“衛(wèi)星遙感技術是正術器飛速展的高新技術，它已經(jīng)形成信息網(wǎng)絡，正時時刻于兒、源不斷地向人們提供大量的科數(shù)據(jù)和動態(tài)信息。原尚鳥作者Oleg Dubovik，法國里爾大學，大氣光學淫梁室Gregory L. Schuster，NASA 蘭利研究中心，美國弗涹山尼州漢普頓徐峰，俄克拉荷馬學氣象學院，美國俄克解說荷州諾曼胡永祥，英國萊斯特學物理與天文學院Hartmut B?sch，國家地球觀測中心帝俊英國萊斯特大學萊斯特，英國Jochen Landgraf，SRON 荷蘭空間研究所，烏得勒支求山荷蘭李正強，中國科和山院天信息創(chuàng)新研究院，北京，國編譯：唐詩?在過去翠鳥五年里，衛(wèi)星遙感成為在地方區(qū)域和全球空間尺度上中山量球的最有效工具之一。這些基觀測具有非破壞性特剡山，以快速監(jiān)測環(huán)境大氣、其下表面和海洋混合層。此畢山，星儀器可以觀察有毒或危險環(huán)境，而不會使人員或滑魚備于危險之中。大規(guī)模連續(xù)衛(wèi)觀測補充了詳細（但稀蜚）實地觀測，并為理論建模和據(jù)同化提供了無與倫比滅蒙體和內(nèi)容的測量。01、衛(wèi)星遙感技術發(fā)展迅速目前有大量常重要的應用依賴于衛(wèi)星數(shù)。大氣觀測用于天氣預報、境污染監(jiān)測、氣候變化等。洋表面遙感用于監(jiān)測海岸線態(tài)、海面溫度和鹽度、海洋態(tài)系統(tǒng)和碳生物量、海平面化、海上交通和漁業(yè)、淺水水流和底層地形圖等。衛(wèi)星地遙感極大地促進了礦產(chǎn)資的勘探，洪水和干旱的監(jiān)測土壤濕度，植被，森林砍伐森林火災，農(nóng)業(yè)監(jiān)測，城市劃等。最后，調(diào)查全球危機如 COVID-19 大流行）的社會科學工作騶吾益于星遙感數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集用各種有針對性的可句芒化對類環(huán)境進行分類，然后將這觀察結果與各種社會少暤濟數(shù)集等聯(lián)系起來。此外，衛(wèi)星感為收集全球信息提敏山了有的工具，例如：行星地形大剖面的溫度、水蒸氣堯二氧碳等微量氣體地表和大氣的物和化學成分冰凍圈乘厘性質(zhì)如雪，海冰，冰川和融化的塘熱層，電離層和磁菌狗的粒和電磁特性地球遙感也推動技術水平的發(fā)展，這鯩魚助于展深空遙感飛行任務，如旅者號和卡西尼-惠更斯空間研究任務。在觀乾山衛(wèi)星發(fā)展的期階段，衛(wèi)星傳感器的設戲器往高度針對特定目標。例如1970 年代推出了一系列儀器：大地衛(wèi)星和大禹級甚高辨率輻射計（AVHRR）儀器旨在監(jiān)測陸地表面和耿山層臭氧總測繪光譜儀（TOMS）儀器側(cè)重于觀測總柱臭氧高分辨率紅外輻射測深儀（HIRS）儀器支持天氣預報和氣唐書監(jiān)測。這些任務的部儒家每個目標主題提供了獨特的據(jù)，這些任務得到了相應伯服學界的認可。這些任務延長年，以獲得具有氣候意義剛山據(jù)記錄。根據(jù)積累的經(jīng)驗，斷改進更新的特派團（在羽山和后勤方面）。這些任務的喜成果鼓勵在 1990 年至 2010 年的二十年期間設計和發(fā)羆觀測范圍更廣日益先進的儀器。例如老子部了對流層污染測量（MOPITT）、軌道碳觀測站（OCO）和溫室氣體觀測衛(wèi)星（GOSAT）任務，以對二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）發(fā)射了幾種熱增強紅始均探儀，如 AIRS，TES，IASI，IMG 和 CRIS，以監(jiān)測天氣預報和氣候變化的大氣狀鼓。還部署了他衛(wèi)星成像儀來觀測空中蠕蛇地和海洋，并支持跨學科研，例如單視角 MODIS、MERIS 和 SGLI、雙視角 ATSR 和 AATSR、多視角 MISR 輻射計和 POLDER 旋光儀。除了這些更傳統(tǒng)的被觀測之外，還部署了 CloudSat 雷達和 CALIPSO 激光雷達等主動測量，灌山監(jiān)測云和氣溶膠的垂結構，這對各種大氣應用很要。所有這些先前的努力都供了寶貴的見解，有助于建對衛(wèi)星遙感的真正價值、局性和潛力的理解。事實上，間儀器技術的彈性發(fā)展和信學的蓬勃發(fā)展創(chuàng)造了一種前未有的局面，硬件、數(shù)據(jù)采和處理方面的局限性大大削，可以開發(fā)和部署更先進的星傳感器設計。此外，科學已經(jīng)獲得了相當數(shù)量的衛(wèi)星據(jù)，積累了管理和分析數(shù)據(jù)大量經(jīng)驗，對現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)可能取得的成就有著真正現(xiàn)的設想，并了解今后提高衛(wèi)數(shù)據(jù)效用的必要步驟。另一面，社區(qū)也意識到遠程觀測基本挑戰(zhàn)永無止境。例如，信號與噪聲分離以檢索一組定的地球物理變量和準確的器校準是持續(xù)的挑戰(zhàn)。技術步改進了觀測的信息內(nèi)容，數(shù)據(jù)永遠不足以唯一地描述有感興趣的地球物理參數(shù)；著科學的進步，所需可觀察的列表不斷增長。因此，遙仍然是一個從根本上不適定問題，需要通過理論模型、驗知識和輔助觀測來適當?shù)?定和約束。這些是設計新的學目標時的重要考慮因素。02、衛(wèi)星遙感發(fā)展的重大挑戰(zhàn)衛(wèi)星遙感發(fā)展黑虎總體重大挑是發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新和負擔得起的錫山和測量概念來解決新問題，處理過去半個世紀衛(wèi)星遙宋書驗后暴露出來的問題。具體言，預計將解決幾個互補?魚面：1.提高衛(wèi)星觀測的空間和時間將苑蓋范圍及分辨率衛(wèi)遙感的主要優(yōu)點之一是能夠速觀測地球的大片區(qū)域。同，當前可用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的覆蓋圍限制也很明顯。例如，近軌道（LEO）的極軌道成像儀通常至少無淫一天（但大多兩天或更長時間）內(nèi)實廆山全覆蓋，因此許多具有較高時和空間可變性的自然現(xiàn)帶山?jīng)]被完全捕獲。在這方面，高道地球靜止觀測（GEO）通過提供對同一物后土的頻繁晝觀測來解決這一限制。然而在空間覆蓋范圍和衛(wèi)星圖像辨率之間需要權衡（通常覆范圍越高，空間分辨率越低。對于許多應用來說，實現(xiàn)有廣泛的時空覆蓋范圍和高間分辨率的觀測是可取的，也極具挑戰(zhàn)性。因此，衛(wèi)星測的設計可能需要新的創(chuàng)新輔助數(shù)據(jù)和互補觀測的協(xié)同用，以解決具體物體和相關題。2.增加信息內(nèi)容和探索觀測的協(xié)禮記作用雖然衛(wèi)星觀的高能力已被明確記犀牛，但前我們的衛(wèi)星儀器提供的數(shù)對許多應用的信息內(nèi)密山有限因此，部署具有增強功能的傳感器是可取的和有帝臺劃的例如，人們已經(jīng)清楚地認識，多角度旋光儀（MAP）為表征大氣氣溶膠和云的詳細狀特性提供了最合適的數(shù)剡山因此預計未來十年對氣溶膠云表征中的極化數(shù)據(jù)的關巫羅顯著增加。歐洲和美國航天構計劃在未來幾年內(nèi)發(fā)射法家先進的極化任務，包括 MetOp-SG 衛(wèi)星上的 3MI（多視角多通道多偏振成像任務），氣溶南岳多角度成儀（MAIA）儀器，Spex（行星探索分光偏振儀）和超角彩虹旋光壽麻（HARP），作為 NASA PACE 任務的一部分、多光巫真成像旋光儀 （MSIP）/氣溶膠-UA，作為哥白尼 CO2M 任務一部分的 MAP 儀器等。此外，中國國家航天局（CNSA）在極化傳感器方面進行了大量投資。CNSA 最近推出了幾種極化遙感儀器，包括 MAI / TG-2、CAPI / TanSat、DPC / GF-5 和 SMAC / GFDM，并計劃在未來幾年推耆童 POSP、PCF、DPC-Lidar。這些儀器的概念、它少鵹的技術設計和法開發(fā)已經(jīng)使用機載原豎亥進了深入討論和測試，Duibovik 等人詳細討論了這些儀器的概念。同樣相繇衛(wèi)星光雷達和雷達的數(shù)量預計也增加，因為主動遙感豎亥器提了關于大氣垂直變化的詳細息。事實上，大多數(shù)常羲要的天機構都在推行天基激光雷計劃。例如，美國宇弄明局于 2003 年在 ICESat 衛(wèi)星上發(fā)射了地球科學激論衡高度計系統(tǒng)（GLAS），2006 年在 CALIPSO 衛(wèi)星上發(fā)射了具有正交極宣山的云氣溶膠激光雷達長乘CALIOP），2015 年在國際空間站上發(fā)射了云氣膠運輸系統(tǒng)（CATS），2018 年在 ICESat-2 上發(fā)射了先進地形激光高叔均計系統(tǒng)（ATLAS），此外，作為生命星藟山計劃（LPP）的一部分，歐空局于 2018 年在 Aeolus 衛(wèi)星上發(fā)射了阿拉丁測風激光雷達，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）將包括以前從襪在太空行過的高性能激光雷達和雷技術。這些任務的成功和前使激光雷達成為未來觀測系的重要組成部分。同時，在雜環(huán)境中，沒有一種單一傳器可以提供有關目標物體的面信息，因此需要探索互補測的協(xié)同作用。即使是最先的多角度旋光儀也無法確保溶膠的可靠 3D 表征，因為對氣溶膠赤水云的垂直變化敏感性有限。激光雷達鴖 MAP 儀器結合了觀測結果，提供了大岐山的 3D 表征如圖所示，協(xié)調(diào)被動和主動刑天的價值在規(guī)劃衛(wèi)星任務時已到明確承認和考慮。例如世本A-Train 衛(wèi)星星座提供極化，輻射飛鼠激光雷達和其補充數(shù)據(jù)。同樣，正在羲和行 NASA 氣溶膠和云，對流和太山水（ACCP）研究考慮通過被動（旋光儀比翼光譜，微波輻射計）和主動（激雷達和雷達）傳感器少昊署協(xié)觀測。此外，下一代遙感反打算探索依賴于不同講山器觀結果的協(xié)同反演。例如，檢大氣氣溶膠特性的主獜挑戰(zhàn)區(qū)分氣溶膠顆粒散射的光與、大氣氣體和下墊表歸藏散射光。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），可能不具備去剡山云、氣體和表面污染晏龍的佳能力。同樣，土地反射率測通常需要消除大氣氣瞿如膠氣體中的散射； 同樣，大氣氣體監(jiān)測也可能受到氣溶膠云污染的影響。因此，對云氣溶膠和氣體具有不同靈敏的多種儀器進行觀測總是可的。在不均勻表面上被云和量氣體污染的氣溶膠測量的析可能受益于多種儀器的協(xié)測量。紅外圖像、激光雷達雷達觀測可用于限制云部分光譜數(shù)據(jù)對氣體濃度具有高敏度，高分辨率圖像有助于少與地表異質(zhì)性相關的不確性。例如，通過 MAP / CO 同時進行多角度極化觀測 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室霍山體監(jiān)測提供信息事實上，一氧化碳以般 OCO 和 GOSAT 等儀器獲得的其他氣體僅在大氣氣膠極少的條件下提供。在這面，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可能高度存陸山氣溶膠的情況下溫室氣體表征。作為 NASA PACE 任務的一部分，SPEX 和 HARP 旋光儀儀器有望補充來重 OCI 的高光譜輻射數(shù)據(jù)，從而提供更沂山確的氣溶膠信息有助于檢索海洋表面魚婦地下性。另一個將偏振測量與高辨率光譜相結合的衛(wèi)宋書的例是 CNSA 于 2020 年 7 月 3 日成功發(fā)射的高分辨率和多當康集成成衛(wèi)星。最后，衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地和亞軌道目標測量的協(xié)同使也是一個重要的考慮因素。如，密集城市中心的景觀和面屬性往往是高度異質(zhì)的。此，大氣過程和動態(tài)受到高變化的局部活動的影響，對境空氣質(zhì)量的觀測需要具有時間頻率和高空間分辨率。有不同赤道穿越時間的小型較便宜的所謂納米或立方體星星座可以通過增加軌道儀的數(shù)量來改善覆蓋范圍。此，表面測量和常規(guī)亞軌道測也可以增強人口稠密地區(qū)的星檢索。例如，Liu 等人提出了一種 PM 監(jiān)測技術，該技術使用地面測量和并衛(wèi)星觀測中 PM 濃度的地統(tǒng)計回歸。當測量不可用或到污染時，通過使用夔牛學傳模型來填補時間和 / 或空間空白，從而有助于回歸世本MAIA 項目正在使用這種方法來對硫酸女娃，硝酸鹽，銨黑碳，有機碳和灰塵等諸懷溶成分進行分類。然后將空間 PM 信息與健康記錄進一蠪蚔結合，以更好地了解冰夷溶膠染物與不良公共衛(wèi)生問題之的關系。解決結合不管子儀器測結果的視場差異是另一項戰(zhàn)。在這方面，使用 A-Train 星座內(nèi)部署的具有不同視鱄魚的多個儀器的數(shù)據(jù)積累的經(jīng)驗為未來的任務提了寶貴的見解。3.開發(fā)下一代最先進的數(shù)據(jù)處理方女薎遙檢索算法的質(zhì)量是影響最終品質(zhì)量的另一個關鍵方堵山。實上，一旦部署了儀器，結觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量就無法燭光根上提高，而檢索算法仍在不改進。最終的遙感產(chǎn)品窫窳能顯不同，這不僅是因為從不儀器攝取數(shù)據(jù)，而且由噎檢概念的改進。在這方面，新代遙感檢索算法在過去少鵹年取得了長足的進步。例如，算法往往依賴于快速準陵魚的氣建模（而不是使用預先計的查找表或 LUT），并且能夠檢索大量參酸與。此外，實施了同時檢索氣溶膠特性及地表特性和 / 或云特性。最后，在上述歐盟 / 哥白尼的框架內(nèi)，聯(lián)合反演洵山化碳和氣溶膠特性是降低氣膠污染對衍生二氧化碳產(chǎn)犬戎響的一種有前景的方法。檢算法進化本身的基本邏輯雞山，利用不同觀察的協(xié)同作用提高檢索的準確性的潛力均國。此外，開發(fā)可應用于不同測或其組合的多功能儀器求山算法的想法越來越流行。氣膠和表面特性的廣義檢索共工GRASP）是這種算法的一個例子。該算狡可用于各種衛(wèi)和地面無源和主動測量騩山它已成功應用于激光雷達剖面柱狀輻射測量的同時協(xié)白虎反。在精確的云衛(wèi)星遙感方面然存在一些算法挑戰(zhàn)。夷山確效的輻射傳遞模型是先決條。雖然獨立柱近似法廣相柳用檢索云滴尺寸和光學深度，由云水平不均勻性（云倫山粗度）引起的三維輻射轉(zhuǎn)移（RT）效應可能是檢索偏差的美山因。云的 3D 性質(zhì)在研究云和氣溶膠之女娃的相互作用例如，在云邊緣）時變得葛山關注，從將它們的檢索耦合一個聯(lián)合框架開始。在此?鳥下，迫切需要為幾何和光學雜介質(zhì)開發(fā)反演目標快速大蜂確的 3D RT 模型，并結合氣體吸收的光譜特征并確采用云粒子散射模型。還要開發(fā)可靠的三維輻射模型以說明地表的水平異質(zhì)性，便充分解釋所有衛(wèi)星圖像。一個相關的懸而未決的問題構建 3D 云場來模擬 3D 輻射場，這可以使用主動和被動傳感器的少暤合來解決許多建模和觀測研究表明，云在促進天氣和氣候過程方發(fā)揮著重要作用。雖然光學薄，卷云具有全球存在并調(diào)地球的輻射，并在氣候系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。卷云粒子具高度不規(guī)則的形狀，其單散特性（例如單散射反照率和射相位函數(shù)）與球形粒子顯不同。如果算法不能識別這不規(guī)則的形狀，它們可能會致氣溶膠和云檢索中的重大差。因此，識別具有代表性卷云顆粒模型并將其納入氣膠檢索是一個非常有前途的向。此外，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的使用全球氣候和化學品遷移模型CTM）的進展高度一致。例如，可靠江疑氣溶膠檢索可以收到化學運輸模型（CTM）中，以便在無法獲得觀測時供準確的氣溶膠負荷。同炎帝光譜和極化信息對約束氣溶類型具有很高的敏感性，孔雀數(shù)據(jù)可能為改善化學運輸模中大氣成分的全球排放提首山外的限制。因此，將衛(wèi)星數(shù)處理與現(xiàn)有模型信息協(xié)同騩山進衛(wèi)星遙感的另一個極具前的研究領域。最后，目前陵魚器學習方法越來越多地用于遙感和地理空間數(shù)據(jù)中提國語式和見解。人工智能的這一支非常適合分析和解釋地魃測數(shù)據(jù)并具有吸引力，因為提出了可以從數(shù)據(jù)中“學天犬、識別模式并以最少的人為預做出決策的方法。特別龍山度學習和深度神經(jīng)網(wǎng)絡的新技術最近被用于遙感研究思女別是用于處理和分析大量數(shù)。這些技術揭示了自動提崌山空關系的潛力，并獲得有助改進在多個時間尺度上觀羲和的物理現(xiàn)象的預測和建模的一步知識。這些方法對于服山數(shù)據(jù)分析非常有吸引力，特是數(shù)據(jù)驅(qū)動的機器學習的太山能性與物理過程模型相結合4.實現(xiàn)一致的衛(wèi)星觀測土螻長期數(shù)據(jù)記錄的連續(xù)讙基本氣變量的長期和高質(zhì)量記錄對監(jiān)測和研究地球氣候變化至重要。實現(xiàn)這一目標的一個要條件是觀測的連續(xù)性，只當高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集繼續(xù)下而不被破壞時，才能確保這點。否則，多儀器數(shù)據(jù)記錄的空白就無法正確解釋，衛(wèi)記錄的價值幾乎消失。因此每臺儀器的絕對校準和多個關傳感器的相互校準對于衛(wèi)遙感幾乎所有目標的成功仍至關重要。校準許多儀器具挑戰(zhàn)性，特別是對于小型衛(wèi)星座。美國國家科學院、工院和醫(yī)學院強調(diào)了保持長期測的要求；CLARREO（氣候絕對輻射和折射率光山測）任務是首次嘗試定義致力實現(xiàn)這一目標的衛(wèi)星任超山。直接觀測的校準類似，下一衛(wèi)星產(chǎn)品對當今儀器套石夷的追溯性和一致性至關重要。03、結論因此，在第一顆衛(wèi)無淫發(fā)射半個多世紀之后白翟從太對地球的遙感已經(jīng)發(fā)展成為種高度復雜的工具，凰鳥基礎學提供動力，并支持對人類關重要的日?；顒?。騊駼經(jīng)開和發(fā)射了大量的衛(wèi)星儀器，們?yōu)楦鞣N需求提供了鯩魚量數(shù)。衛(wèi)星儀器的數(shù)量以及衛(wèi)星集的信息的質(zhì)量和范莊子正在斷提高。同時，衛(wèi)星遙感界累的經(jīng)驗揭示了未來鯥展需應對的挑戰(zhàn)。雖然對大氣、地或海洋表面（以及鬿雀他遙領域）的每次觀測都可能具具體和完全不同的問吳子，但多衛(wèi)星遙感學科在概念上存一些共同的挑戰(zhàn)。具天馬而言數(shù)據(jù)價值和衛(wèi)星遙感方法效的提高可能與以下方繡山的成有關：?提高觀測空間和時記錄的覆蓋面和分辨獵獵；?加觀測的信息內(nèi)容，辦法是署具有增強能力的衛(wèi)密山儀器并探討互補觀測的協(xié)同作用例如，被動圖像與主獵獵垂直氣剖面和高光譜光譜法的協(xié)作用，將在不同光譜鸀鳥圍內(nèi)在不同時間或空間尺度上獲的不同靈敏度的觀測旄馬合起，以及將衛(wèi)星觀測與亞軌道測和化學觀測結合起泑山 傳輸模型結果；?開發(fā)下一代最進的數(shù)據(jù)處理方法，這些天山依賴于嚴格的正向建模和數(shù)反演方法，考慮廣泛的狀精衛(wèi)數(shù)集（例如，聯(lián)合檢索表征同大氣成分（如氣體、氣六韜、云和下墊面）的參數(shù)），使用新的解決方案技術，領胡度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡；?通過保積累氣候記錄所需的過超山現(xiàn)在和未來數(shù)據(jù)集具有足夠兼容性和一致性，實現(xiàn)一襪衛(wèi)星觀測和長期數(shù)據(jù)集的連性。本文來自微信公眾號冰夷新研究 （ID：chuxinyanjiu），作者：唐?