一、概述
哨兵(Sentinel)系列卫星是哥白尼计划的核心部分，它将作为欧空局（ESA）已退役的欧洲遥感卫星ERS与环境卫星ENVISIT的延续，与其他各国卫星数据相结合，进一步提高环境监测能力和灾害响应速率以实现实时动态监测（徐冠华，）。
Sentinel系列卫星包含６组卫星，其中，Sentinel--1～3号为双星卫星系统、Sentinel-4～5号为搭载在其他卫星上的有效双荷载系统，另有1颗用于填补Sentinel-5号数据缺口的先导卫星Sentinel-5P卫星和1颗Sentinel-6卫星（龚然，）。
这些卫星分别搭载C波段合成孔径雷达、多光谱传感器、雷达高度计、海陆彩色成像仪、海陆表面温度仪、微波辐射计、精轨测定仪等有效载荷，应用于海洋和陆地水资源、土地利用、空气污染等方面，对地表进行实时动态监测。
Sentinel-2A卫星是哥白尼计划中发射的第2颗卫星（李新情，），于北京时间年6月23日9时51分在法属圭亚那的库鲁航天中心通过轻型“织女星”火箭成功发射并已投入正常使用。
根据欧空局报道（EuropeanSpaceAgency,），Sentinel-2B卫星也已经于年3月7日发射升空，在其投入正常使用之后Sentinel-2A和2B卫星将组成星座，在太阳同步轨道以°的相位差协同工作，从而缩短卫星的重访周期，提高其动态观测效率，实现对各类地表环境变化的快速响应。
图1欧空局（ESA）哨兵卫星
（
表2显示了各卫星性能对比情况，通过对比可以看出，各个卫星都有其独特的优越之处：Landsat-8卫星的热红外波段，SPOT-6卫星的侧视观测能力，HJ-1B卫星的高时间分辨率与超宽刈幅宽度，ZY3-01卫星的立体测图能力，DF-2卫星的亚米级空间分辨率。Sentinel-2A/B卫星虽然并不具备上述优越性能，但它具有如下显著独特之处：
(1)Sentinel-2A/B卫星拥有13个较窄波段，而SPOT-6、HJ-1B和ZY3-01卫星都只有4个多光谱波段。
(2)Sentinel-2A/B卫星有３条可用于监测红边效应的波段，可以更精准地监测植被色素状态以及其健康状况。
(3)Sentinel-2卫星在Sentinel-2B卫星发射成功之后将开启双星同步工作模式，使重访周期从单星10d缩短至双星5d，中纬度地区甚至可实现2～3d重访一次。而Landsat-8及SPOT-6卫星的正常重访周期均在２周以上。
(4)所列卫星中幅宽超过km的卫星有Landsat-8、Sentinel-2A/B及HJ-1B卫星，对比幅宽可知Sentinel-2A/B的云量会远小于HJ-1B卫星，并且V的空间分辨率显著优于其他２种卫星。
表2Sentinel-2与Landsat-8、SPOT-6、HJ-B、ZY3-01、GF-2卫星的性能对比
（EuropeanSpaceAgency,）
三、哨兵卫星应用
1.获取遥感影像
通过空间分辨率、光谱通道数量及波段带宽对Sentinel-2A/B卫星和国内卫星进行对比：Sentinel-2A/B卫星数据空间分辨率最高仅为10m，国内卫星的最高空间分辨率已经达到亚米级别；Sentinel-2A/B卫星数据有13个多光谱波段通道，国内卫星多光谱波段通道数量通常仅有４个；Sentinel-2A/B卫星数据绝大多数波段带宽均低于35nm（最小带宽为15nm），国内卫星波段带宽通常大于60nm。
通过对比可以看出，我国在研发遥感卫星时更注重空间分辨率的提高，而忽略了高光谱分辨率的价值。一般来说，影像数据的光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对地物的识别精度越高，遥感应用分析的效果也就越好。因此Sentinel-2A/B卫星数据多光谱波段基本做到了保证较高光谱分辨率，并利用较窄带宽既减小了数据间冗余度和各波段间的相关性，又消除了大气成分对数据品质的影响，这是值得国内卫星规划学习的。
图2Sentinel-2A与Landsat-8影像分辨率对比（田颖，）
上图是分别由Sentinel-2A和Landsat-8卫星获取的北京市故宫地区遥感影像，对比了两者在空间分辨率上的差异。
“哨兵-2A”MSI影像可以提供精细的分辨率为m和m混合)、太湖蓝藻水华提取结果,具有独特的太湖全湖蓝VIIRS(空间分辨率为m)影像数据进行了影藻分布及暴发强度状况“高清”观测能力,有助于像质量、清晰度等对比分析(图1)。
得益于最深化对太湖蓝藻水华浮沉、积聚、漂流等发生与演高达10m的高空间分辨率,“哨兵-2A”MSI影像变化规律的认识,为蓝藻打捞、暴发防控提供支持。显示了极为清晰的太湖蓝藻水华分布态势，见其中贡湖湾作为太湖重要的饮用水源地，在图3(a)图1(b)和图3(c),很精细地展示了太MODIS和可见光红外成像辐射仪(VIIRS)影像上湖蓝藻水华的影像纹理,局部的积聚强度，积聚形显示模糊的蓝藻水华特征可在“哨兵-2A”MSI影态(条带状、网纹状、簇团状)和受船舶航行扰动像上清晰显示,如图3(a)红框范围的水华。
图3不同空间分辨率卫星遥感影像对太湖蓝藻水华辨析和提取能力的比较（李旭文，）
2.土地覆被变化监测
Sentinel-2A/B数据在植物红边处有3条波段，可以更加精准地监测植被色素状态以及其健康状况，并可根据光谱波段提取植被分类、叶绿素含量和叶面积指数信息进而估测森林生长潜力和总生物量。遥感卫星重访频率对获取农作物短期变化有重要意义，Sentinel-2A/B单星重访周期10d双星重访周期5d），可以更加及时准确地获取作物估产、农业管理信息，更好地指导农业生产（CLEVERSJGPW，）。
德国Vista公司利用Sentinel-2A影像估算农田土壤肥力和氮磷含量，为农民制定适合当地土地的作物种类及化肥使用量（EuropeanSpaceAgency,）。欧空局联合欧盟联合研究中心和捷克国家农业干预基金会，利用Sentinel数据绘制捷克国家作物地图（EuropeanSpaceAgency,）。
Sentinel-1ASAR数据辨别主要作物类型，辅助多时相Sentinel-2A数据获取季节性国家作物地图。图4为北京市昌平区十三陵水库地区的Sentinel-2A10m真彩色影像，图中水库、森林公园清晰可辨，西部及南部的建筑房屋、农田、道路错落有致，可见Sentinel-2A为研究大范围地表分类现状与变化有着重要意义（程晓，）。
图4北京十三陵水库附近10m分辨率Sentinel-2A真彩色影像（程晓，）
3.灾害应急监测
Sentinel-2A/B数据还能为全球范围内的自然灾害和紧急状况等提供服务。Sentinel-2A/B数据敏感的红边信息可为森林灾害提供参考。Ferndez等(FERNANDEZA,)研究年西班牙中西部SierradeGata地区火灾情况时发现，Sentinel-2A数据的红边波段对估测火灾灾情和灾后重建有很大帮助。Huang等(Huang,)通过细致对比５组火灾前后的Sentinel-2A影像进一步证实其红光、近红外及短波红外波段对灾情反演的重要作用，并提出了编写Sentinel-2火灾灾情算法的必要（图6）。
年8月葡属马德拉群岛的主岛遭遇严重森林火灾，欧空局在其官方网站发布了一组显示当地火灾灾情演变的假彩色影像(EuropeanSpaceAgency,)。根据年8月17日马德拉主岛西部地区Sentinel-2A数据中的第8、4、3波段，合成了火灾当日的假彩色影像图以反映当火灾后Madeira群岛的Sentinel-2A假彩色影像地受灾况．图5中红棕色表示过火区域，红色表示正常植被覆盖区域。
基于Sentinel-2A/B卫星数据的空间分辨率较高和重访周期短等特点，马德拉主岛森林火灾的严重程度、受灾范围以及灾情演变情况都可以得到较好的追踪，Sentinel-2A/B卫星数据将更有利于各类灾害的灾后紧急救援。
图5火灾后Madeira群岛的Sentinal-2A假彩色影像(FERNANDEZ,)
图6Sentinel-2AMSI加拿大图像采集的40平方公里像素子集(年5月12日)
(a)真彩色(b04,b03,b02)10米大气反射顶;(b)SEN2COR大气校正等效波段以相同的对数对比度拉伸显示;(c)假色(b12,b11,b8a)20米大气反射率;(d)SEN2COR大气校正等效波段以相同的对比度拉伸显示（Huang，）
4.环境变化监测
海洋气候变化会引发珊瑚白化现象，Sentinel-2A/B数据的高分辨率和重访周期恰巧可使珊瑚白化监测结果更加准确可靠。图7为依据Sentinel-2A卫星数据合成的真彩色影像，该影像可用于监测澳大利亚东海岸大堡礁地区珊瑚礁白化现象。法国相关领域科学家使用特殊的水下传感器测评珊瑚礁在不同时期的健康变化情况，并将所得结果与同时段Sentinel-2A数据进行对比研究，检验卫星观测和水下观测结果的一致性（EuropeanSpaceAgency,）。
EOMAP遥感公司与昆士兰大学遥感研究中心正在研究利用Sentinel-2A数据监测珊瑚白化现象的新方法。由于受大气条件、水柱光学性质、海表粗糙度、潮汐和水深等方面的影响，卫星影像无法直接展现出海底珊瑚的白化情况，因此EOMAP公司设计了一种将上覆水体移除来反映真实海底信息的物理算法。澳大利亚礁石研究机构将通过收集实地调查数据验证这一算法的可靠性．该算法一旦被证实有效，将被应用于各大海域珊瑚礁白化现象的研究（EuropeanSpaceAgency,）。
图7Sentinal-2A监测澳大利亚大堡礁附近珊瑚白化现象
（EuropeanSpaceAgency,）
基于Sentinel-2A/B数据的高精度和重访率，未来Sentinel-2A/B数据将广泛应用于极地或高原冰川的动态监测。位于格陵兰岛西海岸的雅各布港冰川是北半球最大的潮汐冰川，随着全球变暖持续加剧，该冰川不断发生崩离与消退并为海平面上升做出重要贡献。
年雅各布港冰川曾发生过一次剧烈崩解，Sentinel-2A卫星捕捉到了当时的崩解情形。然而Sentinel-2ASAR数据辨识度较低，不如Sentinel-2A/B多光谱数据容易识别，Sentinel-2A/B数据刚好可以弥补Sentinel-1数据判读上的缺陷，为科学家的深入研究提供帮助，图8即为由Sentinel-2A卫星获取的雅各布港冰川全貌。
图8雅各布港冰川Sentinel-2A影像（欧阳伦曦，）
四、小结
Sentinel-2A/B卫星是继Sentinel-1卫星后，哥白尼计划发射的第2组对地观测卫星。Sentinel-2A/B卫星具有分辨率高、刈幅宽、重访周期短等优势，可用于陆地、海洋、极地以及全球变化监测，应对洪涝灾害、森林火灾和地震等突发事件。相比于LandSat系列卫星、SPOT系列卫星及国内各类小卫星，Sentinel-2A/B卫星具有较好的发展空间与应用前景。
Sentinel-2B卫星投入使用后，双星重访周期将缩减至5d，这是多光谱遥感领域的一个突破性进展。此外，Sentinel-2A/B卫星数据及配套软件面向全世界用户免费开放，也将鼓励更多人投入多光谱遥感和Sentinel-2A/B卫星的研究。随着Sentinel-3A卫星、Sentinel-1B卫星以及Sentinel-2B卫星发射升空，欧空局哥白尼计划中Sentinel系列卫星的运行框架已经基本搭建起来，并在雷达、多光谱等遥感领域显示出重要的应用价值．未来Sentinel系列卫星将进一步推进遥感技术在各个应用领域的发展。
（参考文献略）
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇