近日，由中國科協(xié)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)學(xué)聯(lián)合體組織評選的2021年度“中國生態(tài)環(huán)境十大科技進(jìn)展”結(jié)果揭曉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院劉誠教授團(tuán)隊牽頭、中國科大與中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心共同完成的“國產(chǎn)超光譜衛(wèi)星痕量氣體遙感及應(yīng)用”入選2021年度“中國生態(tài)環(huán)境十大科技進(jìn)展”，在全國十項入選成果中排名第一。

控制污染氣體和溫室氣體等痕量氣體排放是應(yīng)對空氣污染和氣候變化兩大大氣環(huán)境問題的重要途徑。大氣環(huán)境超光譜衛(wèi)星遙感是全面掌握痕量氣體時空變化特征、支撐我國“減污降碳”戰(zhàn)略必不可少的觀測技術(shù)。然而我國超光譜遙感長期依賴歐美國家的衛(wèi)星載荷，嚴(yán)重制約了在大氣污染跨境傳輸和全球排放責(zé)任評估上的國際話語權(quán)。研究團(tuán)隊圍繞“痕量氣體時空分布表征”關(guān)鍵科學(xué)問題和自主可控的國家需求，研制了我國分辨率最高的紫外-可見超光譜衛(wèi)星載荷，研發(fā)了從超光譜衛(wèi)星發(fā)射前定標(biāo)、在軌超光譜定標(biāo)到多組分痕量氣體反演的完整遙感算法，在載荷關(guān)鍵部件遭國際禁運的不利條件下，實現(xiàn)了基于國產(chǎn)超光譜衛(wèi)星的痕量氣體遙感監(jiān)測（下圖所示）。

國產(chǎn)超光譜衛(wèi)星痕量氣體遙感

主要創(chuàng)新成果包括：設(shè)計了大視場非球面高分辨光譜成像光路和卷簧式太陽譜觀測光路，成功研制了我國目前分辨率最高的紫外-可見超光譜載荷（搭載于高分五號衛(wèi)星的大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，EMI，下圖所示）。

國產(chǎn)超光譜衛(wèi)星載荷EMI

針對EMI載荷光譜在地理像元和波長維度響應(yīng)不均一的問題，研發(fā)了發(fā)射前的實驗室定標(biāo)裝置，為儀器發(fā)射后的在軌定標(biāo)和痕量氣體反演提供了必不可少的初始場；針對太空環(huán)境下國產(chǎn)載荷在輻射定標(biāo)和光譜定標(biāo)時空維度上的系統(tǒng)偏差，研發(fā)了發(fā)射后在軌實時超光譜定標(biāo)算法，大幅降低了EMI和國產(chǎn)碳衛(wèi)星載荷（TanSat）的光譜擬合殘差。

針對低信噪比下目標(biāo)氣體反演誤差大的問題，研發(fā)了自適應(yīng)反演配置迭代算法，最大限度去除了同波段其它氣體的干擾，進(jìn)一步大幅降低了反演誤差；針對我國高氣溶膠濃度背景下的多次光散射現(xiàn)象，研發(fā)了太陽光子路徑校正算法，大幅提高了痕量氣體的反演精度。

研究團(tuán)隊通過一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得國產(chǎn)衛(wèi)星的二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、甲醛（HCHO）、二氧化碳（CO2）等痕量氣體的反演精度達(dá)到了國際同類最先進(jìn)衛(wèi)星的同等水平（下圖所示），實現(xiàn)了中國的“減污降碳”成效用中國衛(wèi)星觀測來評估，增強(qiáng)了我國在減排責(zé)任上的國際話語權(quán)。團(tuán)隊還將在軌超光譜定標(biāo)、自適應(yīng)反演配置迭代算法等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于國際衛(wèi)星的遙感反演，修正了歐美S5P衛(wèi)星官方產(chǎn)品對我國SO2的嚴(yán)重高估，大幅提高了NO2、HCHO的觀測精度，真實評估了我國的減排成效，并率先實現(xiàn)了歐美官方所沒有的公里級分辨率臭氧垂直廓線和乙二醛反演。

國產(chǎn)超光譜衛(wèi)星痕量氣體遙感結(jié)果（上圖）與國際最先進(jìn)同類衛(wèi)星官方產(chǎn)品（下圖）對比。(a)國產(chǎn)EMI載荷的NO2反演結(jié)果；（b）歐美S5P衛(wèi)星的NO2反演結(jié)果；(c)國產(chǎn)EMI載荷的SO2反演結(jié)果;（d）歐美S5P衛(wèi)星的NO2反演結(jié)果；（e）國產(chǎn)TanSat衛(wèi)星的CO2反演結(jié)果；（f）歐美OCO-2衛(wèi)星的CO2反演結(jié)果

該研究成果相關(guān)論文發(fā)表在Science Advances、Light: Science & Applications、Earth-Science Reviews、Environmental Science & Technology、Remote Sensing of Environment等國際著名期刊，其創(chuàng)新性得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的一致認(rèn)可。衛(wèi)星遙感結(jié)果的準(zhǔn)確性和實用性也得到了我國大氣污染防治部門的高度認(rèn)可，作為生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心的業(yè)務(wù)化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品落地應(yīng)用。

團(tuán)隊研究成果在“減污降碳”實際工作中的貢獻(xiàn)得到了國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心、中國環(huán)境監(jiān)測總站等國家部門和全國多個省市政府部門的充分肯定，評價其“彌補(bǔ)了地面監(jiān)測站點在郊區(qū)和農(nóng)村觀測的缺失”、“實現(xiàn)了業(yè)務(wù)部門與科研部門數(shù)據(jù)的有效融合與綜合管理業(yè)務(wù)化”、解決了“重點排放源的精準(zhǔn)定位和實時監(jiān)控”等環(huán)保工作中的實際難題，連續(xù)為三屆中國國際進(jìn)口博覽會和北京冬奧會提供空氣質(zhì)量保障，突破了歐美衛(wèi)星不提供近實時光譜的制約，大幅提升了國產(chǎn)衛(wèi)星遙感的時效性，實現(xiàn)了中國重大活動的空氣質(zhì)量保障用國產(chǎn)衛(wèi)星觀測來支撐。團(tuán)隊還建立了向科研院校和社會公眾免費開放的衛(wèi)星遙感信息共享平臺，累積數(shù)據(jù)下載量已超90000GB。該項目技術(shù)成果支撐了多個國家重點專項和技術(shù)規(guī)范的制定，打破了多年來高度依賴國外衛(wèi)星載荷的局面，推動了我國大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。

2021年度“中國生態(tài)環(huán)境十大科技進(jìn)展”遴選與評審由中國科協(xié)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)學(xué)聯(lián)合體組織開展，旨在為反映生態(tài)環(huán)境科技領(lǐng)域前沿發(fā)展動態(tài)，引領(lǐng)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新，為我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)和美麗中國建設(shè)提供科技支撐。經(jīng)兩院院士、聯(lián)合體各成員單位和全國大專院校、科研機(jī)構(gòu)推薦，聯(lián)合體對多項進(jìn)展進(jìn)行了形式審查、公示、初評，并組織院士和學(xué)部委員對通過初評的18項進(jìn)展進(jìn)行終評，最終選出“國產(chǎn)超光譜衛(wèi)星痕量氣體遙感及應(yīng)用”等十大科技進(jìn)展并予以公布。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41377-022-00722-x

https://doi.org/10.1021/acs.est.1c01970

https://doi.org/10.1016/j.rse.2021.112852

（工程科學(xué)學(xué)院、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/79170.htm

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