地球观测系统实时探测能力的实现

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1、地球观测系统实时探测能力的实现　　摘要：过去十年，来自卫星遥感的近实时数据在数据可用性和利用率上取得了迅猛增长。实时数据在许多方面的应用，诸如数值天气预测预报、自然灾害监测、防灾减灾、农业和国土安全等。随着数据应用的成熟，这种由原始数据过渡到实际应用能力的需求为提高近实时系统当前和未来的性能提供了机遇。文章重点介绍了美国航空航天局实现陆地和大气近实时数据应用的成果，这些近实时数据来自中分辨率成像光谱仪（MODIS）、大气红外探测仪（AIRS）、高级微波扫描辐射计-地球观测系统（AMSR-E）、微波临边探测器（MLS

2、）和Terra、Aqua、Aura卫星上的臭氧监测仪（OMI）。　　关键词：实时系统；卫星应用；实现　　1概述　　美国航空航天局地球观测数据和信息系统（EOSDIS）提供了丰富的有助于支持大气、海洋、陆地科学研究的数据和产品。地球观测系统（EOS）在Terra、Aqua、Aura卫星上的探测设备每天都进行全球探测，探测数据会在8到40小时的观测时间内被加工成高水平的“标准“产品提供给用户使用，主要是地球科学研究人员。然而，旨在利用地球观测系统的近实时数据，进行包括数值天气预报和气候预测预报、自然灾害、生态或外来物种

3、种群、农业、空气质量监测，防灾减灾和国土安全研究和应用的应用用户、业?栈?构和研究人员，相比通常的科学研究过程，需要数据的时间更为紧迫，通常在3小时以内，而且为了近实时的数据访问也愿意以牺牲产品质量为代价，针对这一需要，美国国家航空航天局为地球观测系统开发出了陆地、大气近实时探测能力（LANCE）。　　2LANCE的起源　　地球观测数据与信息系统（MODIS）起初并不是为了满足近实时用户合理延时的数据需求而设计的。2002年，美国国家航空航天局、国家海洋和大气管理局（NOAA）和国防部（DoD）联合倡议在卫星观测3

4、小时之内向国家海洋和大气管理局（NOAA）卫星用户提供来自地球观测系统的观测数据。然而，随着2001年在蒙大拿州发生的森林火灾，美国林业局（USFS）开始例行要求提供来自中分辨率成像光谱仪（MODIS）实时观测的火情数据。针对这一要求，在美国林业局提供部分支持的情况下，开发了中分辨率成像光谱仪（MODIS）陆地快速反应系统。这个系统利用了来自美国航空航天局NOAA系统的1级数据，提供了易于观察聚焦活动火区的图像。随后这一系统被继续开发，有关洪水、农业和空气质量监测的图像都可以向用户提供。正当地球观测系统数据处理和数

5、据产品提供趋于成熟的时候，来自美国国家航空航天局的其他用户对请求访问近实时数据的兴趣日渐浓厚。在美国航空航天局NOAA系统老化和地球科学相关应用领域近实时数据需求不断增长和扩展的情况下，美国航空航天局地球科学部门（ESD）决定在地球观测数据与信息系统中实现一种近乎实时的探测能力。　　在现有地球观测数据与信息系统（MODIS）探测能力的基础上，美国航空航天局地球科学部门（ESD）资助了LANCE系统的开发。LANCE包含了特殊的数据处理单元、地球观测数据与信息系统共处的数据中心和数据处理设备。这些数据处理单元使用优化

6、的科学算法加快了EOS数据和业务系统（EDOS）之间的数据传输，从而将近实时的数据提供给用户。飞行、研究和分析、应用科学项目在美国航空航天局ESD内部联合赞助了LANCE系统的发展。　　3LANCE的体系结构　　LANCE的体系结构利用了现有的近实时卫星数据处理系统，该系统由戈达德空间飞行中心（GSFC）的地球科学数据和信息系统（ESDIS）项目组管理。近实时数据当前覆盖中分辨率成像光谱仪（MODIS）、臭氧监测仪（OMI）、大气红外探测仪（AIRS）、微波临边探测器（MLS）、高级微波扫描辐射计-地球观测系统（A

7、MSR-E）。LANCE的每个单元直接分发数据到终极用户，减少了等待时间。LANCE维持了一个中央网站，方便为用户提供数据和服务。每个单元还计划使用网络冗余、电源和服务器基础架构，以确保数据和服务的高效使用。　　LANCE是EOS地面系统（请参见图1）的一部分，LANCE的所有数据都来自Terra、Aqua或基于Aura卫星的设备。新墨西哥州通过跟踪数据中继卫星系统（TDRSS），Terra卫星的仪器数据被下行到白沙试验场。Aqua和Aura卫星的仪器数据被下行到在挪威和阿拉斯加的极地地面站（PGS）。来自三个卫星

8、的数据会被EDOS加工成0级数据，并分发给LANCE的处理单元处理成高级别的产品，整个过程一般在观测后30分钟至两小时内完成，然后每个单元会把原始数据处理成为更高水平的数据产品并提供给用户使用。　　美国宇航局戈达德飞行中心（GSFC）四个处理单元，即：地球科学数据和信息服务中心（GESDISC）、臭氧监测仪（OMI）科学调查员领导处理系统（SIPS）、高级微