美国自70年代初开始发射陆地资源卫星，到90年代地球观测系统项目开始时其卫星设计和发射技术均已经成熟。为了配合美国全球变化研究、满足现代地球科学研究的需要和财政方面的可支撑能力，美国新一代地球观测系统第一阶段将发射卫星，星载传感器，针对每个传感器组成科学家队伍，集中对传感器获取的数据进行基础和应用研究，并通过数据和信息网络系统（EOSDIS）管理、加工和发布数据产品。

1 新一代地球观测系统发射的卫星

    按卫星发射的时间顺序美国地球观测系统分为三个阶段；地球观测系统项目实施以前阶段（1990－1998）、地球观测系统第一系列阶段（1999－2003）和地球观测系统跟踪系列阶段（2003年以后）。各个阶段卫星的任务和星载传感器各有不同，它们有机联成一体，共同构筑了地球观测系统的整体框架。

1.1 地球观测系统项目实施前已经发射的卫星（1990－1998）

    表1列出了地球观测系统项目起动前已经发射的卫星（1990－1998）及其主要科学目标

1.2 地球观测系统第一系列（1999－2003）卫星及其科学任务

    美国地球观测系统第一系列（1999－2003）总计发射21颗卫星，其中包括美国17颗（包括与日本、欧洲空间局合作发射的卫星），俄罗斯1颗，日本2颗和欧洲空间局1颗。它们分别承担了对大气、水、海洋、生物、陆地等地球综合圈层的测量和信息获取的任务。表2列举了这些卫星的概况。

表2：地球观测系统第一系列（1999－2003）卫星及其主要科学任务

1.3 地球观测系统跟踪系列阶段（2003年以后）

    自2004年起，地球观测系统计划将进入跟踪系列阶段。在这个阶段，Terra(EOS－AM）、Aqua（EOS-PM）、EOS－CHEM、Landsat 7 等系列卫星将接续发射后续星。卫星的任务仍将集中在以下主要科学目标的实现，包括：大气化学、大气物理和大气循环、全球水循环及水文、海洋地理及极地研究、土地覆盖、土地利用、陆地生态系统、动态地球过程、地质及自然灾害等。

    从表1和表2可以看出，美国地球观测系统卫星的发射有三个特点，其一是EOS－AM和EOS－PM卫星为代表的全球综合性半日周期观测形成系列；其二是即时观测卫星、半日周期卫星、数周周期地球观测卫星形成系列；其三是对陆地、海洋和大气以及对极地和热带的观测卫星形成系列。这样的卫星布局，保障了美国地球观测系统科学目标的实现。

2 美国新一代地球观测系统的传感器系列

    在美国新一代地球观测系统中，第一阶段共发射45个不同功能的传感器，表3列出其中主要传感器的有关信息。

表3：美国新一代地球观测系统主要传感器有关参数对照表

    从表3可以看出，美国新一代地球观测系统发射的传感器有以下几个特点：其一，对大气观测的传感器是全部传感器中最重要的部分，并且与卫星运转周期、传感器通道设计形成系列，这样的系列，可以保障得到对大气圈在时间、空间和化学成分组成等方面变化的可靠观测结果；其二，多光谱、多角度、雷达、微波等功能的传感器综合运用，使得对陆地和海洋的多方位观测的目标可以实现；其三，高分辨率和中分辨率的传感器有效运用有力地保障了各种不同目的的对地观测信息的获取。

3 美国新一代地球观测系统数据产品

    通过设计、建造传感器、发射卫星和建设数据接收和管理系统，美国新一代地球观测系统每天可以获取1600GB以上数据量的数据。图1对1997－2003年卫星数据传输速率作了对比，从图1可以看出，自1999年美国地球观测系统计划开始实施以来，其数据获取量和数据传输能力有了质的飞跃。

3.1 大气观测主要数据产品

    为全球气候变化研究获取数据是新一代地球观测系统卫星和传感器发射的重点目标之一。因此，有关云、大气温度、辐射、臭氧层、大气化学等方面的数据在EOS总数据量中占居了重要地位。这些数据总的特点是在时间尺度上数据频率高（很多数据是即时获得）；在空间尺度上不仅包含了水平分布的数据，也包括了反映大气圈不同高度垂直变化的数据；在内容尺度上，由于传感器类型多，波段多，因此反映大气物理、大气化学等方面的数据非常丰富。表4列出的是其中主要的数据产品。

表4：大气观测主要数据产品一览表

3.2 海洋观测主要数据产品

    海洋数据产品是美国地球观测系统另一个主要成果。海洋数据产品主要包括海洋温度、海洋生物、海洋颜色、海洋波浪、海洋风、海洋冰雪等有关内容的一系列产品。这些产品包括即时数据产品，也包括日、旬和月度周期的数据产品。主要数据产品列于表5。

表5：美国地球观测系统主要海洋数据产品一览表

3.3 陆地观测主要数据产品

    美国地球观测系统陆地数据产品的水平分辨率是以15米－1000米的中、高分辨率为主，数据周期包括了日、周、双周、月、季、半年等多种频率，数据内容覆盖了地表温度、多角度地表特征、三维数字地面高程、地表生物、地表水、地表冰雪特征等。这些数据对农、林、牧业生产、灾害监测、林－草火监测、植被覆盖、植物生长量、生态保护等领域的研究将起到非常重要的作用。陆地观测主要数据产品列于表6。

表6：地球观测系统主要陆地数据产品一览表

    从美国地球观测系统的卫星、传感器和数据产品的发展计划看出，这是一个庞大的将航天科学与技术、地球科学与技术以及信息科学与技术紧密结合的系统工程。可以想象，这项工程的完成必将为人类研究自身生存环境提供前所未有的海量信息。这些信息将极大地帮助我们认识作为一个整体的地球的变化过程和变化机理。同时，这些数据和信息的开发利用必将带动以数据和信息为主体的信息服务产业和信息咨询产业突飞猛进的发展。这项工程的完成为美国到2020年实现"数字地球"的设想奠定了坚实的基础。

参考文献:

1 1993 EOS Reference Handbook, A Guide to NASA's Earth Science Enterprise and the Earth    Observing System
2 1994 EOS Reference Handbook, A Guide to NASA's Earth Science Enterprise and the Earth    Observing System
3 1995 EOS Reference Handbook, A Guide to NASA's Earth Science Enterprise and the Earth    Observing System
4 1996 EOS Reference Handbook, A Guide to NASA's Earth Science Enterprise and the Earth    Observing System
5 1997 EOS Reference Handbook, A Guide to NASA's Earth Science Enterprise and the Earth    Observing System
6 Michael D. King and Reynold Greenstone, 1999 EOS Reference Handbook, A Guide to NASA's    Earth Science Enterprise and the Earth Observing System
7 Lockhed Martin Corporation, Lockheed Martin Missiles & Space, Direct Access System User's    Guide for the EOS-AM Spacecraft, Novermber 1998
8 Our Changing Planet - the FY 2000 U.S.Global Change Research Program

刘闯（中国科学院地理科学与资源研究所全球变化信息研究中心 北京100101）
葛成辉 （清华大学电子工程系遥感研究室 北京100084）