陆地卫星8号将拯救全球变化观测

下周的发射正值全球最长地球观测数据集的未来岌岌可危之际

当陆地卫星5号于1月6日停止运行时,全球科学家都为它的逝去哀悼,但同时也感谢它的坚韧。这颗卫星打破纪录地运行了28年,拍摄了从融化的冰川到燃烧的雨林的地球变化图像,而它的继任者却步履蹒跚。陆地卫星6号在发射时失败,而13岁的陆地卫星7号则部分失明,燃料有限。随着陆地卫星5号的逝去,世界上运行时间最长,或许也是最具影响力的全球变化数据集的未来,就落在了陆地卫星8号身上,它计划于下周从加利福尼亚州的范登堡空军基地发射。

“陆地卫星8号是十多年来美国宇航局最重要的地球观测任务,”位于加利福尼亚州斯坦福市卡内基科学研究所的生态学家格雷格·阿斯纳说,他使用陆地卫星数据来追踪热带森林的趋势。在多年使用老化和受损的轨道卫星后,“我们的眼睛又回到了天空,”阿斯纳说。“这些眼睛会非常出色。”

从1972年的首次发射开始,陆地卫星旨在提供全球土地覆盖和土地利用变化的记录。最早的卫星在几个可见光和近红外频率下捕获图像,分辨率均为80米。陆地卫星4号和5号达到了30米的分辨率,并且可以看到更远的红外线,以帮助研究土壤湿度和植被。陆地卫星7号增加了一个多光谱传感器,可以达到15米的分辨率。通过仔细的校准,该项目已经建立了原始频率下连续40年的观测记录,跨越了地球发生巨大变化的时期。


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最新的任务于2002年委托,其诞生过程一波三折。美国宇航局最初打算从一家私有卫星公司购买数据,然后制定了一个计划,将陆地卫星传感器安装在一组单独的极地轨道卫星上。直到2005年,时任总统乔治·W·布什的政府才呼吁建造一艘独立的航天器,正式名称为“陆地卫星数据连续性任务”。

这艘价值8.55亿美元的航天器,大小相当于一辆大型吉普车,将在约700公里的高度绕地球运行,携带比其前辈精度更高的传感器。它不是用一面镜子扫描下方的地形并将信号发送到几个传感器,而是使用每个波段约7000个传感器,捕获地球185公里宽幅的瞬时视图。结果是每个位置获得更多数据和更好的图像质量。“这些数据对景观和时间变化更加敏感,”美国宇航局戈达德太空飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)的项目科学家吉姆·艾恩斯说。“例如,也许我们将能够更好地将玉米与高粱区分开来,或者将枫树与橡树区分开来。”

该航天器还将是陆地卫星系列中第一个在“超蓝”波段收集数据的航天器,该波段对于研究海洋和大气气溶胶特别有用。另一个新的数据流将是短波红外波段,该波段对卷云敏感,卷云是地球气候中的重要因素。

陆地卫星在其生命周期中经历了意识形态和组织的重大变化,特别是在20世纪80年代和90年代,当时国会将卫星和所有数据的控制权交给了私营公司。图像每张售价数千美元,限制了只有少数精英科学家才能进行分析。然而,政府在2001年重新获得了控制权,从2008年开始,负责监督数据的美国地质调查局将该档案作为免费的全球资源开放。访问量激增。该机构曾经每年销售大约15000张图像,而现在每年的下载量平均约为300万张。

“它提供了数据民主,”位于维多利亚州的加拿大森林服务局的研究科学家、陆地卫星科学顾问团队成员迈克·沃尔德说。“陆地卫星确实是一种全球资源。”

这些数据帮助引发了遥感专家之间的数字革命,他们开发了工具来利用大量的计算资源,并拼接出全球变化随时间和空间变化的高分辨率记录。其他星载成像仪,例如美国宇航局“泰拉”和“阿夸”卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS),可以在一次飞行中拍摄更大区域的快照,但分辨率要低得多。

有了陆地卫星,“我们可以获得细节和巨大的地理覆盖范围,”阿斯纳说。“仅此一项就使陆地卫星处于土地覆盖和土地利用变化监测的最前沿。”

陆地卫星8号计划在进入轨道后90天开始运行,尽管第一批图像可能会在三到四个星期内到达。这颗卫星的寿命可能不如它的前辈,美国宇航局的工程师已将其提名为吉尼斯世界纪录的候选者,但艾恩斯认为,陆地卫星8号将留下自己的印记。“我认为说我们所有70亿人都会从陆地卫星连续性任务中受益并非夸张。”

本文经《自然》杂志许可转载。该文章于2013年2月6日首次发表

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