跟着理念的演进以及科技的成长，对于地球体系的不雅测正从看清地球的样貌深切拓展到探测地球圈层的内涵。“透视地球”基在多种对于地不雅测手腕对于年夜气圈、水圈、生物圈、岩石圈等地球空间物理因素、内部布局及其蜕变历程举行邃密、综合探测，而获取地球各圈层更“切确”、更“深层”的信息，成为新一代对于地不雅测技能成长的踊跃摸索以及主要标的目的。

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岩性布局与地下河展布透视不雅测 图片由作者提供

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水下三维动力场/生物场/地形透视不雅测 图片由作者提供

为什么要“透视”地球

地球体系是由年夜气圈、生物圈、水圈（包孕冰冻圈）以及岩石圈等构成的繁杂的巨体系。于地球体系科学理念不停演进以及新技能加速成长的新时代，科学家们已经不满意在只看清地球的样貌，而是但愿深切拓展到探测、阐发、认知地球圈层的内涵。摸索地球体系内部的秘密，是解决人类资源、情况以及可连续成长问题的一定选择。

然而，人类对于地球自身的探测仍旧很是开端。世界重要国度都已经经将地球圈层内部探测列入推进可连续成长的国度科学成长战略，争相部署年夜深度、高机能的主被动探测载荷及相干运用研究规划。例如从20世纪70年月最先，美国率先实行的“年夜陆反射地动探测规划”，美国国度科学基金会、美国地质查询拜访局以及美国国度航空航天局结合倡议的“地球透镜规划”，Australia提出的“博璃地球”规划等。我国也设立了《深部探测技能与试验研究》规划，用来研究并试验地壳与地幔深部探测的一系列技能要领。这些规划的实行多采纳以成长固体地球深部探测技能与设备体系联合三维地质填图的体式格局，加快了人类对于地球深部的熟悉以及理解，但对于地球体系各个圈层的邃密探测以及历程蜕变阐发仍旧不敷体系以及深切。

对于地不雅测技能作为对于现代社会最具影响的科技之一，出现通明化、立体化、一体化、动态化、邃密化的成长特性。跟着年夜数据、人工智能、物联网、云计较以及呆板进修等加快技能厘革，对于地球体系的立体探测、连续不雅测、智能监测不停深切。好比，美国国度航空航天局在2021年5月正式宣布成立地球体系不雅测平台规划；欧洲航天局发射了人类首个研究高层年夜气风的卫星“风神”，经由过程接纳紫外激光器切确探测从地球外貌到平流层的风速以及风向等。最近几年来，我国于对于地不雅测技能方面取患了主要进展，已经经由过程“高分”专项以及国度平易近用空间根蒂根基举措措施的设置装备摆设实行，构建了从全色、多光谱到高光谱，从光学到微波雷达的六合一体化对于地不雅测体系，开端造成高时间、���高空间分辩率的宽幅不雅测威力。

总体而言，海内外对于地不雅测体系已经经具有相称范围，但现阶段获取的地球体系数据以平面化为主，于密度、维度、标准上已经难以满意当前地球体系科学庞大前沿问题研究以及社会经济成长对于高品质数据的需求。经由过程一系列新型“透视技能”获取地球各圈层更切确、更深层的信息，可以更周全、更深切地相识地球体系的运转机制，从而鞭策地球体系庞大科学问题的冲破，晋升人类举行资源探测、猜测应答极度气候事务及全世界情况变迁的威力。

甚么是“透视地球”？

“透视地球”对准地球体系圈层“看不见”的内部信息感知，哄骗电磁、微波、激光以及重力等穿透性、多维度、高密度的新型透视遥感探测前沿技能，基在天基、空基、陆基等不雅测平台，对于年夜气圈、水圈、生物圈、岩石圈等地球空间物理因素、内部布局及其蜕变历程举行邃密、综合探测，是新一代对于地不雅测技能成长的主要标的目的，为经济社会成长、资源情况合理哄骗、食粮保险、海洋权益掩护等提供根蒂根基性、战略性的信息资源保障。

当前，人类对于地球体系的摸索正于发生庞大转移，从表层到内部，从局部走向总体，新时代的“地球体系”理论常识以及要领技能系统对于遥感不雅测提出了新的要求。透视地球的焦点根蒂根基是成长穿透性、新体系体例的进步前辈遥感技能，探测技能的不雅测维度从二维拓展到三维，探测通道涵盖紫外到毫米波，经由过程天—临—空—地—海多基协同、多谱段耦合、大都据集成，将实现圈层多物理量动态化、立体化、全息化的透视不雅测信息获取，促生新的地球体系科学常识，无望成为下一代对于地不雅测技能系统的制高点。

针对于年夜气、海洋、植被以及固体地球不雅测等范畴的使命以及探测方针，以透视视角开展空间对于地不雅测/探测新道理、地球体系参量反演新理论、定量运用新要领研究，构建邃密分辩率、全天候、高靠得住性的新一代地球体系空间不雅测技能系统，重要分为年夜气圈层透视、丛林透视、固定地球透视以及海洋透视4个重点范畴。

年夜气圈层透视重要哄骗全谱段、主被动协同、星—机—地结合的不雅测手腕，实现对于年夜气中“景象形象—辐射—身分”要害因素的三维立体不雅测。今朝国际上的年夜气透视技能实现了对于晴空以及云雨前提下年夜气的全世界性、高时空分辩率的不雅测，为数值预告提供了年夜量靠得住的不雅测信息。国际上已经经发射了TRMM-PR单频降水雷达、Cloudsat-CPR单频云廓线雷达以双频降水雷达，中国于星载云、降雨透视探测雷达研制以及运用方面也倏地成长。但现有于轨运转的雷达频次较低，仅对于标准较年夜降水粒子比力敏感，难以同步获取正确的云垂直布局信息，没法为云、降雨蜕变历程机理的研究提供充足的邃密不雅测资料，限定了云降雨研究的成长。

丛林透视技能重要经由过程综合哄骗多种遥感技能手腕，以获取丛林的三维邃密布局信息。今朝美国以及欧洲对于地不雅测战略计划均将碳轮回以及生态体系不雅测作为重要不雅测方针之一，明确计划了激光雷达、合成孔径雷达、光学相联合的丛林监测系统。怎样实现繁杂地形前提下丛林三维布局的不雅测，是丛林遥感的前沿与难点。综合哄骗多频雷达干预干与、激光雷达以及光学多角度立体不雅测等手腕，从波段、极化、时相、基线等差别维度，摸索多维度丛林空间布局遥感探测机理模子，造成多波段一体化丛林空间布局遥感理论与要领，以实现丛林植被布局透视、丛林组分透视以及丛林生化参数透视。

固体地球透视探测重要哄骗多场量、主被动协同、星—空—地结合不雅测方案，获取重力、磁力、电磁等地球物理场，对于岩石圈举行穿透性、年夜深度、多场量特性综合阐发，“揭开”地表笼罩层，研究与描画地球内部的物理性子、岩性以及组织特性，探测与辨认地下方针体，对于地质布局实现立体三维数据获取，为解决人类社会保存成长至关主要的资源、情况等问题提供前途。当前，于传统电磁设备技能及基在航空航天的地球物理探测设备技能方面，我国对于岩石圈内部参数获取威力还存于必然的差距。将来，冲破新型小型化、高敏捷度的地球物理焦点传感器，开展年夜深度、高效率以及高精度的固体地球透视技能体系研制，对于不雅察、阐发以及捕获岩石圈频仍的地质勾当以及地质征象，实现地质布局立体三维数据获取具备庞大运用价值。

海洋遥感凡是接纳可见光—红外—微波等电磁波段对于海洋外貌开展遥感监测，怎样综合哄骗遥感以及水下现场不雅测，实现对于海水内部信息的挖掘，从表层深度到次表层以致中层以及深层水体的透视探测，是当前国际海洋遥感成长的年夜趋向。我国海疆广宽，有富厚的海洋资源，亟须成长海洋内部不雅测技能，高精度描绘海洋生物量、海洋动力场、海底地形地貌、海底油气矿藏等各类水下情况，支撑内波、涡旋、锋面、洋流与潮汐等各类海洋水下征象的高分辩猜测预告。

如何“透视地球”

于地球体系科学理念连续深切以及科技立异连续冲破的年夜配景下，聚焦地球体系各圈层的内部探测，对于地不雅测技能不停成长以及立异，成为鞭策地球科学成长的焦点驱动力。多频段雷达探测、多基线干预干与雷达探测、磁力探测、重力探测、电磁探测、甚高频微波探测、主被动微波探测、激光探测等新型载荷不雅测威力的提高，不雅测平台载荷集成威力的晋升和综合地球探测理论的成长，为地球体系多物理量的结合探测、联系关系建模与信息重构提供了理论以及技能根蒂根基。

雷达降水探测技能。这是指经由过程发射雷达旌旗灯号，并依据吸收的降水的雷达回波强度，实现对于降水强度的三维空间漫衍布局的探测。搭载降水雷达的平台可分为地基、空基以及星基。经由过程多频段雷达组合，实现对于云以及降水的协同不雅测，可以或许提供越发邃密的云以及降水三维布局透视数据，有益在越发清晰地舆解云降水的蜕变历程，为降水预告的革新提供支撑。

航空重力探测技能。这是经由过程航空平台搭载重力仪以及定位传感器组合体系举行持续重力丈量，获取地下方针体密度差异惹起的幽微重力异样旌旗灯号。这些异样旌旗灯号可以展现地壳厚度变迁、断裂带位置以及延长环境，探测密度差异显著的隐伏岩体或者岩层。新的航空重力矢量丈量体系可以获取程度重力份量信息，进一步确定方针体外形走向，用在邃密的地质组织研究以及高精度资源勘探。

电磁探测技能。航空电磁探测是一种哄骗航空平台搭载电磁探测装备举行地下介质探测的技能。经由过程剔除了噪声，获取地下方针体惹起的电磁场异样相应，从而成立地下由浅至深电阻率透视模子。今朝，航空电磁探测广泛运用在矿产勘查、油气资源评价、海洋地质查询拜访、地下水勘查、项目地质以及情况查询拜访、海洋地形与极地海冰探测、军事与国防等范畴。这类技能于倏地获取年夜规模地下信息以及探测繁杂地质前提下具备较着的上风，对于资源开发以及情况掩护具备主要的运用价值。

冰冻圈主被动微波探测技能。这是按照差别波长微波对于冰川、积雪、冻土的穿透差同性道理，基在星载或者航空平台搭载自动微波探冰雷达以及被动微波辐射计，实现对于南极或者山地冰川内部布局、温度/密度廓线、冰下基岩以及水系、积雪雪水当量、次表层泥土含水量等冰冻圈要害参数的高分辩率透视探测。

海洋水体剖面激光探测技能。激光作为一种高功率自动遥感器，是穿透水体最有用的探测手腕之一。面向全世界海洋的跃层时空布局及其变迁纪律、低级出产力与碳轮回以及生命体系探测、海气能量与物资通量3年夜科学问题，哄骗蓝绿波段强穿透威力，开展海洋剖面激光探测技能攻关，冲破海洋动力热力剖面激光探测、上层海洋生物光学剖面探测、激光高光谱多波长偏振颗粒物散射、海—气界面繁杂参数激光探测等要害技能，无望实现全世界海洋百米深度内的生物光学参数的立体探测与高精度反演。

如今，我国科研职员依托国度重点研发规划“航空协同透视探测技能体系”“透视地球集成与运用验证技能”工程等，联合现有空基航行平台特色和各圈层透视载荷威力，成立多型载荷与航空平台矩阵瓜葛，冲破使命载荷一体化集成设计与测试，多机协同使命建模与航行管控等技能，构建透视地球原型体系，实现多谱特性耦合与多维数据协同的航空透视探测体系集成。

云雨三维布局邃密透视的实验、景不雅标准丛林生物量估算实验、沙漠荒原笼罩区岩性以及组织透视的实验、岩溶地下河空间展布的探测实验……为了评估透视地球原型体系的运用效能，科研职员以云雨布局、海洋动力与生物场、丛林布局、岩性组织等为透视方针，依托由中国科学院空天信息立异研究院设置装备摆设运转的新舟60航空遥感平台，有/无人多平台及多载荷协同组网，构建全谱系、多波段的“透视地球”空中试验室，选择典型树模区并顾及航空实验航行与地基参考真值丈量前提约束，构造开展空基透视探测实验，成立技能系统可用性阐发以及效能评估的指标系统，验证各圈层透视方针的满意水平。本年5月，工程团队将召开专题技能方案钻研会，深化透视探测集成验证方案，为岩溶区的水资源计划以及生态掩护提供技能撑持。

“透视地球”是对于地不雅测技能新系统的测验考试以及摸索，于要害技能、运用立异以及成长路径等方面另有待不停成长以及连续完美。依赖探测机理、进步前辈载荷以及数据运用上的技能冲破以及加快厘革，“透视地球”无望实现对于地球圈层多物理量的动态、立体探测，天生全空间、高可托的透视数据资源，引领以圈层透视信息为焦点的新一代地球科学常识系统的成长，并鞭策空天科技、深地深海等根蒂根基焦点范畴的前沿立异，为人类的出产以及糊口提供智能化办事。

（作者：周翔 潘洁 吴一戎，别离系中国科学院空天信息立异研究院研究员；正高级项目师；中国科学院空天信息立异研究院院长、中国科学院院士）

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