Landsat-8：地球全球变化研究的科学和产品前景外文翻译资料

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Landsat-8：地球全球变化研究的科学和产品前景

1.引言

40多年来，Landsat系列卫星提供了时间最长的空间表面观测记录。Landsat 1于1972年发射，其后连续发射了时间上重叠的Landsat观测台（Landsat 2，3，4，5和7）（Lauer，Morain和Salomonson，1997; Loveland＆Dwyer，2012; Williams,，Goward，＆Arvidson，2006），提供了几乎覆盖全球的反射和热波段观测，Landsat系列卫星的空间和光谱分辨率也逐渐在提高。值得注意的是，Landsat的记录是连续的，自1972年以来，每年至少获得一次大部分的地面信息，记录了全球人口增加一倍以上（United Nations Population Division，2011年）的时期，气候变化的证据已经变得可辨（Hansen，Sato，＆Ruedy，2012; IPCC，2013）。Landsat数据提供了一个独特的地表及其随时间变化的记录。 Landsat适度的空间分辨率得到充分解决（Gutman et al.，2008; Townshend amp; Ruedy，1988年），以便能够在全球范围内记录人为和自然变化并对数据时间序列进行校准，以提供特征一致的记录（Markham＆Helder，2012），以便能够区分数据伪影和实际的地表时空变化（Roy et al.，2002）。Landsat数据已经显示了对地面覆盖和地表生物物理、地球物理性质（Hansen＆Loveland，2012;Wulder，Masek，Cohen，Loveland，＆Woodcock，2012）的绘图和监测的能力、陆地同化和生物地球化学循环以及土地利用预测应用（Lewis et al。，2012; Nemani et al。，2009;Sleeter等，2012）方面的潜在效用。与Landsat数据有关的应用涉及科学发现和管理和监督经济和环境质量，公共卫生和人类福祉以及国家安全的资源。对Landsat经济效益的分析从每年9.35亿美元（ASPRS，2006年）到每年21.9亿美元（Miller，Richardson，Koontz，Loomis，＆Koontz，2013），支持水资源分析和管理，农业和森林分析管理，国土安全，基础设施分析，灾害管理，气候变化科学，湿地保护和土地覆被变化监测。

自2013年2月11日在加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射的Landsat 8，Landsat系列卫星连续进行了40多年的纪录。这个新的Landsat观测台是通过国家航空与航天局（NASA）和内政部美国地质调查局（USGS）之间的机构间伙伴关系制定的。美国航空航天局接手了这一任务，负责系统工程和设计，开发飞行部门，确保发射服务，飞行地面系统集成以及进行轨道初始化和验证。美国宇航局在开发，发射和轨道调试期间涉及了Landsat数据连续性任务（LDCM）的工作。 USGS领导地面系统开发，LDCM于2013年5月30日更名为Landsat 8，当时USGS正式对特派团作业负责，包括收集，归档，处理和分发Landsat 8数据。 Landsat 8携带两个传感器，即运行性陆地成像仪（OLI）和热红外传感器（TIRS），每天有超过500个图像场景被美国地质调查局地球资源观测与科学研究中心（EROS）中心的美国Landsat数据存档摄入，南达科他州新的Landsat 8影像补充了以前的Landsat任务获得超过四百万个影像，这些影像存储在美国的Landsat档案中，可以通过互联网免费获得。

本文介绍了目前（2012-2017）USGS-NASA Landsat科学小组（LST）的努力，以初步了解Landsat 8的能力，以及在支持科学小组确定的优先事项方面迈出的步骤。 这些优先事项和目前LST的目的和重点是首先介绍。接下来是对Landsat 8任务目标，传感器，轨道，数据采集和标准数据产品的概述，为后续部分提供设备环境。 突出强调了Landsat 8能力的初步评估和新的科学和应用机会的确定。接着是对Landsat产品发展的深度考察，包括与其他中等分辨率遥感卫星的国际协同、其他协议方式的遥感卫星，以及考虑的Landsat后续序列的任务要求。

4.8. 雪和冰

陆地冰冻圈遥感最早开始于Landsat任务，特别是随着Landsat 1,2和3(Swithinbank, 1988).的发展广泛用于1972 - 1975年南极冰盖遥感研究。Landsat数据仍然是记录过去40年全球冰冻圈变化的中心工具（e.g., Bindschadler, Dowdeswell,Hall, amp; Winther, 2001; Bindschadler et al., 2008; Williams, Ferrigno,Swithinbank, Lucchitta, amp; Seekins, 1995)。 Landsat 8 OLI可见光谱带改进了几何和辐射分辨率，能够更好的分辨大型冰盖的微小表面特征更好地映射和跟踪流速(Bindschadler, 2003)。TIRS波段的高辐射灵敏度也有望更好地映射与潮汐和浮动冰川相邻的峡湾中的夏季​​海洋表面温度，从而可以对显著影响冰前退缩和流速的“冰 - 海洋”相互作用有深入了解(Mankoff, Jacobs, Tulaczyk, amp;Stammerjohn, 2012; Motyka, Hunter, Echelmeyer, amp; Connor, 2003)。TIRS数据可对薄片覆盖物下面的冰层对太阳能采暖做出修正，故可能通过温度的和昼夜变化来测绘山区冰川上的碎片覆盖层厚度(Bhambri, Bolch, amp; Chaujar, 2011; Shukla,Arora, amp; Gupta, 2010)。

在具体的冰冻圈问题中，目前在Landsat-8数据中通过在连续时间序列图像中进行自动特征跟踪，决定了大冰盖的净流出，包括随着时间的推移而变化，并绘制了世界山地冰川的冰流速度(Berthier et al., 2005; Debella-Gilo amp; Kauml;auml;b, 2011; Scambos, Dutkiewitcz, Wilson, amp; Bindschadler, 1992)。增加全球的OLI数据采集将导致更频繁的免费云图对适用于流量映射，并且改进的OLI数据几何和辐射度应该提高跟踪精度和跟踪冰川和冰盖低对比度区域中的冰流的能力(Bindschadler, 2003)。

正在进行的极地冰川和冰川研究区域的Landsat 8应用示例展示了使用OLI和TIRS数据的几种有用的技术（图7）。在图7（上图）是东南极高海拔地区极低温度校准试验场所。在100米TIRS分辨率下，增加的热传感器精度和扩展校准温度范围可用于研究极低冰盖温度的空间分布。在图7（中）OLI全色带的地理位置和高辐射精度利用基于对建立的算法的改进的图像互相关算法来促进冰速度监测(e.g., Tedesco amp; Steiner, 2011)。Landsat 8还将有助于详细绘制在冰川和冰盖上发生的表面熔化池，包括其范围，深度和体积，由于相对于过去的Landsat研究的辐射度更高，精度提高。可以使用湖底反照率的现场估计与OLI绿色（0.525-0.600mu;m）反射率与水深的辐射度下降之间的经验关系来定义熔体水深（图7，底部）。这种能力特别显著，由于冰盖和冰川上的地表水难以监测，但是可以通过断裂，渗透和次冰期润滑与底层冰形成复杂的相互作用(Daset al., 2008; Scambos, Bohlander, Shuman, amp; Skvarca, 2004; Stearns,Smith, amp; Hamilton, 2008; Zwally et al., 2002)。

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