引言

全球气候变化引发社会各界对人类可持续发展的忧虑。厘清气候系统的能量变化是研究全球气候变化机理的关键环节之一,需要对太阳入射辐射、地球反射的短波辐射和发射的长波辐射强度变化进行全球尺度的精准测量。空间观测是地球系统辐射收支能量观测最直接的手段,可以监测地球辐射能量系统的变化。近70年来,美国航天局等多个航天机构相继发射了地球辐射收支观测卫星,从空间观测地球辐射收支,基本实现了地球辐射能量平衡年变化量的天基观测。

现有卫星观测精度无法满足地球辐射收支的观测需求。天基测量的地球辐射收支,近期更倾向于称之为地球辐射能量不平衡值,以突出其对气候变化的驱动作用。近地轨道卫星受制于观测视角小、轨道稳定性差、生命周期短等限制,地球辐射能量不平衡值的真值仍无法从空间直接测出。随着月球和深空探测的开展,在月球表面布设对地观测系统逐步成为关注热点。月基对地辐射观测是研究地球气候系统辐射能量平衡的新方法,从一个全新的角度全面观测气候变化、监测地球系统能量盈亏。

地球目标方向订正模型(Angular Distribution Models, ADMs)是将天基短波和长波星载观测的大气层顶辐亮度转换为辐照度和辐射通量的关键环节。ADMs模型的准确性将直接影响与各类场景相关的辐射通量的最终解算精度,因而影响地球辐射收支的最终解算精度。以NASA的云与地球辐射能量观测系统(CERES)为例,针对每套星载地球辐射探测系统构建相应的ADMs模型,是获取地球短波和长波辐射通量的重要环节。

鉴于此,本文从分析近地和地球静止轨道卫星的ADMs模型构建出发,梳理ADMs模型研究进展和发展趋势,探讨月基对地观测在ADMs模型构建中的优势、潜力和可能存在的问题。以期为天基和月基对地辐射观测ADMs模型构建提供借鉴。  

李清泉,刘会增,朱平

640.jpeg中国国际月球科研站概念图,来自中国航天局

作者简介

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李清泉 院士

深圳大学党委书记、教授,博士生导师,中国工程院院士,俄罗斯工程院外籍院士,欧亚科学院院士,中国测绘学会副理事长,Urban Informatics 亚太主编。长期从事多学科交叉的动态精密工程测量和空间信息智能感知的理论、方法与装备研究,推动精密工程测量从“静态到动态”、“离散到连续”、“人工到智能”的转变,促进了测量学科的创新发展和行业技术进步。出版专著6部,授权发明专利60项,PCT专利10项,发表SCI论文230篇,获得国家级科技奖励3项,省部级一等奖8项,何梁何利科技进步奖,全国创新争先奖,国际移动测量杰出贡献奖等,引用超2万次,入选全球前2%顶尖科学家榜单。

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刘会增  研究员

深圳大学研究员、助理教授,深圳市海外高层次人才,主要从事月基对地观测与遥感环境监测研究,研究兴趣包括月基与深空对地观测、海洋水色遥感、地球辐射收支、海洋生态环境遥感监测等。主持和参与国家、省部级项目多项,在RSE、ISPRS Journal、IEEE TGRS等国内外高水平期刊发表论文30余篇。中国测绘学会深空探测遥感测绘工作委员会委员,担任IEEE GRSM、IEEE TGRS、JAG、Geoscience and Remote Sensing、IJRS、遥感学报等领域内多个高水平期刊审稿人。

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朱平  教授

深圳大学教授、博士生导师。2007年至2021年在比利时皇家天文台工作。担任欧空局法国、比利时、瑞士联合太阳观测卫星PICARD项目太阳、地球辐射测量实验比方首席科学家、欧空局(ESA)资助TARO项目太阳和地球辐射天基测量首席科学家。多个空间探测任务科学家团体的核心成员:日地L1点SOHO太阳总辐照度实验VIRGO;火星探测MARS2020表面辐射测量;木星探测任务JUICE红外相机定标;小天体变轨实验DART后续现场勘察任务HERA的红外相机和原位重力计。国际空间研究所(伯尔尼)资助的太阳和地球辐射测量前沿技术研究团队发起人之一,中欧探月团队比利时皇家天文台代表。在国际学术刊物和国际会议上发表论文60多篇。

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