高空監(jiān)測自然災害

尹懷勤

7月19日，我國環(huán)境一號A／B星及長征二號丙改進型火箭順利通過出廠審定，即將執(zhí)行一箭雙星發(fā)射任務。這兩顆衛(wèi)星是我國“環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座”的光學衛(wèi)星，除了具有高時間分辨率外，還有超光譜成像等技術創(chuàng)新點。衛(wèi)星入軌后，將大大提高我國對環(huán)境生態(tài)變化、自然災害發(fā)生和發(fā)展過程監(jiān)測的能力。聯(lián)想到震驚中外的汶川大地震，人們不禁要問：用衛(wèi)星監(jiān)測自然災害的作用何在呢?

衛(wèi)星監(jiān)測的獨特優(yōu)勢

眾所周知，地球上每年都發(fā)生諸如臺風、風暴潮、洪水、干旱、地震、滑坡、泥石流、冰雹、霜凍、病蟲害和森林大火等自然災害，威脅著人類的安全。我國既是一個幅員遼闊、人口眾多的大國，又是一個自然災害多發(fā)的國家。因此，采取措施有效減災對于保障人民生命和社會財富安全具有十分重要的意義。

目前人類還不能控制和消除自然災害，但已有能力利用航天高科技手段來監(jiān)測、預報自然災害，為及時采取相應措施提供依據以減輕災害帶來的損失。世界上不少國家利用多種衛(wèi)星在減災方面取得了大量的實際成果。如1986年7號臺風襲擊我國東南部沿海地區(qū)時，由于氣象衛(wèi)星提前72小時給出預報，各地政府和群眾采取相應措施，使此次災害減少損失達10多億元。

在空間技術日臻成熟的今天，利用衛(wèi)星監(jiān)測地球是一種最經濟、能取得最好效果的手段。根據主要監(jiān)測對象的不同，可分為氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星和國土普查衛(wèi)星等。綜合這些衛(wèi)星提供的大量遙感圖像資料，加上衛(wèi)星特有的快速、大面積重點連接觀測的優(yōu)點，就可以嚴密監(jiān)測地面的一切自然變異，為減災救災提供可靠信息。這是其他手段無法達到的。

毋庸置疑，災害信息還應包括災害發(fā)生的地理位置，為預報災害出現(xiàn)的具體地點和指揮防災抗災、減災救災提供依據。雖然多種衛(wèi)星的遙感圖像資料可以預報災害發(fā)生的地理位置，但定位精度只能滿足一般要求。為了定位精度更高，能給出災害具體位置，就需采用美國的導航星全球定位系統(tǒng)、俄羅斯的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)和我國的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

一旦出現(xiàn)災難后，災情上報與指揮調度就成為救災減災的重要保障條件。此時的通信聯(lián)系一般以數據和話音雙向通信為主。在地面通信線路遭到破壞的情況下，為保證通信暢通，應主要依靠衛(wèi)星通信，而以地面微波中繼通信和短波通信作為輔助手段。通過通信衛(wèi)星不僅能向各地電視臺播放災害新聞，而且能取得與奔赴災區(qū)的車載移動通信站的聯(lián)系，保證救災人員與指揮部的通信暢通。

當然，上述各種衛(wèi)星功能的發(fā)揮，都離不開地面應用系統(tǒng)的配合。為使讀者能夠了解這些基本原理，下面我們用衛(wèi)星抗震救災的具體事例加以說明。

救災中發(fā)揮重要作用

5月12日四川汶川發(fā)生8級地震后，我國啟動衛(wèi)星管理應急模式，動用9種型號15顆衛(wèi)星為救援行動提供技術支持，顯示了航天技術在抗震救災中的重要作用。

北斗星確保導航定位地震后通信和道路中斷，災區(qū)失去了和外界的聯(lián)系。當首批武警官兵到達重災區(qū)后，便使用北斗用戶終端機，通過北斗導航定位衛(wèi)星，連夜陸續(xù)發(fā)回實時災情數據，讓指揮部掌握了第一手資料。在地震當日下午，中國衛(wèi)星導航定位應用管理中心即緊急調撥1000臺北斗用戶終端機贈給一線救援部隊，成為指揮部和前方救援人員最有力的通信助手。北斗星是靜止軌道衛(wèi)星，猶如掛在空中的燈塔。由2顆工作星和1顆備份星組成的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，為緊急救援提供了時效保障。

鑫諾星保障災區(qū)通信廣大觀眾從電視上了解地震新聞和信息，都是通過鑫諾一號、二號等靜止軌道通信廣播衛(wèi)星開通的電視傳輸通道而實現(xiàn)的。管理這些衛(wèi)星的中國直播衛(wèi)星有限公司，在地震后為多家電視媒體開通14個臨時電視傳輸通道，并及時為中國聯(lián)通、武警部隊等用戶緊急提供了衛(wèi)星資源和擴容寬帶資源。與此同時，公司設法調整內部資源，準備了轉發(fā)器帶寬，滿足了11輛中國移動應急通信車奔赴災區(qū)現(xiàn)場使用的需求。這使汶川、茂縣、綿陽等重災區(qū)迅速恢復了衛(wèi)星電話聯(lián)系。開進北川等地區(qū)的應急通信車，保障了抗震救災的通信暢通。

資源星提供監(jiān)測資料為了對比地震前后的圖像和實時監(jiān)測災情，這次動用了中巴資源衛(wèi)星一號02、02B和中國資源衛(wèi)星二號03三顆太陽同步軌道衛(wèi)星。超期服役的中巴資源一號02星是2003年10月21日發(fā)射升空的，本已停止工作，5月13日9時被重新啟動后，才實現(xiàn)了3星協(xié)同運行，滿足了監(jiān)測要求。其后，衛(wèi)星應用中心每天安排1顆資源衛(wèi)星經過災區(qū)上空并成像，地面工作人員及時把衛(wèi)星下傳數據處理出影像圖，為救災工作提供了決策參考資料。資源衛(wèi)星圖片不僅發(fā)現(xiàn)了多處滑坡和堰塞湖，而且為防止次生災害提供了技術服務。有專家指出，衛(wèi)星監(jiān)測數據顯示，汶川地震使其所在的龍門山升高了9米，說明龍門山造山運動仍在進行，這是非常值得重視的科學問題。另外，對地觀測的北京一號小衛(wèi)星也傳回大量地震影像，為恢復災區(qū)道路、評估災害損失提供了寶貴資料。

氣象星觀測災區(qū)風云掌握氣象變化情況對震后救援工作非常重要。為此，國家衛(wèi)星氣象中心通過風云一號D太陽同步軌道氣象衛(wèi)星和風云二號C和D兩顆靜止軌道氣象衛(wèi)星發(fā)回地面的資料，仔細分析災區(qū)氣象情況，及時為救援工作提供氣象服務。

風云二號兩顆衛(wèi)星可對災區(qū)連續(xù)進行氣象觀測，實時將資料發(fā)回地面。地面指令兩星啟動加密預案，它們每隔15分鐘交替提供1張衛(wèi)星云圖，為災區(qū)氣象部門提供了更加準確的監(jiān)測數據。此外，地震發(fā)生后，我國還得到了歐洲空間局和美國、日本、加拿大等國的衛(wèi)星數據資料，幫助震區(qū)救災，充分體現(xiàn)了國際空間合作的重要性。

值得期待的兩顆新星

監(jiān)測自然災害，除了前面講過的幾種衛(wèi)星以外，有的國家還使用裝有合成孔徑雷達的微波遙感衛(wèi)星，簡稱雷達衛(wèi)星。這種衛(wèi)星具有全天候對地觀測能力，特別適于對自然災害的監(jiān)測，故又將其稱為“減災衛(wèi)星”。

我國已經使用飛機裝載合成孔徑雷達監(jiān)測災情，并取得良好效果。不過，當受災面積比較大時，使用這種航空遙感的辦法，飛機就得多次起降，工作周期為10天的循環(huán)監(jiān)測便顯得費用過高，很不經濟。為此，21世紀初，我國成功地研制出星載合成孔徑雷達，并實現(xiàn)了對地成像。

兩顆新星的有效載荷，可以說既有可見光遙感器，又有微波遙感器，是兩者的綜合裝置。星載可見光的應用雖有局限性，但也有明顯優(yōu)點。如探測云圖和植被通常采用0.58～0.68微米譜段的可見光，探測火情則用355～393微米譜段的中紅外，合成孔徑雷達就難以完成這些任務。星載合成孔徑雷達微波遙感器卻能利用微波穿透云層和一定地表深度的能力，根據介電常數與雷達回波強度的關系，可探測出地表層下一定深度的土壤水分等情況，還彌補了可見光與紅外遙感器不能進行全天候對地觀測的不足。綜合利用這兩類星載遙感器，能夠獲得精度較高的監(jiān)測數據，從中提取更多的有用信息，為減災提供更有效的技術支持。

環(huán)境一號A／B星投入使用后，可獲得高時間分辨率、中等空間分布率的對地觀測數據，對我國大部分地區(qū)可實現(xiàn)每天一次重復觀測，將大大緩解目前對地觀測數據緊缺局面。衛(wèi)星數據不僅能為環(huán)境與減災業(yè)務運行系統(tǒng)提供重要保障，還將成為很多部門日常業(yè)務的重要數據源。基于環(huán)境衛(wèi)星數據建立的環(huán)境與減災應用系統(tǒng)，對推動遙感衛(wèi)星業(yè)務服務具有重要的示范作用。就汶川震后的恢復重建來說，兩顆新星就可對震區(qū)地殼變化情況進行調查，為新的大型建筑和重要交通線路選址提供寶貴資料。

環(huán)境一號A／B星還將對推動我國遙感衛(wèi)星國際合作以及在國際衛(wèi)星相關事務等方面具有非常重要的作用。不難想象，待我國“環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座”建成后，該星座系統(tǒng)的作用將會更為巨大。按照預定計劃，由8顆衛(wèi)星組成的“環(huán)境與災害監(jiān)測小衛(wèi)星星座”具有高時間分辨率和全天候的觀測能力，能夠及時準確地對自然災害、環(huán)境污染和生態(tài)情況進行大范圍、連續(xù)動態(tài)監(jiān)測。

責任編輯龐云