【技术创新】雷达的未来—TerraSAR-X和TanDEM-X的科学福祉与潜能
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2017-01-05

2016年10月19日

格陵兰岛冰川网络。需要更大图片,请见:http://www.dlr.de/dlr/en/Portaldata/1/Resources/bilder/portal/oberpfaffenhofen/2016/TDX_Groenland.jpg

 

从2007年到2010年间,德国双卫星TerraSAR-X和TanDEM-X一直进行着专有对地观测数据的交付工作,为国际研究景观做出贡献。如今,全球的科学用户云集位于奥博珀法芬霍芬(Oberpfaffenhofen)的德国宇航中心(DLR)参加TerraSAR-X和TanDEM-X科学会议,与会者将就已获取数据的结果以及明确未来遥感技术需求问题进行讨论。

在2016年10月17日到20日会议期间,将有约200场演讲报告介绍最先进的研究,内容涉及洞悉冰川学、水文学、冻土、海冰、滑坡、农业、林学、火山学、海岸带及海洋、地质风险和数字地形建模应用方法研究领域。

TanDEM-X博客将通过会议现场直播,展示DLR在科学会议上的讲话以及对全球科研人员使用两颗雷达卫星数据情况进行概述。

 

研究应用

因为雷达传感器能够全天候、全天时并不受云层影响传送影像,所以它们在对地观测领域尤为重要。从太空中,它们能够捕捉100多公里长的广阔区域范围。

此外,民用雷达卫星TerraSAR-X和TanDEM-X在执行任务中已经进行了前所未有的高精度地球测量,为科学利用数据做出巨大的贡献。两颗卫星仍在运行并且确定还可以进行多年的科学服务工作。

DLR对地观测中心专家Achim Roth指出,国际研究机构和组织已经使用获得的数据对地震、火山暴发和海啸等其他自然灾害问题进行分析。在已知影响因素和相关性条件下,依据科学数据形成的战略和措施将在危机预防和管理方面显得更加有效。

环保领域的用户表示,除了许多其他用途以外,研究人员能够利用雷达卫星对系统性森林砍伐或非法砍伐的林区进行观测。

由于雨林地区森林砍伐的严重性和恶劣天气状况,只有通过使用雷达传感器进行监测的专有应用,才能获得满意的监测结果。由于存在大量生物量的生物质库将直接影响着温室气体效应:在林地清除或树木分解期间,植被将释放出相当数量的二氧化碳,所以森林地区是科学界关注的主要领域。

大规模刀耕火种活动特别需要关注,由于存储在森林中二氧化碳的直接释放,在大气中会产生相应的高浓度二氧化碳的温室气体。反之,以获取木材为目的的计划性森林砍伐活动,能够使释放林地自然碳汇的时间更长,并产生相当大的延迟。

 

对未来研究的影响

太空视图能够提供冰川和冰架变化精确信息。有些时候的急剧变化需要常规监测,必须与全球变暖进行关联观测。这时,TanDEM-X高程模型是一个真正的数据宝藏;在此之前从来没有对格陵兰岛以及南极地区这么全面和大规模的详细测量。直至目前,科学意义上冰的数量在世界地图上显示为“一望无际的白色地区”。

在极地地区进行雷达成像存在巨大困难。光滑、雪封地区不包含允许几个图像叠加的醒目参考点。

此外,一个极度精确的像素分配会导致图像噪声。DLR微波和雷达研究所专家Irena Hajnsek表示,通过将研究人员地面高精度数据处理技术与雷达设备精细校准相结合,可以观测厘米级冰川活动,或对融冰变化情况进行米级高程测量。

全球TanDEM-X高程模型正完整地给予气候研究人员和地学科学家全新的研究视角和研究机会。他们取得的研究结果以及对国际研究界的影响将成为本次科学会议和未来集会中的重要议题。展望未来:高分辨率测绘带(HRWS)和Tandem-L卫星任务。

编队飞行卫星的成功运行和数据高质量使得TerraSAR-X和TanDEM-X任务具有地球观测历史上一个新里程碑的意义。为扩展德国雷达卫星项目,DLR建设一个后继项目—HRWS,确保X波段范围内对地观测工作连续性。HRWS卫星计划于2022年发射,DLR同时正积极参与Tandem-L卫星任务计划结合的一个革命性的地球观测系统研发工作中。

高创新雷达任务Tandem-L旨在获取高时间分辨率全球尺度环境和气象重要数据。在目标任务中,两颗雷达卫星将对全球大陆进行每8天时间尺度测量。因为此任务在全球范围内展开,所以这将及时、系统地测量动态过程。

地震研究人员和风险分析专家将能够进行地表形变毫米级监测。这将能够对极地地区冰川移动和融化过程进行更为常规的监测,形成精准的基础。此计划提出3个雷达系统获得的对地观测数据应该形成互补。

较之当前2个任务,Tandem-L将以更长波段运行。一个约24厘米波长雷达波可以穿透植被,展示下层土中的表层结构情况。极化SAR干涉新技术和成像方法同时可以对森林进行三维测量。这将可以用来计算森林高程,并间接产生生物量估算结果,一个科学界目前无法在全球尺度测量的指标。

参与初步研究任务的各个Helmholtz中心研究人员,现在能够提供应对我们面临的环境挑战的答案,将在Oberpfaffenhofen展现他们的研究成果,诠释Tandem-L卫星任务的关键作用。此科学会议为大约300名国际与会者提供了一个平台,确定未来研究议题和发起未来对地观测任务。

 

原文题目:The future of radar - scientific benefits and potential of TerraSAR-X and TanDEM-X

资料来源:http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10263/374_read-19779/sendafriend-1/

 

(王化编译,殷永元审核)