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1、环境遥感应用现状与展望来源：互联网责编：大嘴作者：郑丙辉 王桥时间：2004-10-22【大中小】一、国内环境遥感应用现状遥感技术在我国资源、林业、农业、水利等部门已有广泛的应用，为国家社会经济发展作出了巨大贡献。同时也完成了大量的基础研究工作，建立了中国典型地物的波谱数据库和资源遥感调查技术规范。在环境保护中的遥感技术应用在我国开展较晚，但经过广大科研人员的奋发努力，在条件十分有限的情况下，在大气环境、水环境、生态环境等众多领域开展了多方面的研究探索工作，并取得了较大成果。在大气遥感监测方面，我国重点开展了四个方面的工作：一是利用遥感技术监测大气污染与污染源，如辽宁省环保所应用红外扫描仪对抚
2、顺露天煤矿进行了监测，分析了矿坑上空逆温层的形成与大气污染物扩散的关系，搞清了矿坑内产生污染的条件，为露天矿场的污染防治和环境污染预报提供了科学依据；中国环境科学研究院在太原市进行了以大气污染为目标的遥感监测；北京市环境保护科学研究院曾对规划市区的烟囱高度、分布进行了航空遥感分析。二是通过遥感图像上植物的季相节律变化和遭受污染后的反应差异，以植物对污染的指示性反演大气污染，如确定大气污染的范围、程度和扩散变化，如进行津渤环境遥感试验时曾利用遥感图像上呈现的树冠影像的色调和大小差异，圈定了二氧化硫和酸气、氟化氢等典型污染场。三是以地面采样的分析结果作参照量，与遥感图像相结合进行相关分析，如进行津
3、渤环境遥感试验时，曾采集树木叶片测定其含硫、含氯量，以及树皮的PH值，分析二氧化硫、氯气、酸雾的污染。四是利用飞机携带大气监测仪器，在污染地区上空分层采样，然后进行数据处理分析，如天津、太原曾用这一方法监测了大气气溶胶、飘尘、二氧化硫的时空分布特征和运移规律。在水污染的监测方面，我国先后对海河、渤海湾、蓟运河、大连湾、长春南湖、于桥水库、珠江、苏南大运河、滇池等大型水体进行了遥感监测，研究了有机污染、油污染、富营养化等；利用水体叶绿素与富营养化间的关系研究了滇池水体污染与富营养化状况；利用卫星遥感资料估算了渤海湾表层水体叶绿素的含量，建立了叶绿素含量与海水光谱反射率之间的相关模式，定量地划分了
4、有机污染区域；利用水体热污染原理先后对湘江、大连湾、海河、闽江、黄浦江等进行了红外遥感监测。在固体废弃物的监测方面，利用遥感技术对我国多个城市的工业废渣和生活垃圾及堆放地与污染状况进行了监测，如中国环境科学研究院在“八五”期间采用遥感方法对北京市的垃圾堆放场作了监测研究。在生态应用方面，进行了多方面的工作。如较早进行的津渤环境遥感试验中，曾对天津市区土壤中某些重金属的污染状况做了监测、分析；此后不少城市利用遥感技术开展了城市热岛效应与生态环境研究，如天津市、酒泉市、昆明市等都进行了多级多时相的城市遥感监测研究。此外，我国在湿地监测、森林调查、草原监测，流域治理等各个方面都采用了先进的卫星遥感技
5、术，完成的重大课题有资源环境动态遥感与模型分析试验研究、再生资源遥感研究、国家资源环境遥感宏观调查与动态监测研究等。二、环境保护卫星遥感需求分析监测是环境管理的重要手段之一，连续监测、定时监测和严格的管理相结合，才能准确地反映环境质量状况，才能有针对性地加强监督管理。1.环境空气质量监测需求在与地面环境监测网配合的条件下，需进行遥感监测的大气污染因子有O3、CO2、SO2、NO2X、CH4及其它成分；对重要大气污染源实施监控，如黑度、烟尘、粉尘、SO2和NOX等。对主要气象要素，如大气温度、密度分层、地表温度和云量等物理特性进行监测。在正常的情况下，监测频率为每周进行三次左右的日常例行监测，对
6、污染事故和生态事故每天需进行一次监测。空间分辨率为20m500m，以反映大气污染物迁移扩散的过程。2.水环境质量监测需求水环境质量监测的要素有水温、色度、悬浮物、叶绿素，有机物、总磷、总氮等指标(一些指标可以通过另外监测指标相关推得)。对我国大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测每周需进行三次，对赤潮、溢油，重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。监测污染带的变化空间分辨率上需要3m20m，大江、大河及河口、海湾水环境质量监测空间分辨率上需要20m500m，以反映水污染物迁移扩散的过程。3.生态环境监测需求利用卫星遥感对自然生态进行监测的内容有：森林覆盖状况及生态功能动态变化监
7、测、草地覆盖状况及动态变化监测、湿地资源状况及动态变化监测、生物多样性状况及动态变化监测，农村生态变化监测、矿资源开发的生态破坏的监测、城市开发建设状况和城市保护的监测等等。监测周期上可以10天或60天一次，对城市、农业生态监测的空间分辨率要求较高，需达到10m30m，自然生态监测的空间分辨率要求在20m100m。4.固体废弃物监测需求目前，地面垃圾乱堆放造成的环境污染在我国各大城市乃至乡村地带随处可见，“垃圾围城”的现象已十分普遍。遥感监测的内容有：工业、生活垃圾的堆放状况，堆放点的分布，堆放点的面积、数量等，优化垃圾处理处置场。从空间分辨率上要求比较高，达到3m10m的水平。5.重大开发项
8、目、重大工程的环境与生态监测需求许多重大开发项目、重大工程不仅工程时间长，而且波及面广，工程建设的后续影响难以预料，所以需对工程效果进行长期跟踪监测，如三峡工程、南水北调工程、上海浦东开发区等引起的环境问题及工程建成后的环境状况令世人注目。因此，利用遥感技术对其进行动态、连续、准确的监视与评价十分必要，而且实施效果好。空间遥感可在建设期工程对生态、环境影响实施监控；在运行期对生态、环境的演变实施监控等。监测指标主要是水环境质量指标和生态环境质量指标。6.重大环境事故的追踪调查监测需求近年来，重大环境污染和生态破坏事故不断发生，如油船严重泄漏、大爆炸，特大沙尘暴，大量有毒气体泄漏，重大的水质污染
9、等等。而在这些事故突然发生时，现有常规手段根本无法实现迅速、准确、动态的监测与预报，以致环保和有关部门难于快速、恰当地作出决策。需要利用遥感技术及时发现环境事故，对事故的发生和发展进行监测评估，制定紧急对策和措施。7.环境数据的卫星采集、传送目前，各监测点获取的监测数据都是通过电信部门经县地市省环保业务部门传到中国环境监测总站，数据传输环节多，难以使管理部门快速获得实时准确的监测信息。建立中国环境监测网卫星数据采集系统(传输网)，能真正实现监测网的统一管理，通过科学安排，使这些来自全国城乡各地，甚至偏僻地区的环境监测数据都能快速、准确、及时地传送到中国环境监测总站，而无瓶颈之虑。保证管理部门能
10、尽快获得实时准确的监测信息。利用卫星和无人值守DCP是解决偏僻地区的环境监测和国界、省界断面的水质状况监测的唯一手段。利用卫星系统还能方便地设立移动站，为应急监测系统提供快速反应的技术支持。8.增强国际地位，维护国家利益需要随着环境问题日益国际化，环境保护工作已越来越多的与国家的权益以及外交工作联系在一起。只有掌握了环境监测的主动权，在维护国家的权益和外交活动中才有更多的发言权。因此，建立我国自己的环境遥感监测系统，不仅是我国环境保护工作的迫切需要，也是维护国家权益和外交工作的迫切需要。9.提高全球及我国环境科学研究水平大气和水污染，酸雨，气候变化，臭氧层耗竭等一系列环境问题不仅是我国，也是全
11、世界所面临的严重问题。地球只有一个，几乎所有的环境问题都是全球性的，都需要用全球的观点来研究和解决。为此，采用卫星遥感这一面向全球的先进技术，是全球及我国环境科学研究的必要途径，它不仅可以为我们提供大面积，全天时，全天候的环境监测手段，更重要的是能够为我们提供常规环境监测手段难以获得的全球性的环境遥感数据，这些数据将成为我们进行环境监测，预报和科学研究不可缺少的基础。三、我国环境遥感应用存在的关键问题1.环境遥感监测的指标体系环境监测的内容很多，有生态环境、水环境、大气环境以及城市环境等专业领域，哪些指标能采用卫星遥感技术进行有效的监测，其最佳监测光谱分辨率、监测时间频率和监测空间分辨率，还不
12、是十分清楚，更没有形成实用模型数据库。2.环境遥感应用的技术规范体系从国外研究资料表明，卫星遥感技术能够在环境保护领域中应用是无疑的。我国在这方面的应用还刚刚起步，没有形成系统的技术方法和规范。目前各部门、单位只进行零散的研究，这些研究工作不可能形成系统的应用能力。要得到全面的应用必须有一整套技术方法和规范，如国土资源调查规范等的出台，为卫星遥感技术在我国国土资源领域应用打下可靠的基础。3.卫星遥感地理信息系统建设天地一体化的卫星遥感地理信息系统建设没有上述两项基础工作是不可能完成的。尽管环境保护系统在硬件建设方面下了很大工夫，从国家级、省(市)级到地(市)级，均配备有较先进的环境信息收集、处
13、理和应用的设备条件，但是由于缺乏大量环境保护专业应用系统，使得高档的设备随着时间的推移，逐渐老化。这些设备很大程度上没有发挥应有的作用。4.遥感地理信息系统的管理决策支持系统这一工作是将环境遥感和地理信息系统技术全面推向实用化，是遥感地理信息系统的最终应用，它需要前述三项工作基础，此外，还需要大量决策模型。5.可稳定使用的数据源不足从国内外文献资料分析，对环境遥感应用的数据源的要求很高，不仅仅是陆地卫星数据，还需要高光谱分辨率、高空间分辨率或高时间分辨率的卫星遥感数据源。我国资源卫星信息源的应用还刚刚起步。国外卫星资源很难做到同步监测要求。四、国家环境遥感应用系统建设1.环境遥感监测系统任务接
14、收来自灾害和环境监测小卫星星座系统、气象卫星系统、资源卫星系统等各种环境监测信息，以及国家环境监测网站地面监测信息，结合国家社会经济及各部门环境与生态数据，进行综合处理与分析。根据卫星遥感信息，对森林覆盖、荒漠化、水土流失、湖泊干涸河流断流、湿地、绿洲、草场、冰川、河口、土地资源、城市等生态环境状况进行动态监测；对大气中二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等温室气体，二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)等致酸污染物，臭氧层变化等全球环境问题；湖泊富营养化、大江大河污染带、海洋赤潮污染等水环境污染，垃圾堆放等固体废物环境污染进行动态监测；对沙尘暴、赤潮、海上溢油、化学品泄漏等重大污染事故进行遥感
15、监测，并制作和分发环境遥感数据产品。应用环境卫星监测与预报系统，结合现有地面环境监测站数据，建立天地一体化的全国生态环境遥感监测与预报系统，定期向国家报告我国大气环境状况、水环境状况、生态环境状况、固体废物环境状况及其污染趋势；建立重大污染事故应急监测系统。2.环境遥感监测系统组成环境卫星监测与预报系统主要由4个部分组成，它们分别是：环境遥感地理信息系统该系统是国家卫星环境监测与预报中心的支撑系统。它将在全国环境波谱数据库、全国环境遥感影象数据库、全国环境背景地理数据库的支持下，通过在环境遥感地理信息系统平台上运行波谱分析软件，图象处理软件和地理信息系统软件，实现对灾害和环境卫星监测与预报卫星
16、星座环境遥感数据的存储、处理和管理。环境遥感专业应用系统该系统是国家卫星环境监测与预报中心的应用平台，也是环境遥感地理信息系统的上层系统(它的输入就是底层系统的输出)。它直接利用环境遥感地理信息系统数据产品，在环境专业模型和环境反演模型的支持下，实现环境遥感专业数据产品的制作、灾害和环境卫星监测与预报卫星星座遥感数据的环境应用。环境遥感决策支持系统该系统是国家卫星环境监测与预报中心的最上层系统，它的输入既可以是环境遥感地理信息系统的输出，也可以是环境遥感专业应用系统的输出。它在环境预测、评价和决策模型的驱动下，利用环境遥感地理信息系统作为支撑工具，利用环境遥感专业应用系统作为应用基础，经过环境预测分析和环境评价分析，生成环境保护辅助决策方案，并进行环境遥感数据产品的制作和分发。数据网络环境国家卫星环境监测与预报中心将
