项目名称：中国区域大气气溶胶卫星遥感关键技术与应用 含片
提名单位：中国科学院
一、提名单位意见
面向国家生态文明建设、经济发展模式转型，该项目针对大气污染治理和气候变化应对等重大需求，突破了气溶胶及细颗粒物瞬时遥感物理模型和反演关键技术；率先开展了星载气溶胶载荷的软硬件一体化仿真工作，论证发展了我国第一代星载多角度偏振卫星，推动了国产气溶胶卫星监测系统的快速发展；建立了细颗粒物卫星遥感数据处理系统，获得了中国区域长时间序列气溶胶关键参数时空特性数据集，为大气污染监测、预报、治理、评价等提供了重要支撑。 项目成果已在环境监测管理、环境应急响应、重点城市环境空气质量保障、污染源识别与监测、霾天气预报与分析、公众健康危害评估等环保和气象部门的业务工作中得到广泛应用，以技术创新支撑了环境保护和生态文明建设。
项目发表论文多篇，其中SCI论文多篇；出版专著和专辑多部；授权国家发明专利多项。相关成果获省部级一等奖2项，被中办、国办采用3次，获得了国家领导人批阅，为国家环境治理提供了决策支撑。
该项目研究思路和技术路线先进、创新点突出、实用性强。同行专家组鉴定意见认为该项目在我国大气气溶胶遥感技术和应用领域发挥了关键作用，引领了细颗粒污染物遥感方向，支撑了大气污染防治、气候变化应对行动对气溶胶空间监测的重大需求。
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
二、项目简介
气溶胶——大气中的悬浮颗粒物，是大气环境和气象、气候的关键影响因子。气溶胶中的细颗粒物（PM2.5）是大气污染治理的重点，卫星遥感手段可在污染监测、预报、治理中发挥重大作用。项目团队针对大气污染卫星遥感面临的中国区域气溶胶特性复杂、细颗粒物遥感难度大等挑战，持续十余年开展气溶胶卫星遥感监测机理、技术、平台和应用方面的联合攻关，系统性地研发了气溶胶遥感理论方法和技术体系，论证发展了第一代国产气溶胶偏振卫星载荷，开展了中国区域气溶胶关键数据集的研制和应用，取得了系列重要科技创新。项目成果支撑了我国大气污染防治行动计划和气候变化评估的实施，取得了重要的社会效益。主要科技创新及技术指标包括：
1. 气溶胶特性遥感方法和中国区域整层大气气溶胶特征模型。面向气溶胶细颗粒物（PM
地狱中的奥尔菲斯2.5）空间信息获取的迫切需求，在国际上率先提出了5参数细颗粒物遥感机理模型，建立了PM2.5遥
感链条，比同类模型精度平均提高11%；针对中国区域气溶胶来源多样、形态复杂的难点，发展了气溶胶颗粒物不规则形状散射卫星信号计算模型，实现了卫星对链状、簇状、椭球形等气溶胶颗粒物散射观测信号的建模。针对中国区域缺乏气溶胶特征模型的瓶颈问题，发展了“光学-物理-辐射-化学”耦合的整层大气气溶胶特征模型，比现有常用模型增加了化学参数维度，模型参数从18个扩展到22个。
2. 国产先进气溶胶卫星载荷软硬件一体化仿真和论证。针对我国发展自主气溶胶空间观测系统的迫切需要，突破了面向应用的全链路气溶胶卫星遥感仿真技术，研发了国内首个气溶胶偏振遥感载荷软硬件一体化仿真系统。通过对观测通道、观测角度数、光谱响应函数等多个卫星载荷关键指标进行最优化设计，实现了国产多角度偏振气溶胶载荷与国际同类卫星相比空间分辨率提升1倍，应用能力满足大气污染传输通道城市限排等关键应用需求；通过辐射和偏振模型仿真，载荷辐射量化能力提高4倍，气溶胶细粒子比数据产品可用率从22%大幅提高到82%。论证的我国第一代星载多角度偏振相机已于2018年搭载GF-5卫星发射升空。
3. 中国区域气溶胶卫星遥感数据集及大气环境和气候变化应用。开展气溶胶卫星遥感数据规范化处理流程研究，建设气溶胶多源卫星数据反演、质控和检验平台。获得了27万余条中国区域整层大气气溶胶基础特性数据集，支持了空气污染预报、地球系统模式研发。获得了中国区域35年时空一致性气溶胶光学厚度数据集，评估了中国气溶胶辐射致冷抵消的温室气体增温，支持了气候变化评估、政府气候变化应对行动。研发了中国区域PM2.5和雾霾关键参数卫星遥感数据集，支持了空气污染排放源识
别、重污染预报应急、全国大气污染损失核算、雾霾健康效应评估等，产生了重要的社会影响和公共效益。
项目发表论文274篇，其中SCI论文173篇。出版专著3部、专辑3本，授权国家发明专利12项。相关成果获省部级一等奖2项，被中办、国办采用3次，获得了国家领导人批阅，为国家环境治理提供了决策支撑。
三、客观评价
1.获奖及成果鉴定
➢获2013年度“北京市科技进步奖”一等奖
➢获2017年度“新疆维吾尔自治区科学技术进步奖”一等奖
➢“面向应用的航天遥感软硬一体化仿真系统技术与应用示范”项目成果鉴定
以薛永祺院士为专家组长的中国遥感应用协会组织的科技成果鉴定结论为：“突破了面向应用的全链路航天遥感图像仿真与评价技术及多种卫星与遥感器组网协同分析技术，形成了集五层十五级数据存储与检索、处理工具箱、分布式集计算、可视化分析于一体的大数据处理工程技术体系及软硬一体化吕剧王定保借当
处理平台，取得了创新性成果……填补了我国该领域空白，打破了国外长久以来的技术封锁。系统技术难度大、集成度高、实用性强，总体达到了国际领先水平”。
2.项目验收意见
➢973计划项目“多尺度气溶胶综合观测和时空分布规律研究”在科技部组织的项目验收评估中获得优秀（国科发基〔2016〕328号）
“攻克了气溶胶遥感天、空、地观测新技术，发展了新型气溶胶参数反演算法，构建了中国典型气溶胶模型和气溶胶数据集融合算法，制作了稳定可靠的中国区域近35年气溶胶光学厚度数据集，系统分析了中国区域近35年气溶胶特性的时空变化规律，……对我国气溶胶的环境评价以及对评估气溶胶的气候变化效应具有十分重大的意义”。
➢中科院先导科技专项课题“气溶胶时空分布遥感观测”
“发展和改进了考虑地表双向特性的长时间序列气溶胶光学厚度快速算法，……发展了基于星载激光雷达、多角度偏振等先进传感器的气溶胶和云参数反演方法，解决了传统地面探测手段区域覆盖度低的问题，实现了中国区域的空间覆盖探测”。
➢国防科技民用专项科研技术项目“我国卫星遥感应用需求和载荷指标综合论证”
“建立了满足我国遥感应用需求的有效载荷指标体系，……提出了有效载荷
的重点发展方向、载荷配置和我国民用航天对地观测体系的建议，成果在航天“十一五”规划和自主卫星研制等工作中得到了成功应用”。
➢民用航天“十一五”预研项目“多角度多光谱偏振遥感应用关键技术研究”
如何提高团队执行力“突破了偏振效应检测与定标、气溶胶反演中地气解耦等关键技术，研发了多角度偏振预处理系统，建立了数据集，……多角度偏振相机项目成果被重大专项高分辨率对地观测系统所采用，并在GF-5卫星得到应用”。
➢民用航天“十一五”预研项目“环境一号卫星数据应用研究”
“解决了环境一号卫星数据研究中数据预处理、标准产品、数据质量评价、数据处理系统的关键技术和难点，形成了完整的技术链条，为卫星数据快速转入应用和业务化运行服务奠定基础，有力支持了我国环境一号卫星应用、高分专项系统的建设与实施”。
3.国内外公开评价
➢细颗粒物遥感机理模型被30种期刊引用70余次（其中，影响因子3以上期刊引用46次）。光谱学领
域权威期刊J. Quant. Spec. Rad. Trans.论文评价气溶胶颗粒物不规则形状散射卫星信号计算模型“much more realistic than the simplified model（比其他简化模型更真实）”。遥感领域权威期刊Rem. Sen. Env.论文评价细颗粒物遥感机理模型“begun to map the dynamic changes in PM2.5 concentration across China through the inversion of remote sensing data (开端了基于遥感反演绘制PM2.5动态变化)”。大气环境领域权威期刊Atmos. Env.论文评价细颗粒物遥感机理模型得到“widely used, and have played an irreplaceable role in satellite-based estimation of PM2.5 concentration (广泛应用，在卫星估算PM2.5浓度中发挥了不可替代的作用)”。
komda➢国际光学工程学会（SPIE），以Newsroom专稿（10.1117/2.1201008.03160）形式，关注了中国首台多角度偏振卫星载荷原理样机，推介了本项目开展的气溶胶遥感仿真和论证成果。
➢政府间国际组织空间气候变化观测台SCO（Space Climate Observatory），在其推介了《中国区域PM2.5和雾霾关键参数卫星遥感数据集》，作为中国政府利用空间观测支持全球气候变化应对行动的典范和代表性案例。
➢童庆禧院士在《大气气溶胶偏振遥感》序中提到“该书的面世将对我国大气气溶胶偏振遥感的进一步发展和突破，进而为我国和全球性的气溶胶监测发挥重要的引领作用，也将为我国研制发射搭载多角度偏振遥感载荷的卫星及其应用提供重要支撑”。
➢白春礼院士在《中国可持续发展遥感监测报告》序中指出该报告“对社会各界
客观、全面、准确、系统地认识我国的资源生态环境状况及其演变趋势具有重要意义，……为宏观决策提供科学依据，为服务国家战略需求、促进交叉学科发展、服务国民经济主战场作出创新性贡献”。
四、推广应用情况、经济效益和社会效益
项目成果在我国环境监测管理、环境应急响应、重点城市环境空气质量保障、污染源识别与监测、霾天气预报与分析等多个国家级和省市环保和气象部门的业务工作中得到广泛应用，提升了大气环境监测业务工作的“天地一体化”水平。在“京津冀”、“长三角”、“珠三角”等重点地区和上海世博会、广州亚运会等重大活动的空气质量保障和重污染天气应对工作中发挥了重要作用。项目成果有效支撑了我国民用航天领域气溶胶卫星系统级设计研发与论证、高分系列卫星气溶胶反演系统的建设，实现了国家高分重大专项GF-5卫星载荷多角度偏振相机的工程立项和研制。
项目成果为中国区域气溶胶抵消温室气体增温效应评估、细颗粒物暴露人体健康效应研究、大气污染损失核算、空气质量模式与预报、飞行交通安全等多个气溶胶效应相关前沿和重要应用领域提供了关键数据支撑。项目为国家环境政策评估提供了独立、客观的科学数据集，3次被中办和国办采用，中央办公厅在报习总书记的环保督查情况报告中，明确提到“通过……及中科院遥感与数字地球研究所卫星遥感手段掌握一手资料”，并得到国家领导人批阅。通过《中国可持续发展遥感监测报告》系列绿皮
项链的主人公书的形式，持续发布全国6个重点地区、15个重点城市的细颗粒物遥感监测报告，受到社会各界广泛关注。在2017年两会期间，项目成果以“科学治理灰霾，促进绿发展”为主题与网友进行在线交流，并2次通过“焦点访谈”为社会公众开展科学普及宣传，产生了较大的社会影响。项目成果作为卫星监测中国区域气溶胶环境和气候效应的代表性案例被政府间国际组织空间气候变化观测台（SCO）采用，提升了中国气溶胶卫星遥感在全球气候变化国际舞台的影响力和引领性。
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