观点 | 星瞰两极，路在何方？——专家详解我国卫星极地观测应用发展

近年来，南北两极因在经济、科研、环保、航运等方面的价值，备受国际关注。随着国家空间基础设施逐步建成，我国的极地探测能力不断提升，获取资料日益丰富，但在极地观测频次、有效数据获取、数据潜力挖掘、产品加工与信息提取、系统应用研究能力提升与应用深度等方面仍有较大提升空间。

近日，《中国自然资源报》记者采访了国家卫星海洋应用中心副主任刘建强、中山大学测绘科学与技术学院院长程晓，全面梳理全球极地卫星遥感观测的现状，分析我国卫星极地观测的短板等，并就我国卫星极地观测能力建设提出了建议。

冰雪极地有“天眼”

2022年4月7日，我国在酒泉卫星发射中心发射一颗1米C-SAR业务卫星。该星是我国第二颗C频段多极化合成孔径雷达业务卫星，可与已在轨运行的首颗1米C-SAR业务卫星及高分三号科学试验卫星实现三星组网运行。我国首个海洋监视监测雷达卫星星座正式建成。

3颗卫星完成组网后，与单颗卫星相比，平均重访时间由15小时提高至5小时，可为海洋环境监测与海上目标监视、自然灾害与安全生产事故应急监测等多要素观测，提供稳定、高时效、满足业务化应用的定量遥感数据，大大提升了对海洋的探测能力。

目前，我国在轨自然资源遥感卫星有20多颗，其中既有高分辨率光学卫星，又有全天候的微波卫星，均可对极地进行观测，可获取海冰、地貌信息及海洋动力环境信息。但与欧美国家相比，我国卫星的极地观测能力仍有较大差距。

自20世纪60年代起，美国与部分欧洲国家开始发射极轨卫星，并在南北极建设地面接收站，以保证数据的连续性和时效性。例如，美国冰雪数据中心可以提供40余年的南北极海冰监测数据，是全球气候变化研究和极地预报等的主要数据源。

根据国家卫星海洋应用中心掌握的资料显示，目前，欧洲航天局哥白尼计划运营有哨兵（Sentinel）1~6多个卫星星座。美国国家航空航天局主导的EOS地球观测计划目前运行29套极地观测任务，其中使用广泛的有陆地卫星（Landsat）系列、Terra与 Aqua卫星系列、Jason卫星、ICESat卫星系列。这些卫星均对极地有较强的观测能力。

除了上述星座，欧美各国的气象卫星对于极地也有较好的覆盖能力，并为极地观测提供支撑。

我国卫星探极路漫漫

“卫星开展极地观测主要受卫星运行轨道、载荷和地面接收站三大因素影响。”程晓介绍，目前，我国卫星极地观测工作主要包括基于国外卫星和部分自主卫星开展的航线保障服务和业务化监测，以及针对科研课题目标开展的部分要素反演算法和应用方法研究。从卫星运行和实际应用来看，除了卫星自身能力的差距外，我国卫星极地观测工作还存在一些短板。

“我国高分辨率卫星对极地观测的计划安排很少。”程晓告诉记者，我国中高分辨率卫星数据除海洋一号C/D卫星海岸带成像仪（空间分辨率50米）有相对固定的计划探测南北极外，其他如高分卫星、陆地卫星等光学卫星几乎不安排极地拍摄任务，仅在有需求时申请有限拍摄。相比欧洲航天局Sentinel等合成孔径雷达卫星的每轨工作时长，我国高分三号卫星在极区的理论可拍摄时间短。

此外，我国其他类型卫星对极地观测的支撑亦有限，商业卫星“北京二号”对极地有很好的探测效果，但幅宽有限；北京师范大学“京师一号”极地观测小卫星做了积极有益探索，但其性能离业务化要求还有距离。

刘建强指出，我国极区卫星地面接收能力缺乏。尽管我国在国内、北极、南极和极地科考船上均建有卫星地面接收站或卫星接收系统，但却存在时效性差、设备老化等问题。

例如，在国内，我国在北京密云、新疆喀什、海南三亚、云南昆明等建立多个地面卫星接收站接收陆地卫星、高分卫星数据，同时在北京昌平、海南陵水和黑龙江省牡丹江市建立了海洋卫星地面接收站，用于接收我国海洋卫星、高分卫星及中分辨率成像光谱仪数据。这些国内地面接收站，具有覆盖我国全部领土和亚洲70%陆地区域、中国海岸带区域的卫星数据实时接收能力，同时接收星上存储的在极区探测的境外数据。但星上存储的境外数据，只有在卫星过境国内时，才能把数据传给国内地面接收站，因此，获得的数据在时效上要晚几小时或一天，甚至更长。

在北极，我国与法国合作，利用瑞典基律纳、加拿大伊努维克的接收站可实时接收中法海洋卫星数据，之后传递到法国再传回到国家卫星海洋应用中心，全球每轨数据获取时效缩短在3小时以内。但与他国合作的地面接收站不能自主控制，大部分极地数据仍然要靠星上记录回放，时效慢。

缺乏通用的业务化处理平台。我国各卫星数据应用单位自行开发的极地数据处理软件仅在相关项目与课题组内运行，其鲁棒性、开放性、持续性、扩展性与业务化处理能力相对较弱。此外，市场上针对极地研发的商业软件功能也很稀少。

极地多要素信息提取算法还停留在研究阶段。我国卫星开展极地观测在产品种类数量与精度验证、时空大数据分析、数据库管理、多手段信息集成、多源遥感数据融合与多平台数据种类的集成应用等方面大有潜力可挖，急需更多高校和科研院所参与。

多措提升卫星极地观测能力

结合我国卫星的实际和国际经验，刘建强建议从以下几个方面增强卫星极地观测能力。

一是深度挖掘现有卫星极地观测潜力。我国应明确在轨遥感卫星在极区探测计划中的责任主体，基于现有的自主海洋卫星、高分卫星、陆地卫星，深度挖掘极地观测潜力，进一步完善极区探测任务安排；充分利用国外卫星数据处理与信息提取方法，针对国内卫星数据，建立国产卫星极地遥感产品技术规程，形成极区多要素观测业务化产品；充分利用国内外商业卫星资源，形成业务化数据获取能力，提高卫星数据时效，大力提升应急处置突发事件能力，提高卫星数据获取效率与服务效能。

二是增补多时空分辨率的卫星传感器。完善国家空间基础设施规划，优化提升极地观测能力，针对极地观测需求，增补多时空分辨率的卫星传感器类型（光学、微波、激光测高等），实现极地高时空分辨率自主卫星与商业卫星协同互补观测。

三是加快推进南极地区卫星地面站建设。尽快落实我国南极中山站卫星地面接收站与数据回传通信系统建设，适时推进我国南极长城站、维多利亚新站区的卫星接收站建设，实现对全南极的实时覆盖；与南美、北极区域的国家开展合作，建设自主可控的地面接收站，逐步完善地面站网系统，以及地面处理和分发系统，提升我国自主卫星数据的接收能力和数据获取的时效性；加强极地遥感数据和产品的管理能力，优化数据获取、分发、应用流程。

四是推进多源遥感数据融合与多平台数据集成应用。加强商业化与业务化处理平台研发，推进极地多要素信息提取与算法工程化实施，加大力度增加极地遥感产品种类数量，加强产品精度现场观测与验证，开展极地时空大数据分析，建立极地遥感综合数据库，实现国内外多源遥感数据融合与多平台数据种类的集成及应用。

“极地遥感观测具有学科交叉性、前沿性的特点，既涉及极地相关的海洋、冰川、生态、地质等多个领域，又和遥感卫星平台、传感器、轨道等的设计息息相关，需要注重多学科交叉和研究人员的多样性配比，加强与科研院所和高校的深度合作，打造一支高素质的极地遥感人才队伍。”刘建强说。

原标题：《观点 | 星瞰两极，路在何方？——专家详解我国卫星极地观测应用发展》

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