IT之家 1 月 27 日消息，地气系统能量收支是地球系统的基本过程之一，其描述地气系统吸收太阳辐射（能量收入）与向外辐射（能量支出）的平衡关系，其差值称为辐射差额，是认识和理解全球气候环境变化的重要因子。
作为地气系统能量收支的核心组成部分，大气层顶向外辐射能量是决定地气系统能量平衡的关键量，其精准观测至关重要。
长期以来，人类主要依赖近地轨道卫星（如 Terra、Aqua）和地球同步轨道卫星开展观测，但前者视场有限、观测角度固定、随着时间推移轨道会发生偏移，后者难以覆盖极地地区，均存在明显局限。而如何拓展对地观测手段，实现对大气层顶向外辐射能量的整体观测与精准估算，始终是全球气候变化观测领域的一大难题。
对此，中国科学院大气物理研究所、空天信息创新研究院和中国科学院大学的联合研究团队，创新性地利用月球这一地球唯一的天然卫星作为观测平台，对地球整体的向外辐射能量进行了系统性分析。相关研究成果已发表于国际学术期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》。
研究指出，月球作为一个超远距离的天然对地观测平台，拥有独特优势。其轨道稳定，寿命近乎永久，且从月球视角观测地球，能够一次性覆盖近半个地球圆盘（包含极地地区），并能随着月相变化获取地球在不同地方时的连续辐射信号，从而实现从行星尺度上捕捉地球辐射能量的整体变化特征，这是传统人造卫星平台难以做到的。
研究团队通过模拟月基观测场景，分析了从月球上接收到的、由整个地球圆盘积分形成的向外辐射能量信号。他们采用球谐函数这一数学工具对这些信号进行分解与“指纹”识别，得到了两项关键发现。
首先，月基观测所获取的地球整体辐射能量变化，超过 90% 的信息量由一阶和二阶球谐函数所主导。这意味着这种宏观的观测方式能够有效“平滑”掉由局部天气变化等小尺度波动带来的“噪声”，从而更清晰地揭示出行星尺度的辐射能量变化规律。
其次，研究明确了这种辐射变化信号中蕴含的特定周期，这些周期主要由地月系统的几何运动关系决定。其中，朔望月周期、恒星月周期及其半周期信号最为显著，分别与地球的相位变化（即月相）以及月球轨道导致的观测纬度周期性偏移有关。同时，信号中也包含了由地球自转引起的日内周期。这些规律的解析，为未来从月基观测数据中反演高精度的地球整体辐射能量提供了关键的理论依据。
随着全球深空探测浪潮的推进，建立月球科研站已成为多个国家和组织的重要目标。我国的探月工程也已将对地观测纳入后续任务规划。本研究建立的理论分析框架，可为未来月基对地观测载荷的设计参数优化与科学数据解读提供直接支撑。研究团队表示，下一步将结合实际的探月工程任务，推动相关观测从理论模拟走向在轨实测，以期在全球气候变化监测领域开辟一条全新的观测路径。
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