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独具慧眼监测地球环境

地球资源勘查、环境污染监测等方面的调查研究，涉及的区域往往非常巨大。通过人工采样分析、现场勘测的方法，可以研究得比较准确、具体、深入，但是需要耗费极大的人力物力。即便如此，也不可能在较短时间内完成大范围的调查研究。而且，很多环境恶劣、危险、偏远的地区，往往难以开展有效的实地研究。遥感技术此时就可以大显身手了。

遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地面目标的电磁辐射信息，对目标特征进行分析和判断的技术。

图. 天宫一号的光谱仪成像

天宫一号的地球环境监测，就是利用宽谱段的高分辨率光谱成像仪对地球进行遥感监测，以研究当前世界上广泛关注的各种资源和环境问题，如油气田及矿产资源勘查、大气环境污染、农作物重金属污染、土地荒漠化评估、水旱涝等自然灾害的风险预警等。

那么，天宫一号上的这台宽谱段高分辨率光谱成像仪又是如何工作的呢？

“地球上每一个物体都在不停地吸收、反射、透射电磁波（如可见光、红外线等），而不同物体的光谱辐射特性是不同的。”郭丽丽告诉记者。每个物体都有自己的特征光谱，就像每个人的指纹都不同一样。通过指纹可以鉴别身份，类似地，通过探测和分析物体的光谱特征，也可以识别出不同物体。

例如：一个地面目标是雪、沙、湿地，还是小麦？通过光谱技术、成像技术和遥感仿真技术的有机结合，就可以将这些信息直观地展现出来，达到识别的目的。

从图中可以看出：0.4〜0.5微米波段可以把雪和其他地物区分开；0.5〜0.6微米波段可以把沙漠和小麦、湿地区分开；0.7〜0.9微米波段可以把小麦和湿地区分开。

天宫一号上的成像光谱仪具有“图谱合一”的特点，也就是图像和光谱合一。对物体进行空间维目标成像的同时获取物体光谱维的光谱曲线，既能得到所见即所得的图像，又能识别物体的特性。一台成像光谱仪就像是很多台数码相机同时工作，这些相机在同一时刻对同一个目标进行拍摄，但每个相机只负责收集很窄一段光谱波段内的目标图像。这样一来，每幅图像都可同时得到不同波长的单色像，各个相机收集的光谱波段合起来后就连在一起了。

这台光谱成像仪主要由可见光相机、可见近红外（VNIR）光谱仪、短波红外（SWIR）光谱仪组成。光谱仪又叫分光仪，就像用三棱镜可以把阳光分解成七色光一样，光谱仪可以把入射的光线分解成由不同波长的单色光组成的光谱。地面目标反射的光线被分解后投射到相应的成像元件上，转变为电信号，再经过计算机的分析处理，就可以得到地面目标的信息了。

天宫一号上的这台光谱仪，不但实现了“图谱合一”，而且覆盖的谱段宽度比较宽，分辨率也比较高。它覆盖了3个波段：可见光（0.5〜0.8微米）、可见近红外（0.4〜1微米）、短波红外（1〜2.5微米）。这是国内第一次采用短波红外进行对地观测。光谱通道细分到100多个，光谱分辨率、空间分辨率都达到了国际先进水平。

到目前为止，天宫一号的光谱仪已经对地面进行了1000多次成像，取得了我国西部地区荒漠化、青藏高原生态环境、三江流域水文生态、东部沿海海岸带环境等观测数据。相关学科的科学家们将对这些数据展开深入的分析和研究，并制定出应对的措施和方案。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）