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主办机构：中国科学院地理科学与资源研究所

中国科学院水问题联合研究中心（筹）

全球水循环观测卫星介绍

施建成（中科院遥感与数字地球研究所）

全球水循环包括陆地、海洋、大气中水的交换和演化过程。然而，在全球和区域的水循环时空分布及变化特征研究中，现有能力的水平无论是模型预报还是观测方面还都相当有限，特别是在陆地复杂条件下还远不能满足水循环研究的需要（IPCC AR4报告）。虽然当前的卫星遥感能够观测到全球范围内的许多水循环关键要素，并已成为研究全球变化条件下水循环过程的关键手段。但是，国际上现有的或规划近期发射的，针对水循环要素的地球观测卫星的测量能力还远不能满足水循环研究的需求，尤其是1）由于准确的水循环各要素获取需要其它环境参数同步测量，这一能力的欠缺导致了当前水循环各要素观测的精确性受到限制。2）水循环要素的系统性综合观测能力严重不足，高精度、高时空一致性水循环关键参数测量数据的不足，阻碍多变量系统性的水循环模型发展（参数优化和同化），已经成为制约水循环研究（从观测到模型）发展的关键因素之一。为大幅度提升对全球变化环境下水循环的研究和认识水平，必须首先解决全球水循环各种过程和关键要素的准确时空观测这一龙头问题，发展对水循环关键要素的新型遥感探测技术、改进反演方法、并实现同步观测，才能大幅度提高水循环关键要素的观测精度和对整体水循环系统的观测能力。并一步观测和水循环研究的模型有机的结合起来，提升对水循环科学规律的认识和对有关过程模型的模拟预报能力。

针对目前水循环研究中的两个关键的科学热点问题开展研究：1）如何进一步认识、理解和量化全球水循环关键要素的时空分布和物理过程的特征与机制？ 2）如何认识水循环于全球变化的响应及反馈？我们将针对水循环研究对关键要素的精度、时空分辨率和系统性的要求，以及目前国际上遥感监测中存在的缺陷和问题，创新性地设计和提出国际上第一颗新型自主的、多要素的综合水循环观测卫星-全球水循环关键要素卫星计划（Water Cycle Observation Mission, WCOM）。将研发主被动多波段微波传感器为基础的通过研发多波段同步、主被动联合、多变量系统观测的新型有效载荷和卫星平台以及多参数高精度协同反演的理论和方法，形成比当前国际上任何卫星对水循环关键要素（包括土壤水分、雪水当量、地表冻融状态、和海水盐度）更高精度的观测能力以及对其它环境影响因素（包括大气校正、地表温度、和粗糙度）的校正能力。后者不但减小了水循环关键变量卫星遥感观测的不确定度，而且进一步提供在给定时刻的大气降水和海洋蒸发信息，实现对水循环系统更加全面的观测能力。从而实现大幅度提高水循环各关键参数的观测精度和水循环过程的系统观测能力的目标，以满足水循环系统研究的整体精确性、时空一致性和动态特征分析以及相关模型模式发展的科学需要。并进一步研究水循环过程及关键变量相互耦合和作用的机制，全面提升对项目将研究的两大科学问题和全球变化背景下水循环的科学规律的认识。

这一观测能力和对项目将研究的两大科学问题认识的提高还将帮助解决水循环速率传递与水资源的可再生性调控、自然变化和人类活动对水环境影响的驱动机制与量化、局部气候转型与人工干预的相互关系、水碳循环相互作用与全球变化、陆面-海洋-大气间水循环过程耦合作用等一系列重大科学问题，也将带动一系列地球系统科学分支（如：水文气候学、水文气象学、地球生物学、水文生态学、水文地貌学、生态地貌学和地球表面动力学等）的研究进展，从而提高对地球系统科学整体的认识水平以及改进模型预报全球变化及影响的能力，并为粮食安全、灾害预警、水资源合理利用、社会可持续发展等一系列国家重大需求提供关键支撑。

全球水循环观测卫星计划WCOM的成功将成为国际上首次以如此宽泛的频段，如此多样的测量手段开展的多任务参数观测计划。它将成为我国第一颗以地球科学目标为驱动的空间科学探测卫星，改变我国以往通常参照国外已有科学卫星试验结果而直接发展业务型卫星的局面，提高我国在地球系统科学空间探测方面的创新能力。它的成功将促进我国以此作为核心传感器发起全球分布式水循环观测星座系统，通过多国科研机构国际合作和多个轨道星载传感器的重复或配合的立体式全方位观测，更大程度上提高水循环系统的观测能力，提升我国在水循环观测与研究方面的话语权和形成领先地位。