衛(wèi)星遙感技術在環(huán)境保護中的應用：進展、問題及對策

楊 一 鵬，韓 福 麗，王 橋，蔣 衛(wèi) 國

衛(wèi)星遙感技術在環(huán)境保護中的應用：進展、問題及對策

楊 一 鵬1，韓 福 麗2，王 橋1，蔣 衛(wèi) 國3

（1.環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心，北京 100094;2.武警北京指揮學院科技教研室，北京 100012;3.北京師范大學環(huán)境演變與自然災害教育部重點實驗室，北京 100875）

從國家環(huán)境保護管理對衛(wèi)星遙感技術的需求入手，主要論述了水環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測技術進展情況，介紹了環(huán)境一號衛(wèi)星工作進展以及已開展的環(huán)境遙感基礎研究及應用示范工作現(xiàn)狀;從環(huán)境遙感監(jiān)測專用衛(wèi)星載荷、應用關鍵技術及業(yè)務化應用系統(tǒng)建設等方面指出了衛(wèi)星遙感技術在我國環(huán)保應用中面臨的主要問題，并針對性地提出了環(huán)境遙感監(jiān)測與應用方面的對策和建議。

衛(wèi)星遙感;環(huán)境保護;水環(huán)境;大氣環(huán)境;生態(tài)環(huán)境

0 引言

隨著全球環(huán)境問題日益突出，環(huán)境災害與環(huán)境事故頻發(fā)，衛(wèi)星遙感技術在環(huán)境監(jiān)測與管理中得到大量應用，在環(huán)境保護中發(fā)揮的作用受到國際社會的高度重視。美國、日本及歐洲的一些國家近年來都在大力發(fā)展環(huán)境遙感監(jiān)測技術。目前在軌運行的和計劃發(fā)展的國內外衛(wèi)星傳感器提供數(shù)據(jù)的空間分辨率已從公里級發(fā)展到亞米級，重復觀測頻率從月周期發(fā)展到幾小時，光譜波段跨越了可見光、紅外到微波，光譜分辨率從多波段發(fā)展到超光譜，遙感數(shù)據(jù)獲取技術正走向實時化和精確化，衛(wèi)星遙感應用正在向定量化和業(yè)務化快速發(fā)展［1］。

當前，我國環(huán)境監(jiān)測任務十分繁重，特別是對基于衛(wèi)星遙感技術的環(huán)境遙感監(jiān)測有著迫切需求。1）水環(huán)境質量遙感監(jiān)測方面，需要監(jiān)測淮河、海河、遼河、松花江、三峽庫區(qū)、太湖、滇池、巢湖等流域和湖泊的水質環(huán)境，需要監(jiān)測渤海、東海、長江口、珠江口等重點海域和河口地區(qū)水質環(huán)境，需要開展飲用水源地水土保持、水源涵養(yǎng)、面源污染遙感監(jiān)測，調查和監(jiān)控有毒有害物質的工業(yè)污染源及工業(yè)污水排放口。2）大氣環(huán)境質量遙感監(jiān)測方面，需要監(jiān)測京津冀、長三角、珠三角三大區(qū)域以及遼寧中部、山東半島、武漢城市群、長株潭、成渝、臺灣海峽西岸六大城市群大氣污染，對重工業(yè)區(qū)的二氧化硫和氮氧化物排放進行遙感監(jiān)測，對大中城市及其近郊酸雨污染嚴重和大氣二氧化硫排放量較大的重點污染源進行遙感監(jiān)控，對煙塵排放濃度高的火電廠進行遙感監(jiān)測，對有毒廢氣污染源進行遙感核查。3）生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測方面，需要對區(qū)域和流域生態(tài)環(huán)境變化進行動態(tài)監(jiān)測，對全國和重點區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量進行定期評價。如對自然保護區(qū)、重要水源涵養(yǎng)區(qū)、防風固沙區(qū)、水土保持區(qū)、重要物種資源集中分布區(qū)等國家重點生態(tài)功能保護區(qū)以及天然林保護、草原植被恢復、退耕還林、防沙治沙等生態(tài)治理工程進行動態(tài)監(jiān)測，對重點區(qū)域和流域土壤環(huán)境、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境進行遙感調查。4）重大環(huán)境災害與事故遙感監(jiān)測方面，需要監(jiān)測地震、滑坡、泥石流、干旱、洪澇、雪災等重大自然環(huán)境災害，需要對水華暴發(fā)、沙塵暴、化學品泄漏、赤潮、海上溢油等重大環(huán)境事故進行監(jiān)測，跟蹤調查重大環(huán)境災害及事故的發(fā)生、發(fā)展過程，并綜合應用3S技術對重大環(huán)境災害、事故危害及影響程度進行全面評估，對環(huán)境災害及事故恢復重建進行跟蹤監(jiān)測。5）國家及地方重大工程項目環(huán)境影響遙感監(jiān)測方面，需要監(jiān)測三峽工程、南水北調工程、青藏鐵路工程、西氣東輸工程、京滬高鐵工程等重大工程的環(huán)境影響及其變化，并綜合應用3S技術進行環(huán)境評價。6）全球環(huán)境變化遙感監(jiān)測方面，需要開展二氧化碳、甲烷等溫室氣體以及碳通量、碳平衡等監(jiān)測，及時反映全球變化敏感區(qū)域的環(huán)境動態(tài)變化，為國家參與國際溫室氣體減排、碳貿(mào)易談判以及履行《聯(lián)合國氣候變化公約》、《京都議定書》規(guī)定的各項義務提供技術支撐。由此可見，衛(wèi)星遙感技術在我國環(huán)境監(jiān)測管理與實際的應用范圍及領域非常廣，是當前環(huán)境保護管理的重要技術手段之一，為我國環(huán)境可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

1 衛(wèi)星遙感技術在環(huán)境保護應用中的主要進展

1.1 水環(huán)境遙感監(jiān)測技術進展

水環(huán)境遙感監(jiān)測技術由于遙感機理不同分為海洋水色衛(wèi)星遙感和內陸水體衛(wèi)星遙感。內陸水體環(huán)境比海洋水體環(huán)境復雜得多，水域面積相對小且污染類型多樣，要求衛(wèi)星遙感有更高的空間分辨率和光譜分辨率。歐美等發(fā)達國家在海洋水色衛(wèi)星遙感方面已開展業(yè)務化運行，監(jiān)測指標主要為葉綠素a、懸浮物、水溫等，代表性的衛(wèi)星平臺和傳感器有美國的 Seastar/SeaWiFS、EOS-TERRA＆AQUA/MODIS及 歐 空 局 的 ENVISAT/MERIS、日 本 的ADEOS/GLI、印度的IRS/OCM 等;在內陸水體衛(wèi)星遙感應用方面處于科研和應用示范階段，尚未達到業(yè)務化運行程度，監(jiān)測指標主要為葉綠素a、懸浮物、可溶性有機物、水溫、透明度等。通常用空間分辨率較高的陸地衛(wèi)星系列，如美國的Landsat/TM系列、法國的 SPOT/HRV 系列、印度的IRS-1/LISS-Ⅲ系列以及高光譜衛(wèi)星如美國的EO-1/Hyperion等［2－4］。我國在海洋水色遙感方面已基本開展業(yè)務化運行，監(jiān)測指標主要為海洋水溫、葉綠素a、懸浮物、海冰等，衛(wèi)星有海洋衛(wèi)星系列的HY-1A、HY-1B和風云衛(wèi)星系列的FY1C和FY1D;在內陸水體衛(wèi)星遙感方面，受高時空分辨率和高光譜分辨率的限制，目前我國主要是利用歐美等發(fā)達國家的陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)［5］。環(huán)境一號衛(wèi)星（HJ-1）、中巴資源衛(wèi)星（CBERS）等國產(chǎn)衛(wèi)星受技術因素限制，對內陸水環(huán)境指標反演效果不甚理想。目前我國內陸水環(huán)境遙感監(jiān)測應主要集中在太湖、巢湖、滇池及三峽庫區(qū)的藍藻水華動態(tài)監(jiān)測。

1.2 大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術進展

20世紀70年代以來，歐美等發(fā)達國家在使用衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測大氣氣溶膠、臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）、二 氧 化 氮 （NO2）、二 氧 化 碳 （CO2）、甲 烷（CH4）等氣體的光學厚度和濃度方面取得了顯著進展。在大氣氣溶膠、O3、沙塵暴監(jiān)測等方面基本達到業(yè)務化應用程度，在SO2、NO2、CO2、CH4、CO 等污染氣體監(jiān)測方面正在進行科學研究和應用示范?？傮w看，由于這些物理量的成分較小，且波譜特征較為簡單，衛(wèi)星遙感對大氣污染參數(shù)監(jiān)測能力較弱，多數(shù)偏重于氣溶膠、溫度、濕度等氣象參數(shù)以及O3、CH4等溫室氣體監(jiān)測。但是由于大氣成分監(jiān)測對象在紫外、可見光、紅外波段的吸收特性和對不同波段太陽輻射的差異，綜合利用常規(guī)的可見光、紫外等高光譜遙感，仍然可以較好地實現(xiàn)對大氣環(huán)境的遙感監(jiān)測和分析。用于大氣監(jiān)測的衛(wèi)星傳感器主要有美國的NOAA/AVHRR、EOS-TERRA＆AQUA/MODIS、TERRA/MOPITT 和 歐 空 局 的 ENVISAT/SCIAMACHY、ERS-2/GOME、METOP-1/GOME-2及日本的 ADEOS－Ⅱ/TOMS＆TOVS等［6－8］。我國用于大氣污染監(jiān)測的衛(wèi)星傳感器較少，主要為風云系列氣象衛(wèi)星（FY）和環(huán)境一號衛(wèi)星（HJ-1），可進行氣溶膠、臭氧探測、沙塵暴等監(jiān)測。

1.3 生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測技術進展

近30年來，美國、澳大利亞等國家和聯(lián)合國等國際組織利用多源遙感信息，在土地利用/土地覆蓋分類、生態(tài)環(huán)境質量動態(tài)監(jiān)測和評價、大尺度生態(tài)系統(tǒng)狀況評估、生物物理參數(shù)信息提?。ㄈ缰脖恢笖?shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI、蒸散量ET、初級生產(chǎn)力NPP、地表反照率Albedo、陸地表面溫度LST等）等方面取得了突出成績。生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測通常用空間分辨率較高的陸地衛(wèi)星和傳感器，如美國的Landsat/TM 系列、法國SPOT/HRV 系列、印度IRS－1系列以及高光譜衛(wèi)星如美國的EO-1/ALI等。20世紀90年代以來，美國環(huán)保局（EPA）聯(lián)合有關部門開展了多尺度土地覆蓋項目，建立了以Landsat TM/ETM＋為信息源的國家級一、二級分類的土地覆蓋數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)5年左右周期的動態(tài)更新。聯(lián)合國于2001年6月啟動了千年生態(tài)系統(tǒng)評估項目（MA），其主評估報告在2005年發(fā)布，該項研究綜合利用衛(wèi)星遙感等技術，以生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉為核心，首次在全球尺度上系統(tǒng)、全面地揭示了各類生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化趨勢、未來變化的情景和應采取的對策，對國際社會和許多國家產(chǎn)生了重要影響［9］。我國生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測技術起步相對較晚，但在土地利用/土地覆蓋分類、生態(tài)環(huán)境質量動態(tài)監(jiān)測和評價、大尺度生態(tài)系統(tǒng)狀況評估、生物物理參數(shù)信息提取等方面基本跟上了發(fā)達國家的步伐。首次系統(tǒng)、全面地采用遙感技術進行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評估工作始于1999－2002年開展的中國西部地區(qū)和中東部地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調查，通過采用美國的Landsat/TM系列、法國SPOT/HRV系列、中巴資源衛(wèi)星CBERS系列等多源遙感數(shù)據(jù)進行土地生態(tài)分類、水土流失監(jiān)測，以景觀生態(tài)學的方法進行生態(tài)系統(tǒng)健康評估，并在一些典型的生態(tài)區(qū)/流域開展了區(qū)域生態(tài)評估與脆弱性分析，取得了較好的成效［10］。

2 環(huán)保系統(tǒng)衛(wèi)星遙感工作現(xiàn)狀

2.1 環(huán)境一號衛(wèi)星工作進展情況

環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座系統(tǒng)是我國繼氣象、海洋、資源衛(wèi)星系列之后的新型對地觀測系統(tǒng)。1998年，原國家環(huán)?？偩帧覝p災委、航天科技集團聯(lián)合提出了建立環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座的建議。2002年，國家批準該星座立項。項目計劃第一期建立由2顆光學小衛(wèi)星（HJ-1A、B）和1顆合成孔徑雷達小衛(wèi)星（HJ-1C）組成的“2＋1”星座，簡稱“環(huán)境一號”（代號HJ-1）。此后，計劃采取資源共享和國際合作方式，最終完成由4顆光學小衛(wèi)星和4顆合成孔徑雷達小衛(wèi)星組成的“4＋4”星座;其總體目標是通過建立由多顆小衛(wèi)星組成的星座系統(tǒng)，提高我國環(huán)境與災害監(jiān)測能力，實現(xiàn)大范圍、全天候、全天時、動態(tài)的環(huán)境和災害監(jiān)測。

2008年9月6日，環(huán)境一號A、B衛(wèi)星成功發(fā)射。目前衛(wèi)星運行狀態(tài)良好，A、B衛(wèi)星到達預定軌道位置，環(huán)境一號衛(wèi)星星座系統(tǒng)初步建立，衛(wèi)星搭載的寬覆蓋多光譜可見光相機（CCD）、紅外和高光譜相機運行基本正常，形成了同一地區(qū)兩天覆蓋一次的數(shù)據(jù)獲取能力。環(huán)境一號衛(wèi)星系統(tǒng)初步建立后，隨即開展了環(huán)境一號A、B衛(wèi)星數(shù)據(jù)質量評價和在軌應用測試工作，完成了大型水體水華遙感監(jiān)測、秸稈焚燒遙感監(jiān)測、自然保護區(qū)遙感監(jiān)測、重要生態(tài)功能區(qū)遙感監(jiān)測等應用測試工作。在軌測試結果顯示，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)紋理基本清晰，地物類型影像特征反映較好，數(shù)據(jù)質量較高，在水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面具有一定應用潛力。

目前環(huán)境保護部負責建設的環(huán)境一號衛(wèi)星環(huán)境應用系統(tǒng)工程項目基本完成，國家已批復設立環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心機構。為滿足衛(wèi)星業(yè)務化應用，環(huán)境保護部初步建立了水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境業(yè)務化應用系統(tǒng)。下一步將利用環(huán)境一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)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，對全國焚燒秸稈造成的大氣污染進行動態(tài)監(jiān)測，定期對重點生態(tài)功能區(qū)進行監(jiān)測和評價，不定期對沙塵暴、霧霾等進行監(jiān)測。目前，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心共向50多家單位提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)18 000多景，數(shù)據(jù)量約6.5 T，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。

2.2 已開展的環(huán)境遙感基礎研究工作

水環(huán)境遙感監(jiān)測方面，初步開展了水環(huán)境可遙感指標體系研究，對葉綠素a、懸浮物、有色可溶性有機物、溶解性有機碳、水面溫度、透明度等監(jiān)測指標的光譜特征和規(guī)律進行了研究;初步開展了環(huán)境一號衛(wèi)星在水環(huán)境領域中的應用潛力分析研究;初步開展了水環(huán)境指標（如葉綠素a、懸浮物、水溫）遙感反演與信息提取的技術流程研究。

大氣環(huán)境遙感監(jiān)測方面，初步開展了大氣可遙感指標體系研究，對氣溶膠、懸浮顆粒物、O3、SO2、NO2、CO2、CH4等監(jiān)測指標的光譜特征和規(guī)律進行了研究;初步開展了環(huán)境一號衛(wèi)星在大氣環(huán)境領域中的應用潛力分析研究以及大氣環(huán)境指標（如氣溶膠光學厚度）遙感反演與信息提取的技術流程研究。

生態(tài)遙感監(jiān)測方面，初步開展了生態(tài)環(huán)境可遙感指標體系研究，對地表溫度、土壤含水量、地表蒸散量、地表反照率、歸一化植被指數(shù)、葉面積指數(shù)、植被覆蓋度、初級生產(chǎn)力等監(jiān)測指標的光譜特征和規(guī)律進行了研究;初步開展了環(huán)境一號A、B衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境領域中的應用潛力研究以及土地生態(tài)自動分類技術方法流程研究，開展了生物物理參數(shù)、景觀狀態(tài)參數(shù)等遙感反演與信息提取的技術流程研究。

另外，針對環(huán)境一號衛(wèi)星應用，開展了衛(wèi)星各個傳感器輻射定標、真實性檢驗和輻射傳輸模型研究，總結了可用于環(huán)境一號衛(wèi)星各個傳感器的輻射定標和真實性檢驗的方法以及常用的輻射傳輸模型，探討了環(huán)境一號衛(wèi)星遙感定量化的基礎技術。

2.3 已開展的環(huán)境遙感應用示范工作

進入21世紀以來，我國環(huán)保系統(tǒng)的環(huán)境遙感應用業(yè)務得到了快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術在全國生態(tài)環(huán)境狀況調查、內陸水體水華監(jiān)測、區(qū)域環(huán)境空氣污染監(jiān)測、秸稈焚燒、沙塵暴監(jiān)測以及應對突發(fā)環(huán)境事件等方面取得了突出成績，為國家環(huán)境管理提供了重要決策支持。

水環(huán)境遙感應用示范方面，針對太湖、巢湖、滇池、三峽水庫等內陸水體水華開展了遙感動態(tài)監(jiān)測應用示范，尤其是2008年4－6月每日對太湖藍藻水華進行遙感監(jiān)測，多次上報監(jiān)測結果，得到了國家領導的高度重視。2008年6月底，奧運賽區(qū)青島海域綠藻滸苔大規(guī)模暴發(fā)，嚴重影響了奧運賽區(qū)籌備工作，環(huán)保部門及時利用衛(wèi)星遙感技術動態(tài)監(jiān)測綠藻滸苔發(fā)生、發(fā)展過程，為賽區(qū)海域綠藻滸苔的迅速清理提供了主要參考。另外，還開展了近海海域溢油遙感動態(tài)監(jiān)測工作。

大氣環(huán)境遙感應用示范方面，以北京和南京大氣氣溶膠監(jiān)測為例，開展了城市環(huán)境空氣遙感監(jiān)測與評價應用示范;利用氣象衛(wèi)星、MODIS數(shù)據(jù)等開展了沙塵及沙塵暴動態(tài)監(jiān)測與評估工作;以MODIS數(shù)據(jù)為主開展了全國秸稈焚燒動態(tài)監(jiān)測與評估應用試驗。尤其是2008年奧運會期間、2010年上海世博會和廣州亞運會期間，每日對北京周邊、長三角和珠三角地區(qū)秸稈焚燒情況進行遙感監(jiān)測，為環(huán)境監(jiān)察部門的執(zhí)法工作提供了重要依據(jù)，為保障北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會期間空氣質量做出了應有貢獻。

生態(tài)環(huán)境遙感應用示范方面，自2008年以來先后對300多個國家級自然保護區(qū)內人為活動開展了遙感監(jiān)測和評估，協(xié)助生態(tài)管理部門監(jiān)控自然保護區(qū)內違章建筑，為生態(tài)管理提供了重要技術支持。此外，對青海木里、陜西榆神府礦區(qū)等礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)生態(tài)狀況進行了遙感監(jiān)測和示范，對呼倫貝爾防風固沙生態(tài)功能區(qū)、西藏拉魯濕地、三江源、遼河流域等典型區(qū)進行了生態(tài)遙感監(jiān)測評價和示范。

環(huán)境事件應急遙感應用示范方面，2008年汶川特大地震、2010年舟曲特大滑坡泥石流、2010年西南極端氣象干旱、2011年云南盈江地震和長江中下游重大干旱發(fā)生后，環(huán)保部門利用各種遙感衛(wèi)星開展災區(qū)環(huán)境影響及損毀遙感監(jiān)測與評估、生態(tài)環(huán)境風險遙感評價，及時編制災區(qū)衛(wèi)星圖集，為抗震救災和恢復重建工作提供了重要技術支持。

3 衛(wèi)星遙感技術在我國環(huán)保應用中面臨的主要問題

3.1 環(huán)境遙感監(jiān)測專用衛(wèi)星載荷嚴重匱乏

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)星系列主要是針對大尺度天氣情況監(jiān)測和預報而設計，海洋衛(wèi)星系列主要是針對大尺度海洋水色遙感監(jiān)測和預報而設計，資源衛(wèi)星系列主要是針對國土、礦產(chǎn)等資源調查而設計，這些衛(wèi)星有效載荷雖然部分可用于環(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，但其有效載荷空間分辨率（30～300 m）、時間分辨率（2～4 d）、光譜分辨率不夠高，光譜段設置不夠合理，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（如總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物、SO2、NOX、COD、BOD 等）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(jīng)對環(huán)境管理的效能造成了嚴重制約。

從時間分辨率角度看，環(huán)境應急監(jiān)測要求在0.5～1 d以內，陸域環(huán)境污染動態(tài)監(jiān)測頻率要求在1 d以內，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測頻率要求在5～30 d。目前我國已進入環(huán)境污染事件高發(fā)期，環(huán)境一號衛(wèi)星的重訪周期為2～4 d，尚不能滿足環(huán)境應急監(jiān)測的需要。從空間分辨率角度看，在對河流重污染團、化學危險品泄漏等污染事件進行監(jiān)測時，空間分辨率需要優(yōu)于10 m，而環(huán)境一號衛(wèi)星CCD相機空間分辨率為30 m，超光譜成像儀空間分辨率為100 m，無法很好地表征河段信息，基本上無法提取污染團信息。從光譜和輻射分辨率角度看，環(huán)境遙感監(jiān)測的關鍵是利用遙感數(shù)據(jù)提取水環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等環(huán)境質量狀況和環(huán)境監(jiān)測指標的定量信息，對遙感器輻射和光譜分辨率要求很高，但是環(huán)境一號衛(wèi)星有效載荷定標精度較低、帶寬不夠精細、信噪比較低，在SO2、NOX、O3等大氣環(huán)境指標和COD、BOD等水環(huán)境指標的定量提取方面無能為力。

3.2 環(huán)境遙感監(jiān)測應用關鍵技術研究薄弱

我國環(huán)境遙感應用技術雖自進入21世紀以來得到了快速發(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)測關鍵技術研究薄弱。現(xiàn)有環(huán)境遙感監(jiān)測應用技術研究多表現(xiàn)為經(jīng)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)測實際需要存在很大差距，難以滿足環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化運行的大范圍、多目標、多專題、定量化的需要。

另外，我國環(huán)境遙感應用技術從衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、參數(shù)反演、應用模型研發(fā)、專題數(shù)據(jù)生產(chǎn)到業(yè)務應用系統(tǒng)開發(fā)仍然有許多關鍵技術未能解決。例如，環(huán)境一號衛(wèi)星雖已發(fā)射，但衛(wèi)星業(yè)務化應用的許多關鍵技術如衛(wèi)星高光譜、雷達等圖像處理與信息提取關鍵技術、環(huán)境空氣指標定量遙感反演技術、水環(huán)境指標定量遙感反演技術、生態(tài)環(huán)境指標定量遙感反演技術、突發(fā)性環(huán)境事件應急響應及跟蹤監(jiān)測技術、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)與地面常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)的同化技術、環(huán)境遙感監(jiān)測技術規(guī)范和標準體系等還處于研究和探索階段，衛(wèi)星環(huán)境應用系統(tǒng)研發(fā)工作剛剛起步，這已成為制約我國環(huán)境監(jiān)測和衛(wèi)星業(yè)務化應用發(fā)展的突出問題，如得不到有效解決不僅直接影響環(huán)境一號衛(wèi)星投入使用和運行、貽誤我國環(huán)境遙感監(jiān)測技術的發(fā)展，而且將影響到國家提出的建設天地一體化環(huán)境監(jiān)測體系目標的實現(xiàn)。

3.3 應用系統(tǒng)建設滯后、業(yè)務化程度不高

多年來，我國一直存在“重衛(wèi)星發(fā)射、輕衛(wèi)星應用”的思想，導致有些衛(wèi)星雖然在軌運行，但地面應用系統(tǒng)未建成或尚不健全，嚴重影響了衛(wèi)星社會經(jīng)濟效益的發(fā)揮，造成了很大的資源浪費。針對應用系統(tǒng)建設嚴重滯后這一突出問題，2007年國家發(fā)布的《航天發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中明確提出要初步建成天地統(tǒng)籌、地面協(xié)調的衛(wèi)星地面系統(tǒng)和應用系統(tǒng)，并提出應用衛(wèi)星和衛(wèi)星應用初步實現(xiàn)由試驗應用型向業(yè)務服務型轉變。

經(jīng)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)測與評估業(yè)務流程，但距離環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化運行尚有較大差距。具體表現(xiàn)為：缺乏統(tǒng)一業(yè)務調度、任務驅動的功能，不能滿足環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收、處理、應用、服務一體化管理的需求;缺乏對遙感數(shù)據(jù)幾何精糾正、正射校正、自動化配準、圖像鑲嵌、融合自動化處理功能，不能滿足對多源、多載荷遙感數(shù)據(jù)進行規(guī)?；焖偬幚淼男枨?缺乏對已研究的模型、算法集成的軟件系統(tǒng)，不能滿足快速、規(guī)模化生產(chǎn)土地利用分類、生態(tài)系統(tǒng)分類、生物物理參數(shù)、地表參數(shù)等環(huán)境專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品需求，不能滿足對數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行質量分析和真實性檢驗的需求;缺乏對已研究的環(huán)境特征信息提取模型、算法建立的軟件系統(tǒng)，不能滿足快速、批量化生產(chǎn)環(huán)境遙感應用產(chǎn)品的需求。

4 我國未來環(huán)境遙感發(fā)展的對策與建議

4.1 發(fā)展后續(xù)衛(wèi)星，研發(fā)環(huán)境遙感專用載荷

環(huán)境一號衛(wèi)星設計壽命僅為3年，目前已經(jīng)在超期運行。為了保障環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務的穩(wěn)步推進和可持續(xù)發(fā)展，應盡快發(fā)展環(huán)境一號衛(wèi)星后續(xù)星，研發(fā)環(huán)境遙感專用衛(wèi)星載荷?？傮w思路是：以國家環(huán)境保護和衛(wèi)星遙感規(guī)劃為導向，以滿足我國環(huán)境保護需求為目標，緊密圍繞我國重點環(huán)境問題，天地統(tǒng)籌安排，發(fā)展有鮮明特色的環(huán)境二號衛(wèi)星，形成環(huán)境衛(wèi)星系列，大大提升環(huán)境污染和生態(tài)變化監(jiān)測的快速響應能力?？傮w目標是：研發(fā)多模式的多光譜環(huán)境成像儀、高光譜水環(huán)境成像儀、大氣吸收光譜儀、紅外高光譜大氣環(huán)境探測儀、多極化合成孔徑雷達等環(huán)境遙感專用載荷，構建環(huán)境二號衛(wèi)星星座，形成天地一體化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)我國陸域水污染、大氣污染和城市污染等主要環(huán)境污染問題的全天時、全天候、定量化監(jiān)測，滿足環(huán)境保護業(yè)務化動態(tài)監(jiān)測和應急響應監(jiān)測的需要。

4.2 設立科研專項，加大環(huán)境遙感應用技術研究

環(huán)境一號衛(wèi)星發(fā)射后環(huán)境業(yè)務化應用系統(tǒng)的研發(fā)以及環(huán)境一號衛(wèi)星后續(xù)星發(fā)展，都迫切需要環(huán)境衛(wèi)星遙感應用專項，加大環(huán)境遙感應用關鍵技術研究，切實推進衛(wèi)星環(huán)境應用向業(yè)務服務型轉變。具體包括：1）攻克環(huán)境一號衛(wèi)星業(yè)務化應用關鍵技術。緊密圍繞國家環(huán)境管理需求，針對水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務化應用，開展相應的污染物遙感信息提取技術攻關。2）加大環(huán)境遙感應用機理研究、前期試驗和模擬研究。特別是針對環(huán)境一號衛(wèi)星后續(xù)星專用衛(wèi)星載荷研制，至少應提前3～5年時間開展遙感應用需要、可行性綜合研究與評估，同時加強環(huán)境遙感機理研究，開展前期試驗和模擬研究，指導專用衛(wèi)星載荷研制。3）加強環(huán)境遙感應用技術規(guī)范和標準體系研究?；诃h(huán)境一號衛(wèi)星業(yè)務化應用研究有關基礎，進一步強化環(huán)境遙感技術本身基礎性和應用性技術研究，形成系統(tǒng)的環(huán)境遙感物理學基礎，以及遙感定標、遙感數(shù)據(jù)實時處理和信息提取技術流程、技術規(guī)范和標準體系。

4.3 構建天地一體化的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務化應用系統(tǒng)

在現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)基礎上，補充完善環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設規(guī)劃，將環(huán)境遙感技術成熟部分納入環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡能力建設;針對區(qū)域生態(tài)、非點源污染監(jiān)測和評估等，以環(huán)境遙感技術作為主要的監(jiān)測手段，充分發(fā)揮環(huán)境遙感的技術優(yōu)勢;大力推動遙感技術在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境評價、環(huán)境監(jiān)察等業(yè)務工作中的應用，切實服務于國家環(huán)境管理。1）建立以環(huán)境遙感監(jiān)測為主體、地面生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡為補充的區(qū)域生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)，對全國生態(tài)環(huán)境質量進行定期監(jiān)測和評價;對自然保護區(qū)、重要水源涵養(yǎng)區(qū)等國家重點生態(tài)功能保護區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測;對草原植被恢復、退耕還林、防沙治沙等生態(tài)治理工程進行動態(tài)監(jiān)測;對三峽工程、南水北調工程、青藏鐵路工程等國家重大工程項目的環(huán)境影響及其變化進行綜合評估。2）建立以地面水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡為主體、環(huán)境遙感監(jiān)測為補充的天地一體化水環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)絡，對淮河、海河、遼河、松花江、三峽庫區(qū)、太湖、滇池、巢湖以及渤海等重點海域和河口地區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測和預警預報。3）建立以現(xiàn)有環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)絡為主體、環(huán)境遙感監(jiān)測為補充的區(qū)域環(huán)境空氣監(jiān)測系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)對長三角、珠三角、京津冀城市群等區(qū)域環(huán)境空氣中顆粒物、氮氧化物、二氧化硫以及酸雨的遙感監(jiān)測;利用遙感技術開展二氧化碳、甲烷等溫室氣體以及碳通量和碳平衡監(jiān)測，及時反映全球變化敏感區(qū)域與敏感生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境動態(tài)變化，為環(huán)境談判和履約服務。4）建立環(huán)境遙感技術與城市地面監(jiān)測網(wǎng)絡緊密結合的天地一體化監(jiān)測體系，將遙感技術融入城市環(huán)境綜合定量考核中。

4.4 不斷加強環(huán)境遙感應用機構和隊伍建設

環(huán)境遙感應用涉及水、氣、生態(tài)、土壤、固廢、公共安全、全球環(huán)境變化等諸多領域，隨著環(huán)境遙感技術的不斷進步，環(huán)境遙感業(yè)務必將不斷擴展。另外，為充分發(fā)揮環(huán)境衛(wèi)星社會經(jīng)濟效益，應在地方相關單位大力推廣衛(wèi)星應用。因此，應從機構編制、資金條件、實施基礎等方面為環(huán)境遙感機構和人才隊伍的建立提供保障，力爭在環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心組建完成后，逐步在省級建成具有環(huán)境遙感數(shù)據(jù)處理、分析應用和分發(fā)服務能力的環(huán)境遙感機構，形成一支環(huán)境遙感應用的專業(yè)技術隊伍。

4.5 加大宣傳培訓力度，開展國際交流合作

環(huán)境遙感業(yè)務化應用工作在我國環(huán)保系統(tǒng)屬于新興領域，應大力宣傳和普及環(huán)境遙感應用技術，使各級環(huán)境管理與決策人員認識遙感技術在解決生態(tài)環(huán)境問題中的重要作用，真正地走近遙感、認識遙感、應用遙感，使遙感技術真正成為環(huán)境管理決策的實用工具;大力加強對省級和地市級專業(yè)技術人員環(huán)境遙感應用技術的培訓，使省級和地市級環(huán)境監(jiān)測與科研單位具備從事環(huán)境遙感應用技術的專業(yè)人才，充分發(fā)揮環(huán)境衛(wèi)星的社會經(jīng)濟效益;跟蹤國外環(huán)境遙感應用技術的發(fā)展方向，開展以區(qū)域性環(huán)境問題、全球環(huán)境變化為中心的國際技術交流與合作，提高環(huán)境遙感有效載荷研制水平和衛(wèi)星應用水平，推動我國環(huán)境遙感技術及應用事業(yè)不斷進步。

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Application of Remote Sensing Technique in Environmental Protection：Progress，Problems and Countermeasures

YANG Yi－peng1，HAN Fu－li2，WANG Qiao1，JIANG Wei－guo3
（1.ApplicationCenterforSatelliteEnvironmentalMonitoring，MinistryofEnvironmentalProtection，Beijing100094;2.BeijingCommandCollegeoftheChinesePeople′sArmedPoliceForce，Beijing100012;3.KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster，BeijingNormalUniversity，Beijing100875，China）

According to the demand of national environmental protection management on remote sensing technology，the progress of water，atmospheric and ecological environment remote sensing technology was discussed.The work progress of the HJ-1 satellite and the current situation of the remote sensing application in environmental protection were introduced.Then，the main problems about remote sensing satellite payload and key application technology in environmental protection were discussed.Finally，the corresponding countermeasure and suggestion was offered.

satellite remote sensing;environmental protection;water environment;atmospheric environment;ecological environment

TP79

A

1672－0504（2011）06－0084－06

2011－03- 10;

2011－06－30

國家科技支撐計劃項目“基于環(huán)境一號等國產(chǎn)衛(wèi)星的環(huán)境遙感監(jiān)測關鍵技術及軟件研究”（2008BAC34B00）;環(huán)境保護部公益性行業(yè)科研專項（200909113、201009021、2011467026）

楊一鵬（1974－），男，高級工程師，從事環(huán)境遙感應用研究，出版著作1部，發(fā)表論文20余篇。E－mail：yipeng＿yang＠163.com