环境遥感,助推环境监管转型升级

文/庞贝 杨进平   2017-08-04 23:11:52

高分五号卫星示意图(预计2017年9月发射)

遥感监测无人机起飞2016年8月10日,长征四号运载火箭成功将高分三号卫星送入预定轨道。

至此,继“高分一号”、“高分二号”等卫星之后,“高分”家族又添得力干将。这些“高分”卫星,就像一双双“天眼”,它们在看什么,又怎样看?

这还要从十年前说起。高分辨率对地观测系统是我国正在着手研发的新一代高分辨率对地观测系统。2006年,我国将高分辨率对地观测系统作为当年部署的16个重大专项之一,列入《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)》。

实际上,“高分”专项是一个非常庞大的遥感技术项目,包含至少7颗卫星和其他观测平台,2010年5月全面启动,计划到2020年建成我国自主的陆地、大气和海洋观测系统。

遥感是什么,有那么重要吗,需要国家花这么大力气部署?

遥感,顾名思义,遥远的感知,它是指非接触的,远距离的探测技术。在高分专项系列卫星发射应用之前,我国的遥感卫星数据长期依赖进口,国土、水利、林业、海洋等行业每年都要花大价钱去购买国外遥感卫星数据。

国土信息资源如果仰赖他人,国家安全如何保障?在遥感技术的应用上,环境遥感以探测地球表层环境的现状及其动态变化为目的,涉及水环境、大气环境、生态环境、土壤环境等领域,是遥感应用的大户。

而提到环境遥感应用,环境保护部卫星环境应用中心(以下简称“中心”)是首屈一指的存在。中心是2009年由中央机构编制委员会批准设立的环境保护部直属事业单位,人员编制65人,内设8个二级机构,包括办公室、综合业务部、运行管理部、航空遥感部、水环境遥感部、大气环境遥感部、生态环境遥感部、环评与规划遥感部,主要承担卫星遥感技术在环境领域的应用、研究与开发以及卫星环境应用系统的建设、管理等工作。

造“天眼”织“天网”,建设平台提升能力

其实,上文提到的“高分”家族,只是遥感应用中非常典型的一种,并不能涵盖遥感的全部。遥感还包括地面遥感、航空遥感(气球、飞机)、航天遥感(人造卫星、飞船、空间站、火箭)。

为了更好地织起环境遥感监测这张“天网”,中心积极配合有关部门,先后成功发射环境一号A、B、C星,并积极参与“高分一号”等高分辨率卫星立项、研制及发射,完成卫星在轨测试并开展了一系列环境保护应用示范;

环保部积极牵头和参与的“高分五号”卫星工程(预计2017年发射)和2颗16米光学卫星工程(预计2019年发射),以及大气环境监测卫星、“高分五号”后续星立项工作的积极推进,使我国开展大范围、快速、动态环境遥感监测成为可能;

在航空遥感方面,中心完成了5架无人机购置与系统集成,配备了高分辨率光学相机、红外相机、视频摄像机等无人机载荷,形成了集成一体化的无人机环境监测系统,填补了环保系统航空环境遥感的空白,初步形成了突发环境事件、重点区域环境污染等无人机监测能力;

在平台建设方面,中心构建了环境卫星环境应用系统,使我国首次拥有了集卫星数据获取、加工处理、信息提取、综合分析、产品生产、业务化应用于一体的卫星环境应用平台。

除此之外,中心还建成全国十年生态变化遥感调查评估系统平台,使环境遥感业务运行保障能力明显提高;建成了高分辨率对地观测系统重大专项环境应用示范系统平台,大幅提升环境遥感的定量化和精细化水平;新建了卫星遥感数据接收站,具备了同时接收9颗国内外卫星数据资源的能力,为环境遥感监测的业务化运行提供了基本的数据保障;向全国200多家相关单位分发了5.7万多景遥感数据产品,数据覆盖我国大部分地区,使环境遥感业务运行支撑和服务能力逐步提高。

驭“天眼”巡九州,污染态势尽收眼底

环境遥感在数据获取上具有多层次、多时相、多功能、多专题的特点,在应用方面具有多源数据处理、多学科综合分析、多维动态监测和多用途的特点。

针对环境遥感在应用领域的这些特点,中心积极开展环境遥感应用,支撑服务国家污染防治。

“APEC蓝”、“阅兵蓝”……这些曾经刷爆朋友圈的热词与中心的工作密不可分。当然,这只是中心工作的一个维度。在更广阔的层面上,中心正在以它组建的环境遥感监测网将中国大地尽收眼底,服务着国计民生。

在大气环境遥感应用领域,中心积极行动,支撑服务国家大气污染防治。

2017年1月3日中国中东部地区灰霾遥感监测图目前,已初步实现全国秸秆焚烧火点、灰霾、沙尘、气溶胶等大气环境遥感监测产品的业务化生产,创新开展区域大气颗粒物、污染气体、散煤燃烧、夜间秸秆焚烧遥感监测以及空气质量影响遥感评估等业务,累计上报《全国秸秆焚烧遥感监测日报》、《全国重点城市群灰霾监测周报》等各类报告5200多期。中心充分发挥遥感技术特长,积极应对2013年、2015年全国大范围重污染天气过程,及时编报信息,得到了部领导充分肯定;中心有力支撑了杭州G20峰会、抗战胜利70周年阅兵活动、北京APEC会议、北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、西安世园会等重大活动空气质量保障工作,编报遥感监测报告200多期;积极服务北京、河北等10多个省市的大气环境监测与污染防治工作,向地方环保部门提供监测报告600多期,在区域大气污染防治、大气环境应急监测等方面发挥了重要作用。2017年4月2日全国秸秆焚烧卫星遥感监测图

北京市黑臭水体遥感监测图水环境遥感应用领域,中心初步实现“三湖”等大型水体水质、水华、富营养化,核电站温排水、近海海域水质、赤潮、溢油等水环境遥感监测产品的业务化生产,创新开展30多个重点城市黑臭水体、京津冀地区农村垃圾、300多个饮用水源地、全国面源污染、80多个良好湖库、淮河等流域岸边带、北京市河流干涸断流、我国大陆岸线变化、海岸带海水养殖等遥感监测与应用,累计上报《水华遥感监测日报》、《水华遥感监测日报年报》、《水体富营养化遥感监测季报》、《核电厂温排水遥感监测月报》、《全国面源污染遥感监测年报》等水环境遥感监测成果4600多期,针对各类水环境污染事件开展了30多次应急监测,在区域/流域水污染防治、水环境应急监测等工作中发挥了重要作用,支撑服务着国家水污染防治。

在生态环境遥感应用领域,中心完成全国生态环境十年变化遥感调查与评估项目,系统获取了全国、典型区,及各省(市、区)生态系统格局、质量、功能、胁迫及生态问题等信息,摸清了近十年全国生态环境变化,向国务院上报了调查评估报告并得到李克强总理重要批示;中心持续开展自然保护区、资源开发区、生物多样性保护优先区、国家重点生态功能区、重大自然灾害应急、跨界流域生态等遥感监测、分析与评估,创新开展生态保护红线监管、重大生态保护与建设工程实施成效评估、生态资产评估、易灾地区生态环境、全球变化问题评估等遥感监测与应用,累计上报遥感监测评估报告500多期;中心根据中央领导和部领导批示,组织开展了秦岭北麓采石及其动态变化、青海省祁连山区黄河源头木里矿区资源开采及生态影响遥感监测,针对腾格里沙漠工业排污事件先后编报遥感监测与分析快报7期和图集1份,有力地支撑了中央领导批示的具体落实;中心还根据部领导要求,实现了每年2次对全国400多个国家级自然保护区人类活动和生态系统变化的动态监测;另外,中心还开展了三江源地区生态变化、洞庭湖周边生态变化、广西北海“大米草”生物入侵、中越和中哈边境地区生态状况等大量生态遥感监测与应用工作,有力地支撑了国家生态保护管理决策。

除上述外,中心还积极开展环境执法、应急等遥感应用,支撑服务环境监管。对河北、山西、河南等地工业聚集区大气污染源进行了120多个架次的无人机巡查,发现问题企业460家,有力打击和震慑了企业偷排行为;开展了国家重点生态功能区556个县域生态环境质量遥感核查,遥感监测结果被纳入县域生态环境质量考核评分体系,有力地支撑了县域生态环境质量监测、考核和评价工作;开展贵州、张家口等典型尾矿库环境风险遥感监测,为环境监察执法提供有力支撑;积极开展天津港“8.12”特别重大火灾爆炸、大连溢油、松花江化学品桶、汶川地震、玉树地震、尼泊尔地震、舟曲泥石流、官厅水库水色异常、黄海浒苔、渤海溢油、日本地震核事故等环境应急监测和评估,为环境应急管理提供了高效决策支持;开展全国在建和拟建核电项目厂址遥感监测,大亚湾、田湾核电站温排水遥感监测,武广高铁、小湾电站等重大建设项目环保验收遥感应用,为环境监察执法、环境应急、核安全监管、环评管理等提供了有力技术支撑;开展了土壤环境遥感监测与应用试点。

近年来,环境问题的频发和人们对于环境问题的重视为遥感技术的应用提供了舞台,同时也促进了遥感技术的进一步发展。

作为环境科学和遥感科学的交叉学科,环境遥感已经成为当前的研究热点之一。环境遥感已经成为全球性、区域(流域)性乃至城市层次的生态环境问题研究的重要手段,为生态环境规划和环境系统研究提供了强有力的工具。

如何将这一手段推向更为深广的层次,并在这一领域争取自己的话语权,中心一直在积极行动着。

中心自成立至今,在环境遥感科学的应用研究方面频频发力,主持高分专项“环境保护遥感动态监测信息服务系统”、水专项“国家水环境遥感技术体系与示范”等课题2项;主持国家发改委环境卫星应用系统工程、国家科技支撑项目“基于环境一号等国产卫星的环境遥感关键技术研究”、国家环保公益重大项目“环境污染事故航空遥感应急监测关键技术研究与应用”、国家发改委卫星产业化项目“多源卫星遥感生态环境信息专题产品生产与服务”、国家863、973、国际科技合作项目、环境遥感应用标准项目、国家自然科学基金等30多项;在环境专用载荷、图像处理、大气环境遥感、水环境遥感、生态环境遥感等方面取得系列创新成果,编制了《自然保护区人类活动遥感监测技术指南(试行)》、《无人机环境遥感监测基本作业规范》等技术规范。特别是“环境一号卫星环境应用系统工程及其关键技术研究”、“国家环境质量遥感监测体系研究与业务化应用”等2个项目均荣获国家科技进步二等奖。此外还完成了国家环境保护卫星遥感重点实验室建设并通过验收。

除上述工作外,中心积极开展国内外学术交流与科技合作,与美国、加拿大、澳大利亚、荷兰、德国等相关研究机构建立了技术交流机制;完成国家遥感中心环境遥感业务部、中华环保联合会入会手续办理;与中国遥感应用协会、中国环境科学学会等机构进行了积极沟通与交流;与青海、河北、云南、吉林、山东、山西、广东、重庆等多个地方环保厅局签署了业务合作协议,积极支持江苏环保部门开展太湖蓝藻水华遥感监测,支持河北环保部门开展灰霾遥感监测,支持青海环保部门开展三江源生态遥感监测与应用,正在支持西藏环保部门开展环境遥感监测机构和能力建设;共组织召开8次环境遥感监测技术培训班,培训人员近千人,提高了地方环境遥感应用水平。

深钻研广交流,夯实基础拓宽思路

近些年来,中心在环境遥感应用、科研、能力建设等方面开展了大量工作并取得了明显成效——

先后成功发射环境卫星3颗,配备无人机系统5套,实施全国生态遥感调查专项1项,编报各类环境遥感报告上万期,开展应急监测120多次,组织实施环境遥感相关重大科研项目30多项,获国家科技进步二等奖3项、省部级科技奖项15项(其中一等奖4项),登记软件著作权18项,获批专利16项,出版专著40多部,发表学术论文420多篇……

上述工作,促使我国环境监测进入卫星应用时代,成果被国务院、环保部及各级政府部门大量采用,有力地支撑了国家环境管理决策和生态文明建设。

“致广大而尽精微”,环境遥感凭借以卫星应用为主的“天眼网”,将中国大地尽收眼底,正在越来越多的领域大显身手。

环境一号A、B星成功发射(2008年9月)

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