ESA Biomass森林生物量观测卫星

截至 2026 年 10 月 8 日，ESA Earth Online 任务状态页将 Biomass 标为“Operational”。ESA Biomass 是欧洲空间局（ESA）的地球观测任务，使用 P 波段合成孔径雷达（SAR）观察森林结构，目标是估算地上生物量、森林高度及严重扰动，并改进对森林碳储量变化的认识。卫星于 2025 年 4 月 29 日发射；ESA 于 2026 年 1 月 26 日宣布完成在轨调试、移交科学运行并开放任务数据。这里的“生物量”主要指地上生物量的遥感估算，不是对整座森林的直接称重，也不等同于直接测得碳含量。

森林树木通过光合作用吸收碳，但森林范围、树高和树木干材质量不是一回事。Biomass 关心的主要量是地上生物量（above-ground biomass，AGB）。Quegan 等的任务论文将 AGB 定义为单位面积地表以上活体有机物的干质量，列入树干、树桩、枝条、树皮、种子和叶片等组成，通常以吨/公顷表示。ESA 对任务的介绍强调，P 波段回波对树干和粗枝等大尺度木质结构敏感；这是观测机理重点，不能据此把 AGB 产品定义缩窄为树干和枝条。AGB 不包括根系、土壤、枯落物和死木。ESA 将 Biomass 的生物量测量描述为估算森林碳储量的代理量；若要由 AGB 推算碳量，还须采用碳含量比例、林分类型及其他模型假设。

任务的科学问题包括不同森林区域的地上生物量分布，以及伐林、退化和恢复等变化。它也提供森林高度和扰动信息，供生态研究、碳循环建模与森林监测参考。Biomass 是观测系统而非森林清查机构：像元级结果用于补充地面样地、机载激光雷达和其他卫星数据，不能自动替代特定地块的调查或产权、合规审计。

Biomass 搭载全极化 P 波段 SAR。P 波段中心频率约 435 MHz、带宽 6 MHz，波长约 70 厘米，较长波长可在一定程度上穿过冠层，并对树干、粗枝等大尺度木质结构产生回波；雷达可在云层下、昼夜进行成像。仪器发射和接收水平、垂直极化的雷达信号，比较不同极化通道和重复观测中的幅度、相位信息，以约束森林结构。ESA 资料指出，P 波段 SAR 首次搭载于在轨卫星执行此类森林观测任务。

卫星在约 666 千米高的近晨昏太阳同步轨道运行，装有直径约 12 米的可展开网状反射面天线。如此大的口径有助于在较低雷达频率下形成适于地表观测的波束；它不是普通相机镜头，也不是用于光学拍照的反射镜。ESA 介绍的单次观测幅宽约为 50–60 千米。由于星载雷达的覆盖需要按轨道和观测几何累积完成，不能把“全球任务目标”理解为每颗卫星一次过境就能获得全球图像。

任务计划分为先后的两类观测阶段。层析阶段通过多个轨道基线和不同视角取得一组雷达观测，利用回波相位随空间位置的变化重建森林垂直结构，形成三维信息；ESA 在科学运行交接时称，首个层析全球覆盖阶段预计持续约 18 个月。之后转入干涉阶段，重复观测同一区域，利用相位差、相干性和极化信息估计林冠高度及地上生物量，并追踪变化。ESA 当时公布的任务规划为余下寿命开展多轮、每轮约 9 个月的干涉全球覆盖；ESA 的卫星说明页称该阶段规划约五次全球地图覆盖。实际覆盖进度和产品版次应以数据目录和任务更新为准。

“全球覆盖”仍受频率协调等条件约束。ESA 资料说明，P 波段与空间目标跟踪雷达（SOTR）使用的频段存在协调限制，卫星不能在这些地面雷达的视线范围内运行；ESA 的公开说明称，限制影响北美和欧洲的较大区域。2019 年任务论文将受限区作为“全球”设计目标的限定条件。不同产品、轨道周期或版本的有效观测范围须以具体覆盖掩膜及元数据为准，不宜把任务名称中的全球理解为所有森林像元都无缺口。

自 2026 年 1 月 26 日移交科学运行时，ESA 宣布 Biomass 数据向公众开放。ESA 的 Biomass MAAP 数据目录列出任务地面系统的 Level 0、Level 1A/1B/1C、Level 2A/2B 及辅助数据类别；Level 2B 类型中包括地上生物量、森林高度和森林扰动产品。用户可通过 ESA Biomass MAAP 数据目录按产品级别、时间、区域与数据版本检索，不同数据集的下载条件、更新时间和覆盖情况以对应记录为准；MAAP 汇集的其他卫星、机载或地面数据不应误认为 Biomass 卫星本身生成的数据。

2019 年任务论文描述的基准产品设计包括 200 米网格的地上生物量和森林高度，以及约 50 米尺度的严重扰动产品。这些数字是任务设计与产品要求资料中的空间尺度，不是说每个公开像元都具备同等实测精度，也不是在轨产品必然已达到设计目标。使用者应同时查看产品版本、质量标志、处理级别、观测周期、校准和验证说明、几何定位及适用区域。对趋势分析，应保持时间、处理版本与掩膜条件可比。

Biomass 的技术路线建立在更早的机载 P 波段研究基础上。ESA 的 BioSAR-1、BioSAR-2、BioSAR-3 等活动使用飞机搭载雷达，在瑞典森林进行测量；TropiSAR、AfriSAR 等也通过机载观测研究热带林。它们为理解 P 波段回波、评估反演方法、采集地面参考数据和制定任务设计提供了证据，但飞机并非 Biomass 卫星，试验范围、航线、雷达几何和样本条件都不同。研究论文中的模型拟合或机载数据精度不能直接写成星载 Biomass 已验证的全球精度。

在轨数据是另一类证据。卫星于 2025 年发射后经历在轨校准和调试；ESA 在 2026 年 1 月交接科学运行时说明，早期结果仍需进一步开发，后续层析和干涉数据预计提供更多信息。该公告还介绍，团队在加蓬开展同步机载 P 波段观测，并将机载数据与卫星测量对照，用于校准和验证。因而，已发布的卫星观测是真实在轨任务数据，但产品算法及不同森林环境中的误差表现仍应结合公开质量文件和验证结果逐项判断，不能把早期产品当成完结的全球碳清单。

长波雷达并不会把树木直接“看成”一张无需模型的质量表。回波还受森林组成、树形、地形坡度、地表湿度、极化、入射角和重复观测条件影响；云下成像优势也不等于没有误差。地面样地、机载雷达或激光雷达数据常被用于训练和验证算法，而样地密度、尺度匹配与森林类型代表性会影响评估。尤其在山地、结构复杂或观测覆盖受限区域，用户需检查质量层和不确定度信息，并结合独立参考数据解释结果。

ESA 还把冰盖运动、森林下地形和干旱区浅层地质结构列为 P 波段数据的潜在延伸方向。这些属于任务可支持的次级研究用途，其覆盖策略、产品成熟度和精度不能与主要森林产品混为一谈。就森林科学而言，Biomass 的价值在于提供长波雷达与重复轨道观测形成的全球尺度信息，并与光学、激光雷达、地面清查等手段互补。其成果应被理解为可检验、带质量信息的遥感估计，而非无误差的直接碳测量。

• ESA Biomass 任务主页：发射日期、轨道与 12 米天线
• ESA：Biomass 开放数据并转入科学运行，2026 年 1 月 26 日
• ESA：卫星构型、轨道、层析与干涉阶段
• ESA：Biomass 仪器与全极化工作方式
• ESA：Biomass MAAP 数据类别与覆盖限制说明
• ESA Earth Online：任务覆盖及 SOTR 限制说明
• Quegan 等，2019，BIOMASS 任务与产品设计综述，Remote Sensing of Environment
• Le Toan 等，2011，BIOMASS 任务概念与森林生物量观测，Remote Sensing of Environment