简介

地球上的人口数量在不断增长。更多的人口意味着更多的人需要获得自然资源，如水、土地和矿产。然而，这些资源是有限的，这意味着它们的数量是有限的。1］．由于更多的人需要访问相同数量的资源，因此快速准确地绘制和监测这些资源变得越来越重要。政府和社区在全球、国家和地方各级监测资源。我们需要知道哪些自然资源是可用的，有多少，以及它们是否健康或最近发生了变化。当各国掌握这些信息时，它们就可以限制对短缺资源的使用，从而避免资源被过度使用(见这年轻心灵的前沿文章)。想想森林。许多年前，人类砍伐树木以获取燃料、家具和房屋的木材，以及建造铁路。在18世纪、19世纪和20世纪90年代的大部分时间里，人们没有停下来思考有多少森林(尤其是树木需要几百年才能生长的热带森林)被留下来保护土壤不受侵蚀，或作为鸟类和其他野生动物的栖息地。我们的思想已经改变了——我们现在意识到森林是地球的肺，政府和许多组织都在努力保护森林，限制砍伐树木，并在一些地区重新种植树木。要做到这一点，人们首先必须知道这些年来树木被砍伐的地方，发生了多少砍伐，以及哪些珍贵的树木仍然存在并需要保护。这叫做自然资源管理，以及在不同时间点从地球上空拍摄的照片，可以提供有关树木被砍伐的地点、时间和数量的信息。

如果我们想知道我们可以使用多少资源以及我们开发一个地区的速度有多快，我们就需要在地球的大片地区获得频繁、一致和准确的信息。一旦我们有了这些信息，我们就可以更好地了解生命形式是如何与环境相互作用的，然后我们就可以可靠地监测和预测土地、海岸和海洋的健康程度，以及这些地区存在哪些物体或物质(更多信息，请参阅这年轻心灵的前沿文章)。幸运的是，提供这种信息的技术叫做地球观测，随着时间的推移变得越来越复杂。2］．

什么是地球观测?

第一张成功的无人驾驶地球照片是在1887年用风筝拍摄的。后来，在1907年，一位名叫诺伊布隆纳(Neubronner)的德国药剂师想出了在鸽子身上安装相机的主意。随着时间的推移，对地观测技术越来越先进。人类已经学会了发射装有相机的卫星。这些卫星围绕地球运行，并定期拍摄地球的照片。大约有2200颗卫星环绕地球运行，其中446颗进行地球观测。来自这些卫星的数据帮助科学家绘制了许多自然现象的地图，比如干旱洪水和冰川融化。科学家们利用这些信息来更好地了解地球自然资源的状况。卫星还可以帮助科学家发现人类活动破坏环境的地区，比如森林砍伐、非法采矿或过度放牧。

卫星探测到我们看不见的颜色

卫星图像类似于照片——有点像用智能手机拍摄并发布在Instagram上的照片。卫星图像是通过观察人类眼睛能看到的光和它们能看到的光来生成的不能看到的。我们的眼睛只能看到某些光波长这些颜色与红、绿、蓝相对应，而卫星可以看到许多波长的光。想象一下，你的耳朵只能收听调频广播，而卫星可以同时收听调频和调幅广播。卫星有传感器——有点像眼睛——可以探测到我们看不到的某些波长的光。科学家将卫星获得的光信息转换成图像，从而提供有关地球的信息。

一些卫星图像，比如用作图层的那些谷歌地图使用我们眼睛的蓝色、绿色和红色可以看到的。其他卫星可以使用红外光，人的眼睛是看不见的。尽管我们看不见它，但我们在日常生活中使用红外光。例如，电视遥控器顶部的小玻璃眼使用红外光与电视通信。

在Instagram上，当你看到一张使用滤镜来提亮或改变颜色的照片时，你可能会认为这张照片很有艺术感，或者看起来很假。如果你在卫星图像上看到一片鲜红色的森林(图1)，你可能会有同样的想法——那一定是一张假照片。但是红色的森林和深绿色的森林一样真实!不同的是，这些卫星图像是由我们看不到的波长的光制成的，比如红外线，所以它们看起来不真实。我们把这些图像称为伪彩色图像，要了解它们的含义，就有必要了解什么是卫星图像。

卫星测量什么来产生图像?

卫星上的每个传感器都经过调谐，以探测波长范围很窄的波长——例如，只是蓝光。仅由一个波长制成的图像以灰色阴影显示(图2)．地球上产生大量这种特定波长光的物体显示为亮点，而反射或产生很少(或不产生)这种波长的物体则显示为深灰色甚至黑色。所有卫星传感器捕捉到的信息都存储在名为多光谱遥感数据（图2)．

例如，在人眼看来，健康的植物呈现绿色，是因为植物色素比其他波长反射更多的绿光，并且吸收更多的红光和蓝光[3.］．但是卫星上的特殊类型的传感器被设计用来接收红外线，而健康的植被会反射大量来自太阳的红外光[3.］．因此，健康的植物呈现红色通过遥感．

与地球的距离很重要

卫星可以在距离地球不同距离的轨道上运行——从大约36,000公里到只有800公里。在地球上空36000公里轨道上运行的卫星被称为地球同步，它们还可以帮助天气预报。地球同步卫星只观察地球的一个半球，它们大约每10分钟就能拍摄一张照片。它们帮助科学家绘制云层和飓风的运动轨迹，甚至还可以收集火山喷发的信息!但由于它们的高度太高，它们拍摄的地球照片质量很低，就像老电影一样。他们能看到的最小物体的大小为500 - 1000米。

轨道靠近地球的卫星可以同时使用可见光(对人类而言)和不可见光波长来拍照。这些卫星可以看到0.5-30米大小的物体——从一辆汽车到一个普通后院的大小!由于它们围绕地球运行，它们每5-16天就会拍摄同一位置的照片，如果几颗卫星作为一个团队一起工作，频率甚至会更低(例如，请参见地球实验室)．

保护地球资源

卫星就像地球的保镖。用卫星观测地球有很多优点。它们可以覆盖整个美洲大陆，甚至整个地球。利用卫星图像可以系统地、连续地监测地球资源。例如,全球森林观察使用卫星图像来监测亚马逊或刚果等地的森林砍伐量。

卫星观测提供了一致的数据，可由许多用户出于不同目的共享。这些数据提供了识别问题、做出决定和采取行动以保护自然环境、灾后救援计划以及发现和预测变化以保护地球宝贵资源所需的信息。冰川去年融化了吗?野火造成了多大损失?在过去的12个月里，有多少公顷的森林被砍伐?多亏了环绕地球运行的数百颗地球观测卫星，我们才能回答这些问题，并了解陆地、水和大气的状况。卫星对地观测密切关注着我们宝贵的自然资源，为我们提供信息，以便现在和将来更好地管理我们的世界。

术语表

自然资源管理：↑综合管理构成地球自然景观的自然资源，如土地、水、土壤、植物和动物。

地球观测：↑从飞机或卫星上俯瞰地球，使用各种传感器创建图像，用于研究地球表面或附近正在发生的事情。

干旱：↑长时间降雨量异常低，导致缺水。

波长：↑波浪顶部之间的距离，就像光波。光的波长决定了我们看到的颜色。

红外：↑红外光是电磁辐射光谱的一部分。红外波比可见光波长，但没有无线电波长。

多光谱遥感数据：↑在几个宽波长波段获取可见光、近红外和短波红外图像。

红外线：↑波长:可见光中靠近红端那部分不可见波长

遥感：↑通过测量某一区域在一定距离上(通常来自卫星或飞机)的反射和发射的光来探测和监测该区域的物理特征的过程。

地球同步：↑卫星:地面观测者在天空中看到的几乎静止的卫星

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

致谢

该项目已获得欧盟地平线2020研究与创新计划的资助，资助协议号为870518。

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参考文献

[1]↑Rockström, J.， Steffen, W.， Noone, K.， Persson， Å。查宾，F. S.，兰宾，E. F.等。2009。人类安全的活动空间。自然461:472-5。doi: 10.1038 / 461472 a

[２]↑CRCSI。2016.对地观测:数据、处理与应用。卷1A:数据基础和获取．墨尔本，维多利亚州:澳大利亚和新西兰空间信息中心。

[3]↑胡特，2004年。环境监测遥感“，”环境监测及特性．阿姆斯特丹:爱思唯尔。p . 183 - 206。