卫星遥感拓展至农业领域，开创自主可控和应用发展的新时代！

国家气象中心 钱永兰

“民为国基,谷为民命”,粮食安全了,国家安全才有保障。

我国目前已解决温饱问题,但国家粮食安全形势却依然严峻。虽然我国谷物供应基本自给,但是有些粮食作物对外依赖性很强,尤其大豆的进口量稳居世界第一,其中2001至2018年年均进口的粮食总量中,大豆占比为75.4%,而且总体呈现不断增长态势。

在新的国际形势下,国家粮食安全需要强大的科技支撑,才能对国外粮食主产国的大宗农作物产量和粮食生产形势有充分的了解和准确的把握。那么如何实现对国际粮食生产形势的实时了解和准确把握呢?卫星遥感是非常重要的科技手段之一。

卫星遥感拓展至农业领域

1960年4月1日,美国发射了世界上第一颗气象卫星 “泰罗斯”一号,这颗试验气象卫星携带两台摄像机和两台录像机,在700千米高的近圆轨道上绕地球运转,在轨运行78天,开启了气象卫星对地观测的新时代。

欧美发达国家和地区在20世纪下半叶大力发展卫星遥感技术,成为卫星遥感技术应用的先行者。同时他们将卫星遥感从军用领域拓展至民用领域,而农业是最早也是最重要的民用领域之一。

美国农业部、海洋大气管理局、国家航空航天局和商务部于20世纪70年代合作实施了“大面积农作物估产实验”项目,主要采用卫星遥感技术对本土农作物种植面积进行清查,并于20世纪80年代将遥感监测范围拓展至全球,由农业部外国农业局负责实施,对全球农作物长势和产量进行监测预测,这其中气象卫星发挥了重要的作用。

欧盟于20世纪80年代末开始实施为期10年的“农业遥感监测”项目,通过边研究边应用的策略,对欧盟的农作物种植面积、长势和产量等农业生产状况进行清查和实时监测,2000年开始进行全球农业监测和粮食安全评估。

欧美发达国家和地区率先通过卫星遥感技术的应用,对全球农业生产状况进行实时监测和动态评估,从而能够及时把握全球粮食生产动态和产量形势,在世界粮食市场中占据主动地位,获取丰厚利润。

开创我国卫星遥感新时代

我国的卫星遥感技术起步晚于欧美等发达国家约20年,1977年开始研制风云气象卫星,1988年、1990年和1999年,先后发射了3颗第一代极轨气象卫星,即风云一号A、B和C气象卫星。

我国第一颗风云极轨气象卫星虽然仅装载1个传感器、5个光谱探测通道,工作39天,但实现了我国气象卫星技术从无到有里程碑式的突破,为后续风云系列卫星的发射和应用奠定了重要基础,它的发射标志着我国从此进入气象卫星发展时代。

在发展气象卫星技术的同时,我国于20世纪90年代前后也开始进行卫星遥感应用技术的相关试验研究,主要依赖国外卫星遥感数据进行农作物的长势监测和估产试验等应用探索,在技术上受计算机技术和卫星遥感解译技术的双重制约,数据依赖于国外网站下载,无法按时按量获取需要的数据,因此不能依靠国外数据建立稳定运行、自主可控的业务。

2008年,我国第二代极轨气象卫星风云三号A星成功发射,装载11个传感器、99个光谱探测通道,其中有5个通道的分辨率达到250米,同时实现了极地接收,开创了我国卫星遥感业务自主可控和应用发展的新时代。

风云气象卫星加持做到“知彼知己”

目前,风云三号已发射三个批次共计A、B、C、D、E、F、G七颗卫星,其中风云三号G星于2023年4月16日成功发射,是我国首颗低倾角轨道降水测量卫星,主要用于降水气候学研究以及灾害性天气系统降水监测,能提供全球中低纬地区降水三维结构信息,其成功发射使我国成为全球唯一同时业务运行晨昏、上午、下午和倾斜4条近地轨道民用气象卫星的国家。目前风云三号C、D、E、F、G卫星同时在轨业务运行(见图),实现晨昏、上午、下午和倾斜轨道对地球回访观测,可以说全球气象和农业生产状况尽收眼底。

风云三号卫星携带适宜植被及环境监测的光学和微波等多种传感器,能够不受云雨天气及昼夜的影响,从而实现对土壤水分、地表温度、植被生长状况等的全天候监测,并通过设在极地和国内的共7个接收站实时传输数据,再经过地面系统的快速处理,1-3天内即可完成对全球农作物以及高温、干旱等农业气象灾害的监测评估。

基于风云三号卫星遥感数据,一方面可以实现对农作物的实时动态监测,定量评估农作物在空间和时间上的生长差异性,另一方面还可以监测农作物的生长过程变化,将这些作物信息和气温、降水等关键气象要素相结合进行分析,就可以准确把握全球农业气象灾害发生情况、农作物生长状况、农作物产量形势以及精确产量。

可以说,有了国产风云气象卫星的加持,我们就好比在地球之外,有了第三只眼睛,可以对全球的农业生产状况进行实时监测和动态评估,及时获取全球任意地区的作物种植、生长状况和产量信息,做到“知彼知己”,帮助我们在世界粮食市场中把握主动权,从而保障我们国家的粮食安全。