郭华东院士：空间遥感新方向——月基对地观测技术与应用

郭华东

中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、

芬兰科学与人文院外籍院士、发展中国家科学院院士

现任可持续发展大数据国际研究中心主任、国际数字地球学会名誉主席、联合国教科文组织国际自然与文化遗产空间技术中心主任。主要研究方向为遥感与数字地球科学。

月球是地球唯一的自然卫星，其围绕地球运动，有一面总是面向地球，是难得的可进行大尺度、连续性、长期性动态观测的对地观测平台，可为全球尺度多圈层整体研究提供新的视角，有希望对全球多圈层相互耦合的一系列关键科学问题给出新解释。

空间遥感新方向：

月基对地观测技术与应用

1962年，第一届国际环境遥感会议首次提出“遥感”一词，揭开了人类利用空间遥感技术认识地球的序幕。60多年来，遥感技术得到长足发展，成功发射了各类遥感卫星、载人飞船、空间站、深空探测器、日地L1点卫星等，携带传感器波段覆盖了自可见光、红外至微波全波段范围，实施了大批综合性空间对地观测计划。

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空间遥感技术的发展与挑战

地球系统科学需要从全球角度获得地球的长期监测数据，从20世纪90年代开始，各国开始陆续提出面向全球环境监测的对地观测计划。美国目前已建立了一套较为全面的对地观测系统，欧洲系统部署的全球环境与安全监测系统陆续完成，中国也已形成以气象卫星、资源卫星、环境卫星、海洋卫星和高分辨率卫星为代表的卫星对地观测体系。

对地观测领域创新和发展的动力源于人们对地球系统认识不断深入的内在需求。随着地球系统科学研究的拓展，人们对地球系统整体认识的需求提升至新高度。尤其在研究宏观地球科学现象以及其在时间空间上的相关性、研究各个圈层之间相互联系和相互影响时，人们越来越认识到将地球作为整体进行综合观测的重要性。这对空间对地观测平台提出了新的重大需求。

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月基对地观测优势与技术特点

基于上述挑战，我们于2009年提出建立月基对地观测系统的概念。在月球上布设传感器并构建对地观测平台，对地球进行长期连续观测。月球是地球唯一的自然卫星，其围绕地球运动，有一面总是面向地球，是难得的可进行大尺度、连续性、长期性动态观测的对地观测平台，可为全球尺度多圈层整体研究提供新的视角，有希望对全球多圈层相互耦合的一系列关键科学问题给出新解释。

月基对地观测具有4大特点：

长期性

人造卫星的寿命一般是数年，月球几乎是一个“永久”的平台。在月球表面建立对地观测系统，有望形成长期的时间序列数据获取能力。

整体性

月球广阔的空间可布设多模式、全波段、主被动多种传感器，在水平方面和垂直方向上均可实现对地球的整体观测。

稳定性

月球比地球稳定得多，具有广阔空间的刚性平台，传感器可以形成较长的稳定基线，从而完成精确的对地观测使命。

唯一性

月球是地球引潮力的主要因素之一，引起的大气、海洋和固体地球潮汐是塑造地球环境的重要影响因子。月球对地球施加的影响主要与月球运动相关，月基观测与这些现象相关的参数能提供独特、唯一的视角。

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宏观地球科学现象的月基观测

1）固体地球宏观运动。

在月球上布设合成孔径雷达具有更大的可观测范围和测绘带幅宽、灵活的观测周期和观测模式，具备足够长时间的合成孔径积分能力和稳定灵活的干涉模式，其理论上的位置测量和形变测量精度高于星载干涉一个数量级。在月球上设立观测站点能够获取高精度、大空间范围的固体地球形变参数。

2）全球能量平衡的认识。

在月球上布设传感器可以对地球进行整体、长期、一致的辐射探测，可以有效解决近地轨道卫星地球辐射探测中存在的问题，精确地计算出地球气候系统地球辐射差额。可为大气顶层辐射通量和反照率等参数的计算提供不同于卫星，并且优于卫星的长期连续观测数据。

3）地球整体长期反射辐射特征。

寻找地外生命和“宜居星球”一直是人类的梦想。通过在月球上布设具有偏振能力的辐射计，对地球进行长期观测，获取的反射辐射信号及其偏振特征有助于了解地球表面和大气的物理属性，可以将地球作为一个整体来研究单点长期的生命信号波动特征，也可以用以揭示开展地球表面生命信号相关各要素的时空变化规律。

4）大尺度地球环境科学观测。

南极绕极流月基观测：南极绕极流是唯一一支围绕地球的海流，月基观测的优势在于连续多角度观测。月基平台可对南极、北极和青藏高原（第三极）开展“三极”协同观测，地球“三极”是全球变化的敏感区和指示器，把“三极”作为统一体，可从地球系统模型角度对比分析和理解“三极”在全球气候和环境变化的作用及反馈的同步性和异步性机制。

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月基对地观测前瞻

月基平台将开辟全新的对地观测方向，是空间对地观测的一场革命。期待在中国探月工程四期任务中，利用着陆在月球科研站的光学传感器，开展对地球辐射平衡特征的月基观测，实现人类从月球平台研究全球变化的科学梦想。也期待将来在有人值守的月球对地观测基地，布设干涉合成孔径雷达系统，获取地月日同时作用状态下的引力信息，从而取得对固体地球运动乃至地震机理的新认识。

文章来源：郭华东. 空间遥感新方向：月基对地观测技术与应用[J]. 科技导报, 2025, 43(10): 1-2

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本文转载自“科技导报”，原标题《郭华东院士：空间遥感新方向——月基对地观测技术与应用》。

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