四台载荷随卫星进入轨道为大气环境监测提供数据保障

高光谱观测卫星是由国家航天局组织实施。高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域。地球上不同的元素及其化合物都有独特的光谱特征，是识别和分析不同物体特征的一种重要“身份证”。相比于光学成像卫星只能看到物质的形状、尺寸等信息，高光谱卫星具备的光谱成像技术，可使光谱与图像结合为一体，探测各类物质的具体成分。

9月7日，高光谱观测卫星在太原卫星发射中心成功发射，搭载合肥研究院研制的四台卫星有效载荷：大气主要温室气体监测仪(GMI)、大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)、大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)、高精度偏振扫描仪(POSP)。

GMI和EMI仪器入轨后将开展全 球温室气体和污染气体监测。GMI可实现1~4ppm的二氧化碳探测和20ppb的甲烷探测，为我国“碳达峰与碳中和”战略提供技术支撑。EMI具备0.5纳米的紫外高光谱探测手段，可实现单日覆盖全 球，实现二氧化氮、二氧化硫、臭氧和甲醛等污染气体监测，服务于我国“大气污染防治”及“臭氧和PM2.5协同探测”等国家战略。

DPC能实现全 球大气气溶胶和云的光学及微物理参数探测，为全 球气候变迁研究及对地观测高精度大气辐射校正提供有效数据。POSP可与DPC协同配合，用于PM2.5、雾霾监测，助力打赢“蓝天保卫战”。

卫星遥感可以获取大面积、动态的观测数据,已成为监测大气环境不可替代的有效手段。相对于地基观测方式，卫星遥感技术在大气环境(如污染颗粒物)的空间性和区域传输性监测方面具有明显优点，可提供大气污染物的宏观分布趋势、区域传输及源汇分布等。

大气主要温室气体监测仪是其中一台有效载荷,采用空间外差光谱技术进行高光谱分光，是国际上首台基于该体制的星载温室气体遥感设备。阐述了载荷的基本工作原理,包括分光原理、工作模式及通道设置等内容。

载荷的光学系统主要由五部分组成，核心单元为一体化胶合干涉仪，为避免光谱混叠对窄带滤光片的指标参数要求较高。为提高在轨数据定量化水平,载荷设计了基于漫反射板系统的定标装置，可满足光谱及辐射定标要求。最后,梳理了载荷数据处理的基本流程，并对首批观测数据进行了光谱复原，成功获取了1级数据产品，为下一步温室气体反演应用奠定了基础。

大气气溶胶多角度偏振探测仪主要用于研究全 球云和气溶胶参数,为满足多角度探测,对幅宽和分辨率均有一定要求,在仪器设计和研制阶段需要对系统在轨状态进行模拟,分析模拟数据可以为载荷指标设计、工作模式优化、数据补偿等提供数据支撑,为地面应用系统数据处理提供重要参考。通过偏振探测仪在轨飞行工作模拟,实现模拟数据参数实时交互,以飞行模拟数据为基础获得载荷模拟数据,为载荷设计和后续应用提供支撑参考。

高精度偏振扫描仪(POSP)，通过穿轨扫描获取高精度大气气溶胶参数，反演获取气溶胶的微物理特性参数，最终提供大范围的气溶胶常规监测数据，为细颗粒物反演提供基础数据输入，为空气质量监测与大尺度长期气候变化提供数据支撑。

大气中氮、氧、氩、二氧化碳占干空气的99.997%，其他气体只占0.003%，它们含量极少，多为痕量气体。如氮氧化合物、碳氢化合物、硫化物和氯化物。人类活动大量排放了各种痕量粒种，痕量粒种受到各种物理、化学、生物、地球过程的作用并参与生物地球化学的循环，对全 球大气环境及生态造成了重大影响。例如光化学烟雾、酸雨、温室效应、臭氧层破坏等无不与痕量气体有关。

大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI-II)的空间分辨率指标，从高分五号01星载荷大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI-I)的48公里提高到24公里，为了实现这一精度，科研人员在研制过程中针对载荷的光学系统进行了优化设计，在提高空间分辨的基础上，保证信噪比等关键指标不变。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术用于遥感监测痕量气体的全 球分布。该载荷探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射,利用差分吸收光谱算法来解析痕量污染气体成分的分布和变化。光谱定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础,定标的精度直接决定了仪器研制和应用水平的高低。针对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪视场大、波长宽、空间分辨率和光谱分辨率高的特点,提出了相应的光谱定标方法,建立了定标装置,通过寻峰和回归分析计算光谱定标方程,实现了对载荷的全视场光谱定标工作。并利用太阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。

光谱测量技术因其探测灵敏度高，能够满足大气痕量气体的监测要求，且具有选择性强、探测区域范围广、能够探测的气体种类多、响应时间快、适宜实时监测、监测费用和成本低等特点，在大气化学中有广泛的应用。主要原理是：利用分子对光辐射的吸收特性，即一束光穿过大气，会被大气分子选择性吸收，使光强度和光谱结构发生变化，通过分析吸收光谱，可以定性确定某些成分的存在，甚至可以定量分析某些物质的含量。

新闻来源：中国科学院合肥物质科学研究院

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