太空中有一雙明亮的眼睛
自環(huán)境衛(wèi)星成功發(fā)射以來，已經形成了同一地區(qū)兩天覆蓋一次的數(shù)據獲取能力。通過不斷開拓創(chuàng)新應用領域，在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境執(zhí)法、環(huán)境應急、生態(tài)保護、核安全等方面初步發(fā)揮出了環(huán)境遙感的技術支持和信息服務作用。
太湖一到夏季藍藻就極易暴發(fā)，過去為了監(jiān)測水華，一艘價值上千萬的水環(huán)境應急監(jiān)測船每天從上午8時出發(fā)，下午3時返航，巡查的水域僅僅為太湖總面積的1/6，F(xiàn)在通過環(huán)境遙感衛(wèi)星對太湖水體水華進行動態(tài)監(jiān)測預警，不但省時、省力，還實現(xiàn)了實時、全方位、大尺度的立體監(jiān)測。
針對大型水體水華進行遙感監(jiān)測僅是環(huán)境遙感應用于環(huán)境日常管理一個方面。自2008年9月環(huán)境一號A、B衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射并正常運行以來，環(huán)境一號A、B衛(wèi)星已經形成了同一地區(qū)兩天覆蓋一次的數(shù)據獲取能力。
“十一五”以來，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心和有關單位開展了大量的衛(wèi)星應用關鍵技術研究，初步提出了一套環(huán)境遙感應用技術標準、規(guī)范和流程，初步攻克了水、氣、生態(tài)環(huán)境遙感應用領域的一些關鍵技術，在環(huán)境遙感監(jiān)測指標體系構建，地表水、環(huán)境空氣、生態(tài)環(huán)境參數(shù)定量遙感反演方法和模型研究等方面取得了一定創(chuàng)新。目前，環(huán)境遙感已經在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境執(zhí)法、環(huán)境應急、生態(tài)保護、核安全等方面初步發(fā)揮出了技術支持和信息服務作用。
環(huán)境遙感支撐環(huán)境管理取得了哪些成效？
在環(huán)境一號衛(wèi)星發(fā)射以來，衛(wèi)星環(huán)境應用中心不斷開拓創(chuàng)新應用領域，在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境執(zhí)法、環(huán)境應急、生態(tài)保護、核安全等方面初步發(fā)揮出了環(huán)境遙感的技術支持和信息服務作用
在環(huán)境一號衛(wèi)星發(fā)射以來，衛(wèi)星環(huán)境應用中心不斷開拓創(chuàng)新應用領域，環(huán)境遙感支撐環(huán)境管理成效顯著。
案例一：太湖藍藻水華遙感動態(tài)監(jiān)測
北京，上午11點，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心水環(huán)境遙感部吳傳慶博士正在處理剛剛接收到的環(huán)境衛(wèi)星遙感數(shù)據，提取出太湖水華分布面積和分布位置并進行制圖，然后依據標準，做出水體是否暴發(fā)藍藻的結論。
從2009年4月開始，環(huán)境保護部環(huán)境衛(wèi)星環(huán)境應用中心利用環(huán)境一號A、B衛(wèi)星數(shù)據及其它衛(wèi)星數(shù)據，對太湖、巢湖、滇池及三峽庫區(qū)的藍藻水華進行動態(tài)監(jiān)測，每日向環(huán)境監(jiān)測管理部門報送太湖藍藻水華監(jiān)測日報。
水華是水體富營養(yǎng)化的常見現(xiàn)象，在一定的溫度、光照、風速條件下，水體中的藻類暴發(fā)性生長，聚集在水體表面，形成水華。人們常用“神出鬼沒”來形容水華暴發(fā)的諸多不確定性。
據吳傳慶介紹說，在太湖流域，地面巡查船從上午8點出發(fā)至下午3點返航，巡查的水域僅為太湖的1/6。通過衛(wèi)星遙感技術，可以對太湖、巢湖、滇池等大型水體水華進行大范圍、快速、動態(tài)監(jiān)測，能夠及時反映水體藍藻水華發(fā)生和變化的情況。
近幾年來，具有大范圍、快速、動態(tài)、客觀等特點的環(huán)境遙感技術已成為我國環(huán)境監(jiān)測的一種重要技術手段。目前，環(huán)境一號A、B衛(wèi)星獲取的大量遙感數(shù)據已經廣泛應用于環(huán)境保護日常監(jiān)管之中。
為了擴大環(huán)境一號衛(wèi)星遙感數(shù)據應用范圍，環(huán)境保護部于2009年5月發(fā)布了環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據產品分發(fā)管理辦法和數(shù)據產品分發(fā)說明，及時向全國環(huán)保系統(tǒng)及有關單位免費提供環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據產品。
衛(wèi)星發(fā)射以來，衛(wèi)星環(huán)境應用中心共向中國環(huán)境科學研究院、中國環(huán)境監(jiān)測總站、南京環(huán)境科學研究所、江蘇省環(huán)境監(jiān)測站等50多家單位共提供衛(wèi)星數(shù)據產品1.8萬多景，數(shù)據量約6.5T。通過向社會免費提供大量穩(wěn)定可靠的環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據和應用產品，有力地推進了地方環(huán)境遙感應用，提高了相關單位開展環(huán)境遙感監(jiān)測應用的積極性和水平。
另外，在水環(huán)境遙感方面，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心還積極嘗試開展了飲用水源地、流域面源污染、核電站溫排水、近岸海域赤潮和溢油等遙感監(jiān)測。
案例二：全國秸稈焚燒衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)測
在每天的環(huán)境保護部網站上，基于衛(wèi)星過境時間和區(qū)域，環(huán)境執(zhí)法部門可以及時查詢到全國每個地區(qū)秸稈焚燒衛(wèi)星遙感監(jiān)測的結果。
作為農業(yè)生產副產物的秸稈，其利用率一直不高，農戶往往一燒了之，產生大量顆粒物、黑炭、二氧化碳、氮氧化物等污染物，從而影響空氣質量。
針對秸稈焚燒現(xiàn)象，環(huán)保部門綜合利用衛(wèi)星遙感手段和地理信息系統(tǒng)，疊加行政邊界矢量圖層，將秸稈焚燒火點精確定位。這一技術可以迅速、準確、有效地獲得發(fā)生在廣大地區(qū)的秸稈焚燒火點信息。當衛(wèi)星監(jiān)測發(fā)現(xiàn)火點時，環(huán)境執(zhí)法部門可以將火點信息及時通知基層相關責任單位，進行確認并盡快處置。
據環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心大氣遙感部厲青博士介紹，自2009年起，每年夏秋兩季，他們每天都會對全國秸稈焚燒情況進行每日遙感監(jiān)測，并及時通過環(huán)境保護部網站向全社會公布監(jiān)測結果。
在去年的上海世博會和廣州亞運會期間，為做好環(huán)境空氣質量保障，衛(wèi)星環(huán)境應用中心每日對長三角地區(qū)和珠三角地區(qū)秸稈焚燒情況進行動態(tài)監(jiān)測，并及時制成秸稈焚燒遙感信息日報上報。
此外，在大氣環(huán)境遙感方面，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心還積極嘗試開展了沙塵、灰霾、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等遙感監(jiān)測工作。
案例三：大連溢油環(huán)境遙感應急監(jiān)測
2010年7月16日18時50分，大連新港一艘30萬噸級油輪在大連新港卸油，因違規(guī)操作引起輸油管線爆炸，引發(fā)大火和原油入海，約50平方公里海面受到污染。環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心王橋總工帶領圖像處理部申文明博士和有關人員，第一時間調配無人機趕赴現(xiàn)場，開展了“天—空—地”同步監(jiān)測。這是環(huán)境保護部首次利用無人機開展重大環(huán)境事故的應急監(jiān)測。
事故發(fā)生的第二天，天空間陰云密布，在海上氣候條件相當惡劣的條件下，無人機兩次成功完成低空飛行作業(yè)，提供了海面油污監(jiān)測數(shù)據，動態(tài)反映溢油發(fā)生發(fā)展情況。
在溢油監(jiān)測作業(yè)中，無人機有效彌補了衛(wèi)星遙感分辨率較低、易受天氣影響等不足。除了安排正常氣象條件下的實時監(jiān)測保障任務，還可以在夜間小雨以及能見度小于兩米的大霧天氣進行飛行航拍，并通過紅外及其它光譜信息嘗試對溢油進行全天候監(jiān)測。
近年來，重大環(huán)境污染和生態(tài)破壞事故不斷發(fā)生，如油船嚴重泄漏、化學品爆炸、特大沙塵暴、大量有毒氣體泄漏、重大水污染等等。在這些事故突然發(fā)生時，現(xiàn)有常規(guī)手段根本無法實現(xiàn)迅速、準確、動態(tài)的監(jiān)測，以致環(huán)保和有關部門難于快速、恰當?shù)刈龀鰶Q策。而利用遙感技術能夠及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境事故，并對事故的發(fā)生和發(fā)展進行動態(tài)監(jiān)測與評估，非常有利于制定緊急對策和措施。
針對大連溢油、化學品原料桶沖入松花江、玉樹地震、舟曲泥石流、北方沙塵暴、烏梁素海黃藻、黃海海域滸苔等突發(fā)事件，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心緊急調配環(huán)境衛(wèi)星、無人機等多源遙感數(shù)據，組織開展遙感應急監(jiān)測和評估工作，及時將監(jiān)測評估結果上報環(huán)境應急部門，為環(huán)境應急管理提供了重要技術支持。
2010年4月14日，玉樹地震發(fā)生后，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心緊急搜集玉樹災區(qū)相關信息，僅用一天時間便制作相關遙感專題圖并及時上報環(huán)境管理部門，為玉樹地震生態(tài)影響評估奠定了良好的基礎。
案例四：三江源生態(tài)建設工程成效遙感監(jiān)測
有“江河源”、“亞洲水塔”之稱的三江源區(qū)位于青藏高原腹地，是長江、黃河和瀾滄江的源頭匯水區(qū)。歷史上，三江源被稱為生態(tài)和生命的凈土。但近幾十年來，由于自然和人為的因素，生態(tài)環(huán)境明顯惡化，形勢日益嚴重。
總投資75億元的青海三江源自然保護區(qū)生態(tài)保護和建設工程是國務院2005年批準實施的重點項目，是國家西部大開發(fā)的骨干生態(tài)工程，也是一項惠及三江流域乃至全國人民的宏大工程。
為評價三江源生態(tài)建設工程對于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能的保護和恢復狀況，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心利用環(huán)境衛(wèi)星等多源數(shù)據，以生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產力為主要評價指標，通過對生態(tài)建設工程前后保護區(qū)內部和外部生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產力均值的比較，對三江源地區(qū)生態(tài)建設工程區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能的恢復效果進行了評價。同時，通過對工程建設區(qū)內多年凈初級生產力的變化速率分析，評價生態(tài)建設工程對于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能保護和恢復的實際成效。
三江源生態(tài)工程建設成效遙感監(jiān)測評估報告顯示，通過對三江源地區(qū)1988年~2009年生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產力的遙感監(jiān)測，并以三江源18個工程建設區(qū)為統(tǒng)計單元，以2004年生態(tài)建設工程啟動前后兩個時段作對比分析，分別計算了三江源地區(qū)工程前后18個工程建設區(qū)凈初級生產力的均值、變化幅度、變化速率和變化趨勢等指標。結果顯示，整個三江源地區(qū)在工程實施后生態(tài)系統(tǒng)的服務功能得到了明顯提升。
首先，區(qū)域平均凈初級生產力表現(xiàn)出工程后高于工程前的現(xiàn)象，說明生態(tài)建設工程實施之后，三江源地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能總體呈向好的趨勢發(fā)展；其次，三江源18個工程建設區(qū)中，在工程實施前后，有11個工程建設區(qū)內部的凈初級生產力恢復速度高于建設區(qū)外，說明即使在氣候變化對凈初級生產力恢復的影響作用下，生態(tài)建設工程對大多數(shù)保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的恢復還是起到了積極的促進作用。
許多重大開發(fā)項目、重大工程不僅工程時間長，而且波及面廣，工程建設的后續(xù)影響難以預料，所以需要對工程效果進行長期跟蹤監(jiān)測，如三峽工程、南水北調工程等引起的環(huán)境問題及工程建成后的環(huán)境狀況令世人注目。因此，利用遙感技術對其進行動態(tài)、連續(xù)、準確的監(jiān)視與評價十分必要，而且實施效果好。
此外，自2010年以來，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心利用環(huán)境衛(wèi)星等多源遙感數(shù)據，先后對100多個國家級自然保護區(qū)內人類活動狀況進行了遙感核查，對青海木里、陜甘寧蒙能源金三角等礦產資源開發(fā)地區(qū)生態(tài)狀況進行了遙感監(jiān)測，對北京市城市熱島效應、黑龍江五常市生態(tài)市評選指標(植被覆蓋率)等進行了遙感監(jiān)測評估，還開展了典型流域生態(tài)健康評價、碳源匯遙感監(jiān)測、青藏高原雪線監(jiān)測、生物多樣性監(jiān)測等遙感應用示范工作。
推進環(huán)境遙感業(yè)務化應用尚存哪些制約因素？
現(xiàn)有環(huán)境遙感監(jiān)測應用技術研究多表現(xiàn)為經驗性和局部性，系統(tǒng)性和實用性較差，與國際先進的環(huán)境遙感應用研究水平和環(huán)境遙感監(jiān)測實際需要存在較大差距，難以滿足環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化運行大范圍、多目標、多專題、定量化的需要
據環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心副主任兼總工程師王橋介紹，目前我國沒有專門用于環(huán)境保護的衛(wèi)星有效載荷，風云氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、資源衛(wèi)星等雖然部分可用于環(huán)境監(jiān)測，但是功能非常有限。環(huán)境一號A、B衛(wèi)星雖然擁有CCD相機、紅外相機、超光譜成像儀等多種有效載荷，但是其空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率還不夠高，光譜段設置還不夠合理，沒有攜帶專門針對環(huán)境監(jiān)測的衛(wèi)星有效載荷，許多國家環(huán)境管理迫切需要的環(huán)境監(jiān)測指標目前無法探測，也不能做到全天候、全天時的環(huán)境監(jiān)測。環(huán)境遙感監(jiān)測專用衛(wèi)星載荷的缺乏已經對環(huán)境管理的效能造成了嚴重制約。
王橋說，我國環(huán)境遙感應用技術目前雖然得到了快速發(fā)展，但與環(huán)境遙感監(jiān)測的業(yè)務化要求仍有很大差距，環(huán)境遙感監(jiān)測關鍵技術研究仍然薄弱，F(xiàn)有環(huán)境遙感監(jiān)測應用技術研究多表現(xiàn)為經驗性和局部性，系統(tǒng)性和實用性較差，與國際先進的環(huán)境遙感應用研究水平和環(huán)境遙感監(jiān)測實際需要存在較大差距，難以滿足環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化運行大范圍、多目標、多專題、定量化的需要。
經過多年的環(huán)境遙感應用基礎研究和應用示范，環(huán)保部門初步形成了一套環(huán)境遙感監(jiān)測與評估的業(yè)務流程，但業(yè)務化程度不高，距離環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化運行尚有較大差距。
環(huán)境遙感業(yè)務未來如何發(fā)展？
未來將圍繞環(huán)保重點工作和熱點環(huán)境問題，努力發(fā)展有鮮明環(huán)保特色的環(huán)境一號衛(wèi)星后續(xù)星，研發(fā)多種環(huán)境遙感專用載荷，形成環(huán)境衛(wèi)星系列，實現(xiàn)“天—空—地一體化”的全天時、全天候立體監(jiān)測能力
“十二五”期間乃至今后較長一個時期，我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測任務十分繁重，對環(huán)境遙感技術有著大量迫切需求，尤其是在水環(huán)境遙感監(jiān)測、環(huán)境空氣質量遙感監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測、突發(fā)環(huán)境事件應急、大型工程建設環(huán)境影響評價、全球環(huán)境變化等方面都有巨大的需求空間。
環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心主任吳國增表示，下一步，衛(wèi)星環(huán)境應用中心將不斷擴大環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據分發(fā)范圍，完善環(huán)境應用系統(tǒng)建設，形成環(huán)境遙感應用技術標準規(guī)范；緊密圍繞環(huán)保重點工作和熱點問題，繼續(xù)做好水體藻類水華、秸稈焚燒、自然保護區(qū)、核電站等遙感監(jiān)測，做好各種環(huán)境應急遙感監(jiān)測評估工作，在事前風險防范、事中應急處置、事后影響評估等不同階段發(fā)揮遙感的作用。
此外，還將不斷開拓創(chuàng)新環(huán)境遙感應用新領域，在飲用水水源地、二氧化硫和氮氧化物等污染氣體、溫室氣體、生物多樣性、核電溫排水、環(huán)評驗收、尾礦庫等方面開展業(yè)務應用，推進衛(wèi)星環(huán)境應用向業(yè)務服務型轉變。
目前，環(huán)境一號衛(wèi)星A、B星在軌運行將近3年，已接近設計壽命時間。為保障環(huán)境遙感業(yè)務應用的可持續(xù)發(fā)展，吳國增表示，應當盡快發(fā)展環(huán)境一號衛(wèi)星后續(xù)星系統(tǒng)，并在衛(wèi)星載荷設計和研發(fā)時充分體現(xiàn)環(huán)保特色。
記者了解到，衛(wèi)星環(huán)境應用中心將以國家環(huán)境保護規(guī)劃和衛(wèi)星遙感規(guī)劃為導向，以支撐服務環(huán)境管理需求為目標，緊密圍繞我國環(huán)保重點工作和熱點環(huán)境問題，努力發(fā)展有鮮明環(huán)保特色的環(huán)境一號衛(wèi)星后續(xù)星，研發(fā)多種環(huán)境遙感專用載荷，形成環(huán)境衛(wèi)星系列。同時大力發(fā)展航空無人機遙感，實現(xiàn)“天—空—地一體化”的全天時、全天候立體監(jiān)測，提升環(huán)境快速監(jiān)測響應能力。
另據了解，下一步，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心還將緊密圍繞國家環(huán)境管理需求，針對水、氣、生態(tài)、核安全、固廢等環(huán)境遙感業(yè)務化應用，開展相應技術攻關，形成環(huán)境遙感應用技術規(guī)范和標準體系。同時，將積極實施“全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調查與評估”專項，全面掌握2000年~2010年之間全國生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化情況，為國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)管以及重大開發(fā)戰(zhàn)略的實施提供科學依據。
馬上就評
推進環(huán)境遙感業(yè)務化任重道遠
劉曉星
遙感技術是獲取環(huán)境信息的強有力手段，利用遙感技術監(jiān)測大范圍的環(huán)境變化省時、省力，可以從宏觀上快速跟蹤和監(jiān)測突發(fā)污染事件的發(fā)生、發(fā)展，及時制訂處理措施，突破了以往僅依靠現(xiàn)有的監(jiān)測臺站和傳統(tǒng)監(jiān)測技術方法進行環(huán)境管理的局限性。
繼環(huán)境一號衛(wèi)星成功發(fā)射以來，近幾年來，我國在環(huán)境保護衛(wèi)星遙感領域取得了突破性的成果:通過向社會免費提供大量穩(wěn)定可靠的環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據和應用產品，有力地推進了地方環(huán)境遙感應用；衛(wèi)星環(huán)境應用系統(tǒng)建設穩(wěn)步推進，實現(xiàn)了環(huán)境一號衛(wèi)星等多源遙感數(shù)據的接收、處理、存儲、應用、對外分發(fā)服務等功能；開展了大量的衛(wèi)星應用關鍵技術研究，為環(huán)境保護部有關業(yè)務管理部門提供了高效的信息支持，提高了環(huán)境監(jiān)測、污染防控、生態(tài)保護等環(huán)境管理水平。
盡管取得了不少成就，但目前我國環(huán)境遙感技術水平與國外先進國家相比仍存在“代差”，無論從衛(wèi)星系統(tǒng)的整體性還是業(yè)務化應用的關鍵技術方面，目前都存在著諸多瓶頸問題，距離環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化運行尚有較大差距。
“十二五”期間乃至今后較長一段時期，我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測任務十分繁重，對環(huán)境保護衛(wèi)星遙感有著大量需求。因此需要做好以下幾項工作：
首先，我國應該著力構建衛(wèi)星遙感監(jiān)測和地面環(huán)境監(jiān)測相結合的先進環(huán)境監(jiān)測預警體系，推進環(huán)境監(jiān)測從“平面”向“立體”發(fā)展，促進環(huán)境質量改善、維護人民群眾健康、保障生態(tài)系統(tǒng)安全，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。
其次，要把滿足環(huán)境管理需求作為環(huán)境遙感應用的主攻方向，圍繞國家環(huán)境保護工作重點，優(yōu)先開展重點流域水污染防治、重點城市和城市群地區(qū)的大氣污染防治、區(qū)域生態(tài)保護等遙感監(jiān)測；不斷完善衛(wèi)星環(huán)境應用系統(tǒng)，緊緊圍繞國家環(huán)境管理需求開展衛(wèi)星業(yè)務化應用工作，堅持開展環(huán)境遙感應用技術研究，不斷提升環(huán)境遙感基礎能力；大力加強組織機構、人才隊伍和資金籌措機制建設，實現(xiàn)環(huán)境保護衛(wèi)星遙感事業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。
第三，重視突發(fā)環(huán)境事件、大型工程環(huán)境影響、全球環(huán)境變化等遙感監(jiān)測；重視環(huán)境遙感應用技術的研發(fā)，支持技術綜合、技術集成和成果轉化，真正發(fā)揮環(huán)境遙感在提升環(huán)境監(jiān)測能力、強化環(huán)境監(jiān)管手段、改善生態(tài)環(huán)境質量等方面的技術支撐作用。
第四，廣泛動員全社會環(huán)境遙感領域的力量參與環(huán)境遙感科學研究和技術開發(fā)，有效集成行業(yè)部門、地方和企業(yè)的環(huán)境遙感資源，促進資源的優(yōu)化配置和科學利用，加強對地方環(huán)境遙感工作的指導和培訓，為實現(xiàn)國家“十二五”環(huán)境目標提供科學依據和技術支撐。
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