多星组网高精度监测 中国科学家领衔为地球装上“阳光扫描仪”

　　地表太阳辐射是地球生命活动的基本能量源泉，也是影响气候变化、农业生产和太阳能利用的关键因素，如何对其高效高精度监测备受关注。

　　为地球表面安装“阳光扫描仪”

　　中国科学院空天信息创新研究院(空天院)3月31日发布消息说，由中国科学家领导的国际合作团队，最近为地球表面安装上“阳光扫描仪”，可精确监测地表太阳辐射变化，为清洁能源利用、农业估产、气候变化应对、人体健康等提供精准数据支撑。

　　地表“阳光扫描仪”是形象说法，其专业名称为基于国际上最新一代地球静止卫星的多星组网地表太阳辐射观测(GSNO)系统，由中国科学院空天院遥感与数字地球全国重点实验室胡斯勒图、石崇研究员等领衔，联合国家卫星气象中心、中国科学院国家空间科学中心、中国科学院大气物理研究所和日本东海大学、东京大学、千叶大学以及法国里尔大学、英国气象局等中外合作伙伴共同研发构建。

　　研究团队通过地表“阳光扫描仪”建立多源异构卫星观测遥感模型，实现近全球尺度地表太阳辐射最高时空分辨率的探测能力，并同步提升探测精度。这一空天领域服务全球的突破性成果论文，近日已在国际学术期刊《创新》发表。

　　实现中外卫星一体化融合应用

　　研究团队介绍，他们在2023年研发的地表太阳辐射近实时遥感监测系统基础上，此次突破多星协同过程中光谱差异和观测几何差异等带来的遥感难题，实现中国风云四号卫星、日本葵花八号卫星、欧洲第二代气象卫星和美国地球静止环境业务卫星等国际上最新一代地球静止卫星的一体化融合应用。

　　中外卫星一体化融合应用的地表“阳光扫描仪”，成功实现对亚洲、欧洲、北美洲、南美洲、大洋洲和非洲地区的地表太阳辐射连续无缝监测，填补了极轨卫星观测频次低、单一静止卫星观测区域有限的不足。

　　胡斯勒图研究员指出，地表“阳光扫描仪”通过多星组网观测，实现从区域到近全球观测的跨越，可同步解析近全球的太阳短波辐射(0.3至3微米)、光合有效辐射(0.4至0.7微米)、紫外线A/B辐射及其直射与散射分量。

　　针对性构建高精度云遥感算法

　　地表太阳辐射是指地球表面接收到的太阳辐射组分(包括紫外线、可见光和红外线等不同波长的电磁辐射)的总称，云则是影响到达地表太阳辐射的最主要不确定因素，是地表太阳辐射监测的难题之一。

　　石崇研究员表示，本项研究基于构建的智能云检测系统、非规则冰云粒子散射模型，结合不同卫星的光谱特征，针对性构建出适用于每颗卫星的高精度云遥感算法。

　　同时，考虑大气气溶胶、气体、地表反射等影响，开发出人工智能及辐射传输模型相结合的快速辐射传输模拟器，实现辐射传输计算速度提升9万倍，误差小于0.3%。

　　“通过整合以上核心技术，我们构建了应用于GSNO系统的地表太阳辐射遥感算法。通过算法创新，破解了每颗卫星云干扰及快速辐射传输计算难题。”石崇说。

　　支撑“双碳”目标清洁能源布局

　　目前，地表“阳光扫描仪”可以提供空间分辨率5公里、观测频次每小时1次的近全球地表太阳辐射监测数据，显著优于国际同类产品，实现空间分辨率的数量级提升，可精细捕捉台风路径、青藏高原等局地辐射变化。通过对比全球地基实测数据，基于“阳光扫描仪”的地表太阳辐射数据日均误差低、精度高，可为局部地区气象灾害监测、光伏电站选址等提供精细化、高精度支持，并为高时空分辨率地球系统模式提供数据驱动。

　　胡斯勒图认为，地表“阳光扫描仪”将助力全球太阳能资源评估，支撑“双碳”(碳达峰碳中和)目标下的清洁能源布局，其光合有效辐射数据可为粮食估产与生态碳汇测算提供新依据，紫外线数据模块有望应用于公共卫生领域。

　　他透露，基于“阳光扫描仪”的地表太阳辐射遥感数据产品，已在“云遥感、大气辐射和再生能源”(CARE)网站上发布共享，研究团队后续将致力于研发相关辐射传输模型及卫星遥感数据，更好服务于清洁能源使用及气候变化研究。