新時(shí)期我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

趙少華，劉思含，毛學(xué)軍，吳艷婷，楊一鵬

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心 國(guó)家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094)

新時(shí)期我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

趙少華，劉思含，毛學(xué)軍，吳艷婷，楊一鵬

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心 國(guó)家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094)

衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，環(huán)境一號(hào)、高分一號(hào)等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已在環(huán)保部的日常監(jiān)測(cè)、監(jiān)管工作中實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，在環(huán)保工作中發(fā)揮了不可或缺的重要作用。結(jié)合新時(shí)期我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的特點(diǎn)和需求，分別總結(jié)了衛(wèi)星遙感技術(shù)在我國(guó)大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境和生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用情況，提出未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是我國(guó)高分專(zhuān)項(xiàng)系列衛(wèi)星和國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的后續(xù)衛(wèi)星的發(fā)射，將大幅提升我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)、監(jiān)管的定量化和精細(xì)化水平。

大氣環(huán)境；水環(huán)境；土壤環(huán)境；生態(tài)環(huán)境；高分辨率

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)環(huán)境形勢(shì)依然嚴(yán)峻，衛(wèi)星遙感技術(shù)具有快速、連續(xù)、大范圍和重復(fù)觀測(cè)等優(yōu)勢(shì)，可在環(huán)保工作中發(fā)揮重要作用，其應(yīng)用在環(huán)保領(lǐng)域始于20世紀(jì)80年代，即天津-環(huán)渤海環(huán)境遙感試驗(yàn)[1]，到90年代，郭之懷[1]總結(jié)了截至1993年環(huán)境遙感的發(fā)展歷程，張九根[2]分析了環(huán)保工作對(duì)衛(wèi)星遙感技術(shù)的迫切需求及應(yīng)用前景。21世紀(jì)以來(lái)，快速發(fā)展的衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域得到了迅速應(yīng)用，2000～2002年，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局組織開(kāi)展利用Landsat和資源衛(wèi)星等遙感數(shù)據(jù)的全國(guó)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀遙感調(diào)查。2008年9月環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，衛(wèi)星環(huán)境遙感技術(shù)更是得到了長(zhǎng)足發(fā)展，王橋[3]介紹了衛(wèi)星遙感技術(shù)在國(guó)內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展和挑戰(zhàn)，特別是環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星工程的進(jìn)展，指出了環(huán)境遙感應(yīng)用面臨的問(wèn)題，并提出對(duì)策和建議。楊香云[4]分析了環(huán)保工作中遙感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了大氣環(huán)境、水污染、海洋監(jiān)測(cè)、地表監(jiān)測(cè)方面的進(jìn)展和應(yīng)用趨勢(shì)。王橋等[5]全面總結(jié)了環(huán)境遙感的進(jìn)展、環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的研制發(fā)射，并詳細(xì)介紹了大氣環(huán)境、水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)方法、技術(shù)規(guī)范和應(yīng)用系統(tǒng)的組成建設(shè)情況。楊一鵬等[6]總結(jié)了水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展，結(jié)合環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星提出了衛(wèi)星遙感技術(shù)在我國(guó)環(huán)保應(yīng)用中面臨的主要問(wèn)題、對(duì)策和建議。為加強(qiáng)環(huán)境遙感技術(shù)的應(yīng)用推廣，進(jìn)一步推動(dòng)遙感技術(shù)向深度和廣度發(fā)展，王橋等[7]以太湖流域?yàn)槔?，系統(tǒng)總結(jié)了區(qū)域生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、業(yè)務(wù)運(yùn)行模式與成果等，以指導(dǎo)地方環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)工作。趙少華等[8-11]系統(tǒng)總結(jié)了高光譜、紅外、雷達(dá)和高分辨率等衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展情況。

作為環(huán)境監(jiān)測(cè)與監(jiān)管的有力工具，衛(wèi)星遙感技術(shù)已在我國(guó)環(huán)保工作中實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)化應(yīng)用。自環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)保部衛(wèi)星中心)基于我國(guó)環(huán)境一號(hào)、高分一號(hào)、高分二號(hào)和美國(guó)TERRA/AQUA等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，持續(xù)開(kāi)展了大氣環(huán)境、水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的有效遙感監(jiān)測(cè)。目前，衛(wèi)星中心已建成環(huán)境衛(wèi)星和高分衛(wèi)星等監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，構(gòu)建了環(huán)境遙感技術(shù)體系，形成2級(jí)數(shù)據(jù)處理、專(zhuān)題和應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)、數(shù)據(jù)分發(fā)和產(chǎn)品服務(wù)的業(yè)務(wù)運(yùn)行能力[12]，衛(wèi)星遙感技術(shù)全面進(jìn)入國(guó)家主要污染物總量減排、流域和區(qū)域污染防治、生態(tài)保護(hù)及環(huán)境應(yīng)急等環(huán)保主體工作，在環(huán)境保護(hù)、環(huán)境管理與決策方面發(fā)揮了重要作用，成為環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中不可缺少的重要數(shù)據(jù)源。如每日對(duì)太湖、巢湖和滇池藍(lán)藻水華進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為防范水體藍(lán)藻水華爆發(fā)提供了宏觀動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)手段；每日對(duì)全國(guó)秸稈焚燒火點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為保障上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)、西安園博會(huì)、APEC峰會(huì)和G20峰會(huì)等重要國(guó)際會(huì)議的環(huán)境空氣質(zhì)量提供了快捷有效的技術(shù)支持；先后對(duì)全國(guó)近400個(gè)自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模核查，為生態(tài)監(jiān)管提供了客觀可靠的信息支撐；為應(yīng)對(duì)環(huán)境突發(fā)事件，開(kāi)展了大連海上溢油、松花江化學(xué)品桶打撈、玉樹(shù)地震、舟曲泥石流、北方沙塵暴和黃海海域滸苔等遙感應(yīng)急監(jiān)測(cè)和評(píng)估；為加強(qiáng)核安全監(jiān)管，對(duì)大亞灣和田灣等核電站溫排水情況進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)。此外，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)還應(yīng)用于全國(guó)生態(tài)環(huán)境10年變化(2000～2010年)遙感調(diào)查與評(píng)估等國(guó)家重大工程項(xiàng)目中，帶動(dòng)了全國(guó)環(huán)保系統(tǒng)環(huán)境遙感應(yīng)用及水平提升。

隨著中國(guó)衛(wèi)星環(huán)境監(jiān)測(cè)能力迅速提升和自主環(huán)境遙感應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展，新時(shí)期環(huán)境保護(hù)工作對(duì)遙感的需求將大幅增加[12]， 比如《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見(jiàn)》等國(guó)家重要文件的發(fā)布，使得環(huán)保工作對(duì)衛(wèi)星遙感技術(shù)提出了更高的需求，特別是土壤污染遙感監(jiān)測(cè)，其研究和應(yīng)用都比較少，并存在很大的困難。目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)水環(huán)境方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)葉綠素a、懸浮物、透明度、溢油和水華等遙感監(jiān)測(cè)，大氣方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溶膠、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳和甲烷等遙感監(jiān)測(cè)，生態(tài)方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)土地覆蓋、植被覆蓋度、葉面積指數(shù)、土壤水分、蒸散、地表溫度和干旱等遙感監(jiān)測(cè)，但還有很多應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)需要攻關(guān)，其系統(tǒng)化和業(yè)務(wù)化應(yīng)用的程度還有待提高，因此有必要對(duì)新時(shí)期衛(wèi)星環(huán)境遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問(wèn)題進(jìn)行梳理，分析和展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，提高環(huán)境遙感應(yīng)用水平。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在大氣環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

衛(wèi)星遙感技術(shù)在大氣環(huán)境中主要應(yīng)用于氣溶膠光學(xué)厚度、顆粒物、灰霾、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、甲烷、秸稈焚燒和沙塵等全國(guó)重點(diǎn)城市群空氣質(zhì)量、污染氣體和溫室氣體遙感監(jiān)測(cè)，目前已在環(huán)保部實(shí)現(xiàn)日常業(yè)務(wù)運(yùn)行，下面以灰霾、秸稈焚燒和污染氣體遙感監(jiān)測(cè)為例分別進(jìn)行介紹。圖1是環(huán)保部衛(wèi)星中心采用國(guó)外TERRA/AQUA-MODIS數(shù)據(jù)，對(duì)2016年9月26日京津冀地區(qū)的灰霾分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由圖1可知MODIS數(shù)據(jù)可以很好地反映灰霾的空間分布情況。圖2是環(huán)保部衛(wèi)星中心采用2010年6月25日MODIS數(shù)據(jù)對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)的秸稈焚燒情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以看出，當(dāng)日秸稈焚燒火點(diǎn)主要分布在長(zhǎng)三角蘇北地區(qū)。

圖1 2016年9月26日京津冀及周邊地區(qū)灰霾遙感監(jiān)測(cè)

圖2 2010年6月25日長(zhǎng)三角地區(qū)秸稈焚燒火點(diǎn)分布衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

環(huán)保部衛(wèi)星中心基于2014年12月的AURA衛(wèi)星OMI數(shù)據(jù)L2級(jí)Grid產(chǎn)品，對(duì)京津冀地區(qū)污染氣體的分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖3所示，由圖3可知二氧化硫和二氧化氮分布呈西北低東南高的特點(diǎn)，這與周春艷等[13]基于OMI數(shù)據(jù)分析的京津冀城市群2005～2014年NO2變化情況相符，此外，其研究還發(fā)現(xiàn)2005～2011年NO2逐漸升高，2012～2014年逐漸降低，以2014年下降最為顯著，這可能與國(guó)家發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》后采取一系列的防治措施有關(guān)，也反映了防治的成效顯著。周春艷等[14]還利用OMI對(duì)流層NO2垂直柱濃度產(chǎn)品分析了“十二五”期間京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角三大城市群對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化，結(jié)果表明，京津冀濃度最高，呈西北低東南高的趨勢(shì)；長(zhǎng)三角次之，呈中間高、北部次之、南部低的趨勢(shì)；珠三角最低，呈中間高、周邊低的趨勢(shì)。相比2010年NO2排放量，2015年3個(gè)區(qū)域分別下降24.74%、27.73%和26.28%。

未來(lái)，針對(duì)大氣污染防治工作，還需利用大氣激光雷達(dá)等主被動(dòng)、紫外、紅外、偏振、多角度、高光譜、高時(shí)間和大幅寬等遙感技術(shù)，結(jié)合地基觀測(cè)、大氣模式和數(shù)據(jù)同化等手段，建立近地表大氣顆粒物濃度遙感反演模型及灰霾遙感監(jiān)測(cè)方法、全國(guó)秸稈焚燒火點(diǎn)分布及生態(tài)影響遙感監(jiān)測(cè)方法、污染氣體高精度遙感反演方法、港口/船舶大氣污染遙感監(jiān)測(cè)方法、全球和重點(diǎn)區(qū)域溫室氣體遙感監(jiān)測(cè)方法等，開(kāi)展大氣環(huán)境質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)和預(yù)警等工作。

圖3 2014年12月京津冀地區(qū)二氧化硫和二氧化氮衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)分布

2 衛(wèi)星遙感技術(shù)在水環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

衛(wèi)星遙感技術(shù)在水環(huán)境中主要應(yīng)用于水質(zhì)、水華、水表溫度、熱污染、赤潮、溢油和核電廠溫排水等大型內(nèi)陸水體/飲用水源地、城市黑臭水體和近海遙感監(jiān)測(cè)，目前已在環(huán)保部實(shí)現(xiàn)日常業(yè)務(wù)運(yùn)行，下面以水質(zhì)、溢油和核電廠溫排水遙感監(jiān)測(cè)為例分別進(jìn)行介紹。圖4是環(huán)保部衛(wèi)星中心基于2014年11月4日高分一號(hào)衛(wèi)星寬覆蓋數(shù)據(jù)對(duì)太湖水質(zhì)的遙感監(jiān)測(cè)示例，可以看出，葉綠素a濃度在空間上分布比較均勻，但在北部和南部部分區(qū)域濃度較其他區(qū)域高。南部區(qū)域的懸浮物濃度偏高，北部部分區(qū)域濃度較高，西部普遍比東部區(qū)域濃度高。南部區(qū)域的透明度偏低，北部部分區(qū)域較高，東部普遍比西部區(qū)域高。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分為中度富營(yíng)養(yǎng)和重度富營(yíng)養(yǎng)2級(jí)[15]。圖5是環(huán)保部衛(wèi)星中心利用Radarsat SAR影像，對(duì)2010年7月26日的渤海溢油提取，提取的油膜區(qū)域大小為291 km2[11]。圖6是環(huán)保部衛(wèi)星中心基于2012年11月6日的HJ-1B數(shù)據(jù)對(duì)大亞灣核電廠溫排水進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，可以明顯看出核電廠周邊海域的溫升情況，為國(guó)家的核安全監(jiān)管提供重要技術(shù)支持[10]。

未來(lái)，針對(duì)水污染防治工作，還需利用主被動(dòng)、紫外、紅外、多角度、高空間、高光譜、高時(shí)間和大幅寬等遙感技術(shù)，結(jié)合地基觀測(cè)和數(shù)據(jù)同化等手段，建立大型水體水華、水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)方法、城市黑臭水體高精度遙感監(jiān)測(cè)方法、典型水污染源遙感監(jiān)測(cè)、飲用水源地風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別及安全評(píng)價(jià)等，開(kāi)展水環(huán)境質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)和預(yù)警等工作。

圖4 2014年11月4日太湖水質(zhì)高分一號(hào)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

圖5 2010年7月26日渤海溢油SAR遙感監(jiān)測(cè)

圖6 2012年11月6日大亞灣核電站溫排水遙感監(jiān)測(cè)

3 衛(wèi)星遙感技術(shù)在土壤環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

環(huán)保工作中，對(duì)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是土壤污染，但其研究和應(yīng)用還很少，也多集中在實(shí)驗(yàn)室、地面和機(jī)載觀測(cè)，且面臨諸多的困難。雖然個(gè)別研究表明了衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤污染的可行性，例如王璐等[16]根據(jù)傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)，將原始土壤光譜曲線轉(zhuǎn)換為模擬的TM和ASTER工作波段，利用該波段估算重金屬含量，結(jié)果表明，多光譜數(shù)據(jù)具有估算土壤重金屬元素含量的潛力，TM的第3波段和ASTER的第2、4、5波段是預(yù)測(cè)土壤重金屬含量最佳波段。蔡?hào)|全等[17]選擇山東省龍口市2013年10月三景HSI高光譜遙感影像，結(jié)合實(shí)地采樣檢測(cè)的土壤重金屬含量數(shù)據(jù)，建立土壤重金屬含量與高光譜數(shù)據(jù)的偏最小二乘回歸模型，反演龍口污水灌溉區(qū)土壤重金屬(Cu、Mn、Ni、Pb和As)含量，結(jié)果較好。但土壤中重金屬含量相對(duì)較低，在衛(wèi)星遙感影像上的信號(hào)較弱，所以監(jiān)測(cè)效果還是不理想。

目前土壤環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用較多的是在土壤水分、蒸發(fā)、干旱和地表溫度等方面，主要利用可見(jiàn)近紅外、短波紅外、熱紅外和微波技術(shù)等。圖7是陳晶等[18]采用2008年7月11日甘肅黑河流域的雙極化Envisat-ASAR數(shù)據(jù)，基于高級(jí)積分方程模型，提出一種僅需雙極化的雷達(dá)數(shù)據(jù)就能實(shí)現(xiàn)土壤水分的反演方法，該法無(wú)需測(cè)量地面粗糙度，尤其適用于大面積干旱區(qū)域的地表土壤水分反演，Zhao等[19]也改進(jìn)提出一個(gè)不依賴(lài)地面先驗(yàn)知識(shí)，僅需相鄰時(shí)相同雙極化的半經(jīng)驗(yàn)雷達(dá)散射模型，可快速監(jiān)測(cè)裸土土壤水分。

圖7 ASAR影像雙極化數(shù)據(jù)反演裸土土壤含水量(陳晶等,2013)

短波紅外波段和近紅外波段的組合可以很好地反映土壤干旱情況，Zhao等[20]基于MODIS的第2、6和7波段構(gòu)建的短波紅外水分脅迫指數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)寧夏平原的干旱情況，如圖8所示，該指數(shù)越大，表明越干旱，從圖中可以看出，當(dāng)天寧夏的中西部較為干旱，北部為黃河灌溉區(qū)較濕潤(rùn)，這與實(shí)際情況較為相符。

圖8 MODIS影像2008年9月18日的寧夏平原干旱指數(shù)遙感監(jiān)測(cè)分布

未來(lái)，針對(duì)土壤污染防治工作，還需利用可見(jiàn)光、紅外、高光譜、高空間、高時(shí)間和大幅寬等衛(wèi)星遙感技術(shù)，特別是高軌環(huán)境衛(wèi)星，結(jié)合地面試驗(yàn)、模型模擬和仿真分析等手段，優(yōu)化構(gòu)建土壤污染遙感監(jiān)測(cè)的敏感波段，建立全國(guó)土壤污染場(chǎng)地/污染源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估、設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤污染監(jiān)測(cè)與評(píng)估、礦產(chǎn)資源集中開(kāi)采區(qū)土壤污染監(jiān)測(cè)與分析、城市及其周邊區(qū)域土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等模型方法，開(kāi)展土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)估等工作。

4 衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境中主要應(yīng)用于土地利用分類(lèi)、植被覆蓋、生境信息和地表溫度等自然保護(hù)區(qū)人類(lèi)活動(dòng)干擾、生物多樣性、礦山開(kāi)發(fā)環(huán)境破壞、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和城市生態(tài)環(huán)境等遙感監(jiān)測(cè)方面，目前已在環(huán)保部實(shí)現(xiàn)日常業(yè)務(wù)運(yùn)行，下面以自然保護(hù)區(qū)人類(lèi)活動(dòng)干擾、城市熱島遙感監(jiān)測(cè)為例分別進(jìn)行介紹。圖9是環(huán)保部衛(wèi)星中心基于2013年12月10日與2014年8月1日的高分一號(hào)衛(wèi)星8 m分辨率多光譜數(shù)據(jù)，對(duì)該自然保護(hù)區(qū)的人類(lèi)活動(dòng)情況進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，并以2013年12月10日的數(shù)據(jù)為參照，利用2014年8月1日的影像對(duì)新增人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明保護(hù)區(qū)人類(lèi)活動(dòng)增加明顯，包括居民點(diǎn)、人工設(shè)施和采石場(chǎng)3類(lèi)，各功能區(qū)均有新增人類(lèi)活動(dòng)，主要在實(shí)驗(yàn)區(qū)，保護(hù)區(qū)內(nèi)工礦面積在2014年有縮減[15]。圖10是環(huán)保部衛(wèi)星中心采用2008年HJ-1B衛(wèi)星的熱紅外數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)北京市城市熱島效應(yīng)分布情況，可以看出，北京城區(qū)熱島效應(yīng)明顯，中心城區(qū)熱島強(qiáng)度較高，從中心城區(qū)向城外逐漸減弱，這與實(shí)際情況較為相符[10]。

未來(lái)，針對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估工作，還需利用可見(jiàn)光、紅外、高空間、高時(shí)間、高光譜和大幅寬等遙感技術(shù)，結(jié)合地面試驗(yàn)、過(guò)程模型和數(shù)據(jù)同化等手段，建立地物精細(xì)化分類(lèi)、生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)高精度反演、生物多樣性監(jiān)測(cè)、生態(tài)紅線監(jiān)管、生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)承載力遙感評(píng)價(jià)等模型方法，開(kāi)展生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估等工作。

圖9 內(nèi)蒙西鄂爾多斯國(guó)家自然保護(hù)區(qū)人類(lèi)活動(dòng)干擾高分1號(hào)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)圖

圖10 2008年10月10日北京城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度分布

5 結(jié)束語(yǔ)

雖然衛(wèi)星遙感技術(shù)在中國(guó)的環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但面對(duì)當(dāng)前我國(guó)總體依然嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)，諸如一些重點(diǎn)流域、海域水污染嚴(yán)重，部分區(qū)域和城市大氣灰霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)主要污染物排放量超過(guò)環(huán)境容量、農(nóng)村土壤污染嚴(yán)重等突出的環(huán)境問(wèn)題，目前衛(wèi)星遙感還存在土壤污染高精度反演、顆粒物高精度反演、城市黑臭水體高精度監(jiān)測(cè)、高光譜數(shù)據(jù)快速處理、雷達(dá)數(shù)據(jù)快速處理、多尺度影像處理、天地一體化數(shù)據(jù)同化和信息協(xié)同處理技術(shù)、遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)技術(shù)、高精度幾何校正、輻射校正、大氣校正技術(shù)、多源生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)同化、異構(gòu)環(huán)境數(shù)據(jù)協(xié)同建模、星地環(huán)境數(shù)據(jù)融合與挖掘等系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，以及國(guó)產(chǎn)環(huán)境專(zhuān)用衛(wèi)星和載荷缺乏、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)嚴(yán)重滯后等不足。

未來(lái)5～10年，環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)將進(jìn)入一個(gè)高分辨率、多層、立體、多角度、全方位和全天候?qū)Φ赜^測(cè)的新時(shí)代?？臻g對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)將向集成一體化、全方位、精細(xì)化和主被動(dòng)綜合觀測(cè)等方向發(fā)展，環(huán)境遙感衛(wèi)星將向高、中、低軌道并存，載荷系統(tǒng)向?qū)I(yè)化、多樣化和智能化方向發(fā)展，數(shù)據(jù)資源將更加豐富。定量遙感技術(shù)將不斷深入，環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)將向天空地協(xié)同、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方向發(fā)展，高精度遙感模型與參數(shù)反演、遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)、遙感數(shù)據(jù)與地球系統(tǒng)模式同化等是未來(lái)研究的前沿[21]。環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)將向大數(shù)據(jù)管理的云計(jì)算和云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)發(fā)展，環(huán)境遙感應(yīng)用將向業(yè)務(wù)化和實(shí)用化方向發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星的不斷發(fā)射，特別是我國(guó)高分系列衛(wèi)星、空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的環(huán)境監(jiān)測(cè)系列衛(wèi)星的發(fā)射，衛(wèi)星遙感技術(shù)在我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛，其將進(jìn)一步推廣到環(huán)境預(yù)警預(yù)測(cè)、綜合評(píng)估、環(huán)境決策和定量考核等更深入的應(yīng)用，為國(guó)家環(huán)境管理和決策提供更重要的信息服務(wù)。

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趙少華 男，(1980—)，高級(jí)工程師，北京大學(xué)博士后?，F(xiàn)任環(huán)保部衛(wèi)星中心綜合部副主任、中心學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國(guó)電子學(xué)會(huì)遙感遙測(cè)遙控分會(huì)委員會(huì)委員、中國(guó)遙感應(yīng)用學(xué)會(huì)光學(xué)遙感專(zhuān)委會(huì)委員等，主要從事環(huán)境遙感研究，擔(dān)任Remote sensing of environment等期刊審稿人。曾主持國(guó)家自然科學(xué)基金、高分重大專(zhuān)項(xiàng)課題等，榮獲國(guó)家、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng)，出版專(zhuān)著1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80篇。

劉思含 女，(1983—)，博士，高級(jí)工程師，主要從事定量遙感等研究。擔(dān)任中國(guó)遙感應(yīng)用學(xué)會(huì)環(huán)境遙感協(xié)會(huì)委員。曾主持全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目課題等。目前已獲授權(quán)專(zhuān)利2項(xiàng)，合作出版專(zhuān)著6部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文12篇。

Application and Development of Satellite Remote Sensing Technology in China Environmental Protection in New Period

ZHAO Shao-hua,LIU Si-han,MAO Xue-jun,WU Yan-ting,YANG Yi-peng

(SatelliteEnvironmentalCenter,MinistryofEnvironmentalProtection,StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofSatelliteRemoteSensing,Beijing100094,China)

The satellite remote sensing technology has been widely applied and plays an important role in environmental protection work in China,and the operational applications have been achieved by using HJ-1 and GF-1 satellites.In view of the characteristics of environmental protection work in new period in China,this paper analyzes the applications of satellite remote sensing technology in the atmospheric environment,water environment,soil environment and ecological environment,and puts forward the future development trends.The development of high-resolution satellite remote sensing technology and the launch of high-resolution earth observation system satellites in China will promote significantly the quantification and refinement level of environmental monitoring in China.

atmospheric environment;water environment;soil environment;ecological environment;high resolution

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.03.01

趙少華,劉思含,毛學(xué)軍,等.新時(shí)期我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].無(wú)線電工程,2017,47(3):1-7.

2016-12-18

國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專(zhuān)項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(E05-Y30B02-9001-13/15-1)。

TP79

A

1003-3106(2017)03-0001-07