郭華東

中國科學院院士、俄羅斯科學院外籍院士、

芬蘭科學與人文院外籍院士、發展中國家科學院院士

現任可持續發展大數據國際研究中心主任、國際數字地球學會名譽主席、聯合國教科文組織國際自然與文化遺產空間技術中心主任。主要研究方向為遙感與數字地球科學。

月球是地球唯一的自然衛星，其圍繞地球運動，有一面總是面向地球，是難得的可進行大尺度、連續性、長期性動態觀測的對地觀測平臺，可為全球尺度多圈層整體研究提供新的視角，有希望對全球多圈層相互耦合的一系列關鍵科學問題給出新解釋。

空間遙感新方向：

月基對地觀測技術與應用

1962年，第一屆國際環境遙感會議首次提出“遙感”一詞，揭開了人類利用空間遙感技術認識地球的序幕。60多年來，遙感技術得到長足發展，成功發射了各類遙感衛星、載人飛船、空間站、深空探測器、日地L1點衛星等，攜帶傳感器波段覆蓋了自可見光、紅外至微波全波段范圍，實施了大批綜合性空間對地觀測計劃。

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空間遙感技術的發展與挑戰

地球系統科學需要從全球角度獲得地球的長期監測數據，從20世紀90年代開始，各國開始陸續提出面向全球環境監測的對地觀測計劃。美國目前已建立了一套較為全面的對地觀測系統，歐洲系統部署的全球環境與安全監測系統陸續完成，中國也已形成以氣象衛星、資源衛星、環境衛星、海洋衛星和高分辨率衛星為代表的衛星對地觀測體系。

對地觀測領域創新和發展的動力源于人們對地球系統認識不斷深入的內在需求。隨著地球系統科學研究的拓展，人們對地球系統整體認識的需求提升至新高度。尤其在研究宏觀地球科學現象以及其在時間空間上的相關性、研究各個圈層之間相互聯系和相互影響時，人們越來越認識到將地球作為整體進行綜合觀測的重要性。這對空間對地觀測平臺提出了新的重大需求。

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月基對地觀測優勢與技術特點

基于上述挑戰，我們于2009年提出建立月基對地觀測系統的概念。在月球上布設傳感器并構建對地觀測平臺，對地球進行長期連續觀測。月球是地球唯一的自然衛星，其圍繞地球運動，有一面總是面向地球，是難得的可進行大尺度、連續性、長期性動態觀測的對地觀測平臺，可為全球尺度多圈層整體研究提供新的視角，有希望對全球多圈層相互耦合的一系列關鍵科學問題給出新解釋。

月基對地觀測具有4大特點：

長期性

人造衛星的壽命一般是數年，月球幾乎是一個“永久”的平臺。在月球表面建立對地觀測系統，有望形成長期的時間序列數據獲取能力。

整體性

月球廣闊的空間可布設多模式、全波段、主被動多種傳感器，在水平方面和垂直方向上均可實現對地球的整體觀測。

穩定性

月球比地球穩定得多，具有廣闊空間的剛性平臺，傳感器可以形成較長的穩定基線，從而完成精確的對地觀測使命。

唯一性

月球是地球引潮力的主要因素之一，引起的大氣、海洋和固體地球潮汐是塑造地球環境的重要影響因子。月球對地球施加的影響主要與月球運動相關，月基觀測與這些現象相關的參數能提供獨特、唯一的視角。

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宏觀地球科學現象的月基觀測

1）固體地球宏觀運動。

在月球上布設合成孔徑雷達具有更大的可觀測范圍和測繪帶幅寬、靈活的觀測周期和觀測模式，具備足夠長時間的合成孔徑積分能力和穩定靈活的干涉模式，其理論上的位置測量和形變測量精度高于星載干涉一個數量級。在月球上設立觀測站點能夠獲取高精度、大空間范圍的固體地球形變參數。

2）全球能量平衡的認識。

在月球上布設傳感器可以對地球進行整體、長期、一致的輻射探測，可以有效解決近地軌道衛星地球輻射探測中存在的問題，精確地計算出地球氣候系統地球輻射差額。可為大氣頂層輻射通量和反照率等參數的計算提供不同于衛星，并且優于衛星的長期連續觀測數據。

3）地球整體長期反射輻射特征。

尋找地外生命和“宜居星球”一直是人類的夢想。通過在月球上布設具有偏振能力的輻射計，對地球進行長期觀測，獲取的反射輻射信號及其偏振特征有助于了解地球表面和大氣的物理屬性，可以將地球作為一個整體來研究單點長期的生命信號波動特征，也可以用以揭示開展地球表面生命信號相關各要素的時空變化規律。

4）大尺度地球環境科學觀測。

南極繞極流月基觀測：南極繞極流是唯一一支圍繞地球的海流，月基觀測的優勢在于連續多角度觀測。月基平臺可對南極、北極和青藏高原（第三極）開展“三極”協同觀測，地球“三極”是全球變化的敏感區和指示器，把“三極”作為統一體，可從地球系統模型角度對比分析和理解“三極”在全球氣候和環境變化的作用及反饋的同步性和異步性機制。

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月基對地觀測前瞻

月基平臺將開辟全新的對地觀測方向，是空間對地觀測的一場革命。期待在中國探月工程四期任務中，利用著陸在月球科研站的光學傳感器，開展對地球輻射平衡特征的月基觀測，實現人類從月球平臺研究全球變化的科學夢想。也期待將來在有人值守的月球對地觀測基地，布設干涉合成孔徑雷達系統，獲取地月日同時作用狀態下的引力信息，從而取得對固體地球運動乃至地震機理的新認識。

文章來源：郭華東. 空間遙感新方向：月基對地觀測技術與應用[J]. 科技導報, 2025, 43(10): 1-2

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本文轉載自“科技導報”，原標題《郭華東院士：空間遙感新方向——月基對地觀測技術與應用》。

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