近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員胡斯勒圖和石崇等，聯(lián)合國家衛(wèi)星氣象中心、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心、中國科學(xué)院大氣物理研究所、日本東海大學(xué)、日本東京大學(xué)、日本千葉大學(xué)、法國里爾大學(xué)、英國氣象局等科研人員，構(gòu)建了基于國際上最新一代地球靜止衛(wèi)星的多星組網(wǎng)地表太陽輻射觀測(GSNO)系統(tǒng)，建立了多源異構(gòu)衛(wèi)星觀測遙感模型，實現(xiàn)了近全球尺度地表太陽輻射最高時空分辨率的探測能力，并同步提升了探測精度。GSNO系統(tǒng)如同給地球表面裝備了“陽光掃描儀”，可精確監(jiān)測地表太陽輻射變化，為清潔能源利用、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、氣候變化應(yīng)對、人體健康等提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。
地表太陽輻射是地球表面接收到的太陽輻射組分的總稱，包括紫外線、可見光、紅外線等不同波長的電磁輻射，是影響氣候變化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和太陽能利用的關(guān)鍵因素。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有數(shù)據(jù)連續(xù)性強(qiáng)、覆蓋范圍廣等特點，是監(jiān)測地表太陽輻射變化的有效手段之一。
該研究在2023年研發(fā)的地表太陽輻射近實時遙感監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，突破了多星協(xié)同過程中光譜差異和觀測幾何差異等帶來的遙感難題，實現(xiàn)了中國風(fēng)云四號衛(wèi)星、日本葵花八號衛(wèi)星、歐洲第二代氣象衛(wèi)星和美國地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星等國際上最新一代地球靜止衛(wèi)星的一體化融合應(yīng)用。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對亞洲、歐洲、北美洲、南美洲、大洋洲和非洲等地區(qū)的地表太陽輻射連續(xù)無縫監(jiān)測，填補(bǔ)了極軌衛(wèi)星觀測頻次低、單一靜止衛(wèi)星觀測區(qū)域有限等不足。同時，該系統(tǒng)通過多星組網(wǎng)觀測，實現(xiàn)了從區(qū)域到近全球觀測的跨越。該系統(tǒng)可同步解析近全球的太陽短波輻射、光合有效輻射、紫外線A/B輻射及其直射與散射分量。
云是影響到達(dá)地表太陽輻射的最主要的不確定因素之一，是地表太陽輻射監(jiān)測的難題之一。該研究基于構(gòu)建的智能云檢測系統(tǒng)、非規(guī)則冰云粒子散射模型，結(jié)合不同衛(wèi)星的光譜特征，針對性地構(gòu)建了適用于每顆衛(wèi)星的高精度云遙感算法。同時，考慮大氣氣溶膠、氣體、地表反射等影響，研究開發(fā)了人工智能及輻射傳輸模型相結(jié)合的快速輻射傳輸模擬器，將輻射傳輸計算速度提升了9萬倍，且誤差小于0.3%。通過整合上述核心技術(shù)，研究構(gòu)建了應(yīng)用于GSNO系統(tǒng)的地表太陽輻射遙感算法。通過算法創(chuàng)新，研究破解了每顆衛(wèi)星云干擾及快速輻射傳輸計算難題。
目前，GSNO系統(tǒng)可以提供空間分辨率5公里、觀測頻次每小時1次的近全球地表太陽輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)，提升了空間分辨率的數(shù)量級，可精細(xì)捕捉臺風(fēng)路徑、青藏高原等局地輻射變化。通過對比全球地基實測數(shù)據(jù)，基于GSNO系統(tǒng)的地表太陽輻射數(shù)據(jù)日均誤差為27.48W/m2，能夠為局部地區(qū)氣象災(zāi)害監(jiān)測、光伏電站選址等提供精細(xì)化、高精度支持，并為高時空分辨率地球系統(tǒng)模式提供數(shù)據(jù)驅(qū)動。其中，短波輻射數(shù)據(jù)有望助力太陽能資源的有效利用，光合有效輻射數(shù)據(jù)可為糧食估產(chǎn)與生態(tài)碳匯測算提供新依據(jù)，紫外線
數(shù)據(jù)模塊有望應(yīng)用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域。
相關(guān)研究成果以《基于地球靜止衛(wèi)星組網(wǎng)觀測系統(tǒng)的近全球地表太陽輻射監(jiān)測》(Near-global monitoring of surface solar radiation through the construction of a geostationary satellite network observation system)為題，發(fā)表在《創(chuàng)新》(The Innovation)上。
基于GSNO系統(tǒng)的地表太陽輻射遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品已在CARE網(wǎng)站(http://www.slrss.cn/care_zh/)發(fā)布共享。
多星組網(wǎng)地表太陽輻射觀測(GSNO)系統(tǒng)及成果圖
