發射的衛星遙感數據及地面觀測數據進行協調管理和集成，實現環境與安全的實時動態監測，保證歐洲的可持續發展，提升國際競爭力。

“哥白尼計劃”是歐洲繼“伽利略計劃”之后又一個以著名科學家命名的重大科技發展計劃。“哨兵”（Sentinel）系列衛星是支撐“哥白尼（Copernicus）計劃”得以實施的對地觀測系統，涉及雷達、多光譜、雷達高度計、大氣化學成分監測儀等多種有效載荷，具備中高分辨率成像和中大尺度覆蓋能力，用于地表形變、海洋活動、植被、土壤和水覆蓋、內陸水道及海岸帶、海面和地表溫度、海洋水色和土壤特性、海洋預報、大氣狀況、全球海面高度變化等領域的觀測，服務地球系統科學研究。

> 歐洲 Copernicus 計劃哨兵 -2 多光譜衛星

> 中東干旱地區節水農業灌溉假彩色影像

（Sentinel-2a 衛星，沙特阿拉伯 Tubarjal，

圓圈為集中灌溉系統農田）

> 意大利 Etna 火山噴發（2017 年 3 月 16 日，哨兵 -2 號衛星拍攝。紅黃色為噴出口，藍色為積雪，人為設置，用于區分）

與“哥白尼（Copernicus）計劃”對應的Earth Explorers歐洲地球探測計劃，由8個地球探測衛星組成，其根本目標是通過對地球重力、磁場、電場、風場的探測，研究地球系統及其變化過程，尤其是在全球變化的背景下在氣候變化預測、水循環、極地保護中廣泛開展國際合作，推動地球系統科學研究。

> 歐洲 Copernicus 計劃與 Earth Explorers 計劃

與公益性科學探索的業務化衛星不同，商業化的小衛星因具有技術含量高、應用優勢顯著和可相對經濟地持續發展等產業特征，逐漸受到世界各國政府和宇航技術開發機構的高度重視。經過20多年的發展，當前已進入高速發展階段。我國的商業遙感衛星從“北京一號”到“吉林一號”，再到去年發射的“高景一號”，標志著我國商業小衛星產業化的顯著進步。得益于研制周期短、可批量生產、組網靈活等特點，小衛星是未來衛星應用發展的方向。當前，以高端小衛星、皮納衛星、商業化采購服務等為代表的細分市場正在加速形成，其技術理念、應用模式將更加開放和創新。

07

慣于星觀天地變：體驗地球自然美

衛星遙感的出現讓人們足不出戶便可俯察大地“品類之盛”，欣賞萬物變化，體驗自然之美，這是工業文明帶給人類認知的進步。當人們跳出地球表面這座“廬山”，見識了她更多、更美的面目的容貌變換之時，不僅感慨幾十億年的歲月在她臉上留下的不只有滄桑，更多的是難以言喻的神奇與美麗，她更像是上帝創造的偉大藝術品，而我們每個人都不知不覺地生活于其中。從藝術創作的角度來講，遙感衛星可被視作最具現代性和科技性的創作工具之一，也可以被視作當代工業藝術中難度最大的創作技法之一。

衛星遙感對地觀測充分體現了工業與藝術的完美結合。工業之美在于衛星設計的嚴謹精密，制造工藝的先進完美，外觀造型的對稱美觀，時空基準的精確統一，代表了航天、通信、測控、光電等多種技術的協調組合；而藝術之美則在于對地球變化之美的瞬間表達與長久刻畫。我們大多數時候將衛星影像用于科學研究，卻忽略了它作為一種藝術表現形式的存在。廣袤的大地上每一處地物構成的光、影、色彩和形態千變萬化，以及那些戲劇性的場景、玲瓏剔透的形態和賞心悅目的色彩，構成了一幅幅超乎想象的絢麗畫卷，時而抽象，時而寫意。不同于藝術家的筆墨，大自然創作的工具是風動、水流、火山活動、變質作用、沉積作用和時間琢磨。其筆觸之深沉，力道之遒勁，所到之處山巒疊嶂、江河咆哮、亂云飛渡、無不讓人心生敬畏。在大自然面前，世上的藝術家們一直引以為自豪的創作技法、創作工具、創作方式都將黯然失色，難與之相比。

遙感影像之美不僅在于自然之美，還在于能發現隱藏于表像之后的人類肉眼無法看見的美。衛星遙感影像不同于普通數碼相機拍攝的影片，可以捕捉地物在可見光、近紅外、熱紅外、微波以及紫外等不同波長的電磁波的反射和輻射能量。而不同的物質成分在不同波長光譜下構成的影像大多是不同的。因此，用肉眼在自然光真彩色條件下只能看到地物的一部分特征，而難以區分地物可能在近紅外、熱紅外、微波等波長所構成的假彩色影像中表現出的差異，通過遙感數據變換處理可將這些差異顯示出來。大家最為熟悉的美國Landsat-7衛星擁有7個波段，除紅綠藍3個可見光波段外，還有1個近紅外波段，2個中紅外和1個熱紅外波段。中國國土資源航空物探遙感中心近年引進的機載HyMap高光譜儀可記錄可見光到近紅外的144個波段。我國即將發射的GF-5號衛星則可獲取從可見光到熱紅外波長范圍內的300多個波段的遙感影像。

讓我們體驗一下由遙感衛星拍攝下來的天然藝術之作。摩洛哥Anti-Atlas山脈由8000萬年前非洲大陸與歐亞大陸板塊的碰撞而形成，蜿蜒的沉積地層記錄著當時板塊碰撞的巨大力量，不同的物質組成、不同程度的侵蝕構成了五彩斑斕的色彩差異。古絲綢之路上的火焰山和庫木塔格沙漠，白堊紀的紅色砂巖在常年的雨水沖刷和風沙侵蝕作用下表面形成一條條溝壑如火焰一般；而庫木塔格沙漠是世界上唯一與城市相連的沙漠，呈現著“綠不退，沙不進”的世界奇觀，更是詮釋著當年曾經繁華一時的樓蘭古國為何湮滅的千古奧秘。

> 摩洛哥 Anti-Atlas 山脈

> 火焰山與庫木塔格沙漠

恒河三角洲地區的Sundarbans，有世界上面積最大的紅樹林，為阻攔孟加拉灣颶風造成的洪水災害提供了重要的緩沖。如發辮一樣分布的河流揭示了海陸作用與狂風強大的侵蝕力沿海岸塑造出的奇特景觀。由于恒河-布拉馬普特拉河三角洲諸多河口的泥沙沉積物數量巨大，泥沙在水中隱約可見，河口的河流與小溪縱橫交錯，渠道密布，其上則分布著支離破碎的林地、沼澤和農田。

> 恒河三角洲地帶

08

俯察品類，仰觀宇宙：

對地觀測與深空探測

全國科技創新大會上提出了發展深空、深地、深海探測的戰略方向，向“三深”進軍吹響了新一輪地球科學研究的“集結號”，要求發展對地觀測以“俯察大地”，開展深空探測以“仰觀宇宙”，應對全球氣候變化與能源危機，避免重大自然災害，構建和諧人地關系。構建面向地球各圈層動態演化過程監測與預報的綜合對地觀測系統是當前國際地球科學領域發展的主要特征，以綜合對地觀測系統支撐的重大科學計劃是當前地球科學進步的重要途徑。構建面向資源、環境與災害日常監測的業務系統，發展地球各圈層互動作用下的地球系統科學研究，以實現對地球系統變化規律的新認知，是對地觀測技術實現綜合應用的主要領域。

深空探測是認知宇宙的重要手段，是地球科學向行星科學的拓展。國際上開展月球、火星及太陽系外太空探測也已持續了半個世紀。中國等國家近年提出了以“月球為主，向火星進軍，兼顧小行星”的研究計劃。其中月球探測計劃正在有序推進，火星探測計劃已正式啟動。我國在綜合對地觀測與深空探測研究領域與美國、歐盟、日本等仍有差距，表現在深空觀測的系統性、整體性不足；對地觀測大數據綜合集成科學研究偏低；先進遙感應用技術深入研究不夠；對地觀測遙感產品的綜合服務能力有待提高；面向地球深部探測的空間觀測技術與裝備仍顯不足。

聚焦國土資源與地質調查事業創新發展需求，大力推進對地觀測研究與業務應用是服務國土空間有效監管，拓展新型能源資源調查，助力重要經濟區與城市群地質環境安全與防災減災，支撐海洋強國戰略與維護海洋權益，促進新型對地觀測技術創新發展的內在需求，是發展創新型大國地位和實力的重要步驟。“十三五”期間，我國將圍繞《高分辨率衛星發展規劃（2010—2020）》《國家民用基礎空間設施發展規劃（2015—2025）》全面發展綜合性對地觀測體系，構建陸地、海洋、大氣三個系列七個星座，總計超過100顆的遙感對地觀測衛星，形成高、中、低空間分辨率，多種觀測優化組合的綜合全球管理與數據獲取能力。國土資源部于2012年牽頭編制的《陸海衛星業務發展規劃》緊密圍繞國家對地觀測系統規劃，計劃在2020年建成對接20余顆遙感衛星應用的業務系統，形成陸海衛星業務體系。2016年國土資源部召開了科技創新大會，提出了“三深一土”科技創新規劃，出臺了《國土資源部關于加強國產衛星應用體系建設的意見》，這將帶來深空對地觀測在國土資源部，乃至整個國家在該領域的蓬勃發展，支撐國土資源事業的創新發展。

“十三五”期間，國土資源領域將全面落實“實施對地觀測衛星重大工程，發展深空對地觀測技術，加強衛星遙感應用關鍵技術的開發和應用，提高國土資源監測監管能力，更好地支撐生態國土和智慧國土的建設”的總要求，以構建支撐全國、全球、深空3個層次空間信息數據保障體系；發展對地觀測理論，創建國土資源遙感調查技術方法和應用模型，研建支撐全國、全球、深空創新應用為長期目標；以發展遙感綜合觀測體系，創新國土資源與地質調查遙感應用為近期目標；從而創建對地觀測先進技術與裝備研發、自然資源與環境變化監測、能源資源勘查、深空探測技術體系，實現對地觀測與深空探測的新發展。

一千多年前的“永和九年”，書圣王羲之趁“天朗氣清，惠風和暢”之時，寫下了讓“后之攬者，亦將有感于斯文”的天地時光感言，聯想我們從事的地學工作，更有感于“仰觀宇宙之大，俯察品類之盛”的感嘆！而這不正是在感嘆地球科學、對地觀測、深空探測事業嗎！所以廣大地學工作者可“游目騁懷，足以極視聽之娛，信可樂也！”

（本文圖片引自ESA、NASA以及我國高分專項任務，在此表示感謝！）

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作者： 熊盛青 葛大慶 于峻川

排版： 劉欣潼

審核： 常 艷

官網： https://kpwhbjb.cgl.org.cn