国产多系列遥感卫星历史资料再定标技术

20221106

科学研究和技术服务业

应用技术

国家科技计划

国产遥感卫星最长已有近 30 年连续观测，卫星换代和载荷升级使新旧观测数据在精度、稳定度、一致性等方面参差不齐，无法满足长时间序列气候和环境变迁研究的基本需求，为加强国产卫星观测对气候变化研究的科技支撑，在科技部重点研发计划支持下形成了“国产多系列遥感卫星历史资料再定标技术”项目，通过深度挖掘气象、陆地、海洋等多系列国产卫星历史数据资源，突破遥感载荷辐射基准溯源、寿命期特性演变、代际基准传递、历史数据质量再分析等关键技术，建立历史资料再定标技术标准和规范，研发 PB 级数据密集型快速再处理平台，生产最长达 30 年我国多系列卫星初级气候产品和不少于 5 种典型专题产品，实现产品验证和共享示范。 项目通过外场试验和大数据机器学习相结合全面评估了我国多种目标的准不变特征，甄选了我国特有的西北地区沙漠、青藏高原永久冰川、南海寡营养海区、云南热带雨林等多种光学和微波准不变场地，补充完善了国际通用基准场地在中国区域的空白，建立了满足国产卫星历史资料再定标的全谱段辐射参考基准。首次提出了遥感仪器定标全数字孪生思路，建立了全链路辐射定标物理模型，实现数字化仿真。基于多源辐射参考基准，建立了宽动态范围全寿命辐射响应衰变模型。相关技术成果均用于国产遥感仪器历史资料再定标处理。 构建了海量资料分析和再处理平台，完成了气象、海洋、资源三个系列28颗国产遥感卫星15种遥感仪器历史数据质量诊断和基础辐射数据集、典型产品专题库建设，并已在遥感科研和业务用户中推广试用，包括：1）完成时间跨度9年的海洋卫星的基础气候产品数据集以及时间跨度达9年的叶绿素产品、跨度8年的海面高度、海面风场在内的海洋卫星专题产品数据集；2）完成了跨度20年的陆地系列9颗卫星18个遥感仪器再定位数据集，4类载荷10米级分辨率（14年）/20米级分辨率（22年）/2类载荷优于30米级分辨率（12年）地表反射率和1类载荷地表温度（10年）的专题产品数据集；3）完成时间跨度30年的风云系列13颗卫星7类遥感仪的基础气候产品数据集，以及射出长波辐射、海温、陆温、植被指数等4种产品在内的气象卫星专题气候产品数据集。 形成了遥感卫星长时间序列历史数据再处理规范，通过全国卫星气象和空间天气标准化技术委员会(SAC/TC347)、全国遥感技术标准化委员会（SAC/TC327）联合推荐，正在申请国家标准。项目为研制的所有基础气候数据集和专题气候数据集注册了国际数字对象唯一标识符（DOI），按照DOI标准要求完成了文档整理，发表了70余篇高质量论文。 全谱段辐射参考基准、宽动态范围全寿命辐射响应衰变模型、长序列数据质量评估体系、质量评估与诊断集成化平台技术成果已反馈应用于风云、资源、海洋多系列卫星的地面工程系统建设，支撑三大卫星系列业务资料提升。基础气候数据集在多个科研团队试用，支撑了28个机构和项目组的科研工作，在要素反演和气候分析领域取得良好效果，形成了一系列基于我国自主卫星数据及自主算法体系的长时间序列气候要素数据集，具有良好的气候变化表征能力，拓展了国产卫星自主数据的遥感应用范围和深度。资源卫星数据集在多家单位的应用证明成果在资源调查、农业保险、林业调查、城市规划等方面的应用价值。海洋卫星数据集的应用证明该成果在海洋碳循环、全球海洋ENSO事件、海平面上升、近海绿潮年际规律探索、溢油事件捕捉等方面具有广泛应用前景。气象卫星数据集已提供给多个单位的研究团队，支撑开展了10余个物理参数数据集再研发的研究，表明再定标数据满足相关参数反演需求，支撑开展了数据气候评估分析等方面的研究，结果表明数据集ENSO、MJO等气候时间中的应用效果与国际主流气候数据集表现能力相当，在极地、青藏高原、陆表、海洋监测与气候研究等方面广阔应前景。