Landsat Next地质遥感能力评估：VNIR-SWIR-TIR数据连续性验证与新机遇探索

本研究针对ASTER卫星SWIR波段停用造成的多光谱地质遥感数据断层问题，通过模拟Landsat Next、Sentinel-2和ASTER传感器数据，系统评估了Landsat Next在可见光-近红外(VNIR)、短波红外(SWIR)和热红外(TIR)波段的矿物识别能力。研究发现Landsat Next不仅能复现Sentinel-2的铁氧化物识别和ASTER的热红外指数，其更优的光谱分辨率（如2.211μm处0.04μm FWHM）还提升了OH-bearing蚀变矿物的区分度，为2031年发射的首个兼具VNIR-SWIR-TIR多光谱连续观测能力的卫星提供了科学依据。

　　

地质遥感领域正面临关键转折点。随着ASTER卫星SWIR波段在2008年停止工作，且整个传感器预计2026年退役，地球观测领域将失去唯一同时具备可见光-近红外(VNIR)、短波红外(SWIR)和热红外(TIR)多光谱成像能力的太空传感器。这给长期依赖ASTER数据进行矿物填图、热异常监测和火山活动研究的科学家们带来严峻挑战。虽然Sentinel-2在VNIR-SWIR范围表现出色，PRISMA等新型高光谱传感器也陆续升空，但它们要么缺乏TIR波段，要么受限于覆盖范围或重访周期，难以完全替代ASTER的功能。在此背景下，计划于2031年发射的Landsat Next卫星被寄予厚望，其设计包含26个光谱波段，将首次实现VNIR-SWIR-TIR全谱段覆盖，有望重建地质遥感的数据连续性。

荷兰特文特大学（University of Twente）的Bruno Portela团队在《Seminars in Arthritis and Rheumatism》发表的研究，通过创新性的传感器模拟实验，系统评估了Landsat Next的地质探测能力。研究人员选择美国内华达州Yerington矿区两个典型地质单元——以蚀变矿物为主的Alunite Hill和以矽卡岩为主的Ludwig地区，利用1米分辨率的机载高光谱数据（ProSpecTIR VNIR-SWIR和SEBASS TIR），分别模拟Landsat Next、Sentinel-2和ASTER的波段响应。通过建立光谱响应函数和空间重采样模型，生成可对比的模拟数据集，并应用经典的矿物指数算法，在排除环境干扰的条件下，纯从传感器设计角度评估性能差异。

关键技术包括：1）基于高斯卷积模型的谱段重采样，精确模拟各传感器波段响应；2）像素聚合空间重采样，模拟10-90米不同分辨率；3）建立Sentinel-2和ASTER的矿物指数与Landsat Next波段的映射关系；4）利用最小波长制图法生成高精度矿物分布验证基准。

VNIR-SWIR性能验证
研究显示Landsat Next完美复现了Sentinel-2的9个矿物指数中的6个（R²=1.0），包括铁氧化物(Fe³⁺/Fe²⁺)和植被指数(NDVI)。在涉及2.1μm波段（Sentinel-2的0.18μm宽Band12 vs Landsat Next的0.04μm宽Band21）的OH-bearing蚀变指数中，Landsat Next展现出更优的矿物区分能力——其窄波段设计能特异性识别2.19-2.23μm区间的白云母吸收特征，使蚀变边界更清晰，数值范围（最大2.54）较Sentinel-2（最大2.32）扩展9.5%。

TIR性能突破
通过用Landsat Next的Band26（12μm）替代ASTER的Band13（10.6μm），硅酸盐指数(R²=0.94)和镁铁质指数(R²=0.96)保持高度一致。尽管碳酸盐指数相关性较低（R²=0.39），但60米分辨率较ASTER的90米能更清晰刻画碳酸盐岩带边界。研究首次证实12μm作为"光谱中性区"（不受水汽和矿物基频振动影响）在比值运算中的可靠性。

设计优化建议
作者指出当前Landsat Next的SWIR波段（仅3个窄波段）尚不足以完全替代ASTER的6个SWIR波段对粘土矿物的诊断能力，建议在2.1-2.4μm区间增加窄波段。TIR方面，虽然12μm波段表现良好，但恢复10.6μm波段将更有利于识别辉石、橄榄石等矿物的发射率极小值。

这项研究为Landsat Next的最终设计提供了关键优化依据，证实其将成为ASTER之后首个实现VNIR-SWIR-TIR全谱段连续观测的卫星。其更高的空间分辨率（VNIR-SWIR 10-20米，TIR 60米）和6天重访周期（3星组网），将显著提升矿物填图精度和动态监测能力，对矿产资源勘探、火山监测和气候变化研究具有里程碑意义。