“高分五號(hào)”衛(wèi)星生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用前景

趙少華 劉思含 吳迪 吳艷婷 劉芹芹

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“高分五號(hào)”衛(wèi)星生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用前景

趙少華1,2劉思含1,2吳迪1,2吳艷婷1,2劉芹芹3,4

（1 環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094）（2 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）（3 中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085）（4 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084）

2018年5月9日發(fā)射的“高分五號(hào)”衛(wèi)星是中國(guó)光譜分辨率最高的衛(wèi)星，搭載了6臺(tái)有效載荷。文章通過研究載荷的指標(biāo)特征，結(jié)合國(guó)家生態(tài)環(huán)境管理的重點(diǎn)工作，分析了“高分五號(hào)”衛(wèi)星在中國(guó)空氣質(zhì)量、污染氣體、溫室氣體等大氣污染防治工作，在重點(diǎn)湖庫(kù)水質(zhì)、飲用水源地安全、面源污染等水污染防治工作，在土壤污染地塊、礦產(chǎn)開發(fā)土壤污染、土壤污染程度等土壤污染防治工作，在生態(tài)狀況調(diào)查評(píng)估、生態(tài)紅線監(jiān)管、生物多樣性等生態(tài)監(jiān)管工作，以及在對(duì)中國(guó)環(huán)保督查、突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)、“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施等環(huán)境執(zhí)法和應(yīng)急工作中的遙感應(yīng)用潛力，為“高分五號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射后的應(yīng)用、研究和發(fā)展方向提升等提供參考。

大氣污染 水污染 土壤污染 生態(tài)環(huán)境監(jiān)管 “高分五號(hào)”衛(wèi)星

0 引言

“高分五號(hào)”衛(wèi)星為高光譜觀測(cè)衛(wèi)星，是高分專項(xiàng)中唯一的一顆實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，是國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)能力的重要標(biāo)志。該衛(wèi)星可獲取從紫外到長(zhǎng)波紅外譜段的高光譜分辨率星載遙感數(shù)據(jù)，對(duì)內(nèi)陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境等地物目標(biāo)，以及大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等環(huán)境要素進(jìn)行綜合探測(cè)[1]，滿足了我國(guó)環(huán)境綜合觀測(cè)對(duì)高光譜遙感數(shù)據(jù)的迫切需求，可為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)、提高我國(guó)在全球氣候變化的話語權(quán)等重大需求提供遙感數(shù)據(jù)支撐，意義十分重大。

“高分五號(hào)”衛(wèi)星為太陽同步軌道衛(wèi)星，其優(yōu)勢(shì)是搭載了系列環(huán)境應(yīng)用特色高光譜載荷，包括可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測(cè)儀、大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀、大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測(cè)儀6臺(tái)遙感載荷[1]。6臺(tái)載荷中2臺(tái)水體陸地探測(cè)載荷、4個(gè)大氣載荷，這些載荷指標(biāo)都是非常先進(jìn)的，其最突出的特色是納米級(jí)高光譜分辨率，4臺(tái)大氣載荷具備了大幅寬、高光譜分辨率以及偏振探測(cè)的能力，使污染氣體、溫室氣體高精度遙感探測(cè)成為可能[2]?？梢姸滩t外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀能夠有效緩解我國(guó)水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域遙感應(yīng)用中高光譜數(shù)據(jù)、紅外數(shù)據(jù)的缺乏。可見短波紅外高光譜相機(jī)譜段數(shù)量約330個(gè)，光譜分辨率高達(dá)5nm，空間分辨率30m，幅寬60km；全譜段光譜成像儀12個(gè)譜段，空間分辨率為20m和40m，幅寬60km。其中，熱紅外波段空間分辨率為40m，這在國(guó)際上是熱紅外波段空間分辨率最高的民用衛(wèi)星；這兩個(gè)載荷可以高精度監(jiān)測(cè)陸地和水體環(huán)境要素，包括水體污染物濃度、水體熱污染、城市熱島、生物多樣性、地表精細(xì)分類等[3]。4個(gè)大氣載荷中，痕量氣體差分吸收光譜儀的光譜分辨率高達(dá)0.3nm，主要探測(cè)二氧化硫、氮氧化物、臭氧等；大氣主要溫室氣體監(jiān)測(cè)儀的光譜分辨率達(dá)0.27cm–1，主要探測(cè)二氧化碳、甲烷等；大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀有3個(gè)偏振通道、9個(gè)偏振角度，主要監(jiān)測(cè)氣溶膠光學(xué)厚度、灰霾污染等，它采用偏振探測(cè)的方式能夠有效去除氣溶膠反演中地表反射的影響，有助于提高顆粒物探測(cè)的精度，這種偏振探測(cè)技術(shù)也較為先進(jìn)；大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測(cè)儀光譜分辨率高達(dá)0.03 cm–1，主要用于探測(cè)高層大氣中污染氣體、溫室氣體等痕量氣體。

1 “高分五號(hào)”衛(wèi)星生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用前景

“高分五號(hào)”衛(wèi)星6臺(tái)載荷，結(jié)合國(guó)家大氣污染防治、水污染防治、土壤污染防治、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管等重點(diǎn)工作[4-6]，可有效探測(cè)大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠光學(xué)厚度等；可高精度監(jiān)測(cè)葉綠素、浮游生物、溶解的有機(jī)質(zhì)以及各種懸浮物、水生植物等；還可用于水色遙感大氣校正、水體熱污染監(jiān)測(cè)、湖泊藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)預(yù)警、核電廠溫排水、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估、近海赤潮、滸苔遙感監(jiān)測(cè)等，以及流域非點(diǎn)源污染遙感監(jiān)測(cè)、飲用水源地遙感監(jiān)測(cè)等水生態(tài)環(huán)境；對(duì)于嘗試開展土壤污染遙感監(jiān)測(cè)，高精度識(shí)別地物類型、植被類型，進(jìn)行地表溫度、土壤水分蒸散、城市熱島效應(yīng)、生物多樣性、自然保護(hù)區(qū)、土地利用類型、大型工程生態(tài)環(huán)境破壞等監(jiān)測(cè)，具有巨大的應(yīng)用前景[2]。以下分別介紹“高分五號(hào)”衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域主要應(yīng)用潛力。

1.1 在大氣污染防治中的應(yīng)用

在大氣污染防治工作中，可用于全國(guó)灰霾及顆粒物監(jiān)測(cè)/分析與預(yù)警、全國(guó)污染氣體監(jiān)測(cè)/分析與預(yù)警、城鄉(xiāng)散煤燃燒和揚(yáng)塵等監(jiān)測(cè)與分析、全國(guó)揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)與分析、重點(diǎn)區(qū)域溫室氣體監(jiān)測(cè)與分析。具體應(yīng)用潛力如下：

1）全國(guó)灰霾及顆粒物監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警。利用大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀，開展對(duì)全國(guó)范圍尤其是京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域灰霾與顆粒物濃度、分布及遷移擴(kuò)散情況進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警；結(jié)合大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，開展全國(guó)重污染天氣應(yīng)急與溯源遙感監(jiān)測(cè)分析，開展區(qū)域大氣污染傳輸通道研究。

2）全國(guó)污染氣體監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警。利用大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，以氮氧化物、硫氧化物、臭氧等為主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)全國(guó)范圍尤其是“三區(qū)十群”等重點(diǎn)區(qū)域污染氣體濃度、分布及遷移擴(kuò)散情況進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警，對(duì)城市及其近郊酸雨污染嚴(yán)重地區(qū)等進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)與分析。

3）城鄉(xiāng)散煤燃燒、揚(yáng)塵等監(jiān)測(cè)與分析。利用大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀、全譜段光譜成像儀、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀等載荷，開展重點(diǎn)區(qū)域散煤燃燒、塑料大棚建設(shè)對(duì)空氣質(zhì)量影響的遙感監(jiān)測(cè)、分析與評(píng)估；開展城市及周邊區(qū)域揚(yáng)塵、交通干線機(jī)動(dòng)車尾氣排放、港口船舶污染氣體排放等遙感監(jiān)測(cè)與分析。

4）全國(guó)揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)與分析。利用大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，嘗試對(duì)甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，對(duì)全國(guó)范圍尤其是揮發(fā)性有機(jī)物排放較大的典型工業(yè)區(qū)進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，分析其對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。

5）重點(diǎn)區(qū)域溫室氣體監(jiān)測(cè)與分析。利用大氣主要溫室氣體監(jiān)測(cè)儀，開展重點(diǎn)區(qū)域二氧化碳、甲烷、臭氧等溫室氣體遙感監(jiān)測(cè)，調(diào)查溫室氣體重點(diǎn)排放源，支撐服務(wù)我國(guó)環(huán)境外交、履約談判等工作。

1.2 在水污染防治中的應(yīng)用

可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷可廣泛應(yīng)用于水污染防治工作，具體包括重點(diǎn)湖庫(kù)水質(zhì)、水華監(jiān)測(cè)預(yù)警、城市水環(huán)境監(jiān)測(cè)/分析與評(píng)估、全國(guó)飲用水水源監(jiān)測(cè)與分析、全國(guó)面源污染監(jiān)測(cè)與估算、重點(diǎn)流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析、近岸海域水環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析。其中，可見短波紅外高光譜相機(jī)具有以60km幅寬、30m空間分辨率，在400~2 500nm寬光譜范圍內(nèi)，以5~10nm光譜分辨率同時(shí)獲取地物的影像和光譜信息的能力，在水質(zhì)指標(biāo)反演方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。全譜段光譜成像儀具有60km幅寬、20m/40m的空間分辨率，獲取地物在可見到長(zhǎng)波紅外12個(gè)譜段光譜輻射信息的能力，多波段組合應(yīng)用可有效識(shí)別水表信息，識(shí)別環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，并可采用多光譜反演算法進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，特別是長(zhǎng)波紅外波段可以觀測(cè)地表溫度、水體溫度，具有通過分裂窗譜段提高探測(cè)精度的能力，并可實(shí)現(xiàn)夜間探測(cè)。具體應(yīng)用潛力如下：

1）重點(diǎn)湖庫(kù)水質(zhì)、水華監(jiān)測(cè)預(yù)警。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，以葉綠素、懸浮物、透明度、富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)等為主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)太湖、巢湖、滇池、洞庭湖、鄱陽湖、丹江口水庫(kù)、于橋水庫(kù)等重點(diǎn)湖庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，開展湖庫(kù)藍(lán)藻水華遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警；以湖泊水質(zhì)和湖泊岸邊帶人為活動(dòng)、匯水區(qū)環(huán)境狀況為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，開展全國(guó)良好湖泊水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)；開展全國(guó)大江大河及重點(diǎn)湖庫(kù)水色異常環(huán)境遙感巡查和應(yīng)急監(jiān)測(cè)。

2）全國(guó)飲用水水源監(jiān)測(cè)與分析。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展全國(guó)飲用水水源水質(zhì)、水量時(shí)空分布及變化遙感監(jiān)測(cè)，湖庫(kù)型飲用水水源營(yíng)養(yǎng)狀況遙感監(jiān)測(cè)，全國(guó)飲用水水源保護(hù)區(qū)違章建筑及設(shè)施等風(fēng)險(xiǎn)源遙感監(jiān)測(cè)，南水北調(diào)等跨流域調(diào)水工程沿線保護(hù)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)源遙感監(jiān)測(cè)。

3）全國(guó)面源污染監(jiān)測(cè)與估算。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，以總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量為主要監(jiān)測(cè)評(píng)估指標(biāo)，開展國(guó)家尺度、流域尺度、區(qū)域尺度的面源污染遙感監(jiān)測(cè)，評(píng)估農(nóng)田污染、農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖、城鎮(zhèn)徑流等各類面源污染時(shí)空特征；開展面源污染分區(qū)分級(jí)研究，形成我國(guó)面源污染分區(qū)分級(jí)監(jiān)測(cè)管理體系。

4）重點(diǎn)流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，以七大流域植被覆蓋、水體分布、河網(wǎng)密度等生境指標(biāo)為主，對(duì)流域水環(huán)境質(zhì)量、水生態(tài)功能進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)；對(duì)七大流域河流水質(zhì)、自然岸線、人工岸線、排污口、閘壩建設(shè)情況等進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)；開展重點(diǎn)流域工業(yè)園區(qū)分布、河灘地開發(fā)利用狀況遙感監(jiān)測(cè)、不同季節(jié)河流干涸遙感監(jiān)測(cè)分析及跨流域調(diào)水生態(tài)評(píng)估。

5）近岸海域水環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，對(duì)重點(diǎn)海域赤潮、溢油、滸苔等進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，開展我國(guó)大陸海岸線、圍海造地、港口碼頭等遙感監(jiān)測(cè)，調(diào)查大陸自然及人工岸線長(zhǎng)度、空間分布狀況，分析自然岸線變化及保有率等情況。

1.3 在土壤污染防治中的應(yīng)用

可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷可廣泛應(yīng)用于土壤污染防治工作中，具體包括全國(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。可見短波紅外高光譜相機(jī)5~10nm光譜分辨率在土壤污染相關(guān)指標(biāo)反演方面具有顯著優(yōu)勢(shì)；全譜段光譜成像儀12個(gè)譜段分布及20m/40m的空間分辨率，可在大尺度上識(shí)別污染地塊和風(fēng)險(xiǎn)源。具體應(yīng)用潛力如下：

1）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。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展全國(guó)土壤污染場(chǎng)地/污染源遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)污染場(chǎng)地分布及利用方式類型等的動(dòng)態(tài)變化、污染源周邊植被脅迫狀況變化并進(jìn)行評(píng)估；利用遙感技術(shù)優(yōu)化全國(guó)土壤污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置。

2）設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤污染監(jiān)測(cè)與評(píng)估。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，基于長(zhǎng)時(shí)間序列遙感影像，構(gòu)建土壤污染反演模型及土壤污染農(nóng)產(chǎn)品脅迫效應(yīng)模型，監(jiān)測(cè)歷年農(nóng)膜使用情況，定量評(píng)估設(shè)施農(nóng)業(yè)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響。

3）礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)土壤污染監(jiān)測(cè)與分析。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，針對(duì)礦山、油田等礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)內(nèi)的場(chǎng)地特征污染物，開展土壤污染范圍及污染程度遙感監(jiān)測(cè)，并結(jié)合場(chǎng)地周邊生態(tài)敏感區(qū)空間信息對(duì)土壤污染場(chǎng)地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4）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。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展城市及其周邊區(qū)域土壤污染源遙感監(jiān)測(cè)，識(shí)別重點(diǎn)污染源位置、規(guī)模、類型、年限等信息，分析城市及其周邊區(qū)域土壤污染源總量、分布等特征，結(jié)合區(qū)域地形等相關(guān)數(shù)據(jù)評(píng)估城市土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

5）區(qū)域土壤污染程度監(jiān)測(cè)。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展典型區(qū)域土壤重金屬等不同污染程度的遙感監(jiān)測(cè)研究嘗試，探索土壤重金屬污染物含量遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)途徑和適用性。

1.4 在生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷可廣泛應(yīng)用在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，具體包括：全國(guó)生態(tài)狀況變化調(diào)查與評(píng)估、全國(guó)生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管、生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域監(jiān)測(cè)與評(píng)估、國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及生態(tài)資產(chǎn)評(píng)估、城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)估、農(nóng)村垃圾監(jiān)測(cè)與分析、國(guó)家重大生態(tài)保護(hù)治理工程建設(shè)效果評(píng)估等工作。可見短波紅外高光譜相機(jī)5~10nm光譜分辨率在生態(tài)參數(shù)反演方面具有顯著優(yōu)勢(shì)；全譜段光譜成像儀12個(gè)譜段分布及20m/40m的空間分辨率，可利用多光譜算法進(jìn)行生態(tài)參數(shù)反演，開展中尺度的生態(tài)系統(tǒng)分類，其熱紅外光譜通道，可有效反演地表溫度，實(shí)現(xiàn)城市熱污染監(jiān)測(cè)。具體應(yīng)用潛力如下：

1）全國(guó)生態(tài)狀況變化調(diào)查與評(píng)估。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，根據(jù)國(guó)家生態(tài)管理需要，每五年開展一次全國(guó)尺度、典型區(qū)域尺度和省級(jí)尺度的生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查，動(dòng)態(tài)反映生態(tài)系統(tǒng)格局、品質(zhì)、服務(wù)功能狀況，查明區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題與脅迫，提出全國(guó)生態(tài)保護(hù)與履行《生物多樣性公約》對(duì)策與政策建議；按照國(guó)家統(tǒng)領(lǐng)、省部聯(lián)動(dòng)工作思路，組織開展各省生態(tài)狀況調(diào)查評(píng)估。

2）全國(guó)生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，基于遙感解譯并結(jié)合野外核查劃定生態(tài)保護(hù)紅線，構(gòu)建全國(guó)生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)生態(tài)保護(hù)紅線進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，監(jiān)控紅線區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化、生態(tài)功能與質(zhì)量、人為干擾、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等，支撐生態(tài)保護(hù)紅線績(jī)效考核。

3）生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域監(jiān)測(cè)與評(píng)估。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域人類活動(dòng)對(duì)生物多樣性干擾情況、特有物種及其棲息地生態(tài)狀況遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估；開展我國(guó)外來物種入侵狀況及途徑、轉(zhuǎn)基因作物范圍等生物安全遙感監(jiān)測(cè)。

4）國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展全國(guó)500多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量衛(wèi)星遙感普查和無人機(jī)遙感抽查，并對(duì)縣域生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行評(píng)估，支撐服務(wù)國(guó)家生態(tài)補(bǔ)償制度的有效落實(shí)；對(duì)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)服務(wù)功能區(qū)水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、水土保持等生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

5）區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及生態(tài)資產(chǎn)評(píng)估。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展全國(guó)和典型區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，構(gòu)建基于遙感的生態(tài)資產(chǎn)與生態(tài)承載力計(jì)算與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，開展生態(tài)資產(chǎn)負(fù)債表編制與區(qū)域生態(tài)承載力核定，揭示區(qū)域主要生態(tài)問題并提出對(duì)策建議。

6）城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)估。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展城市綠地、城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化、城市熱島等遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

7）農(nóng)村垃圾監(jiān)測(cè)與分析。開展全國(guó)及重點(diǎn)區(qū)域農(nóng)村垃圾、農(nóng)村有機(jī)食品基地生態(tài)環(huán)境狀況等遙感監(jiān)測(cè)與分析。

8）國(guó)家重大生態(tài)保護(hù)治理工程建設(shè)效果評(píng)估。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，對(duì)天然林保護(hù)、天然草原恢復(fù)、退耕還林、退牧還草、退田還湖、防沙治沙、水土保持等生態(tài)治理工程進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，并綜合評(píng)估生態(tài)治理工程實(shí)施成效。

1.5 環(huán)境執(zhí)法和應(yīng)急等遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用潛力

“高分五號(hào)”衛(wèi)星大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀、可見短波紅外高光譜相機(jī)、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測(cè)儀、全譜段光譜成像儀等載荷還可用于中央環(huán)保督察及環(huán)境專項(xiàng)執(zhí)法檢查技術(shù)支持、資源開發(fā)生態(tài)破壞及恢復(fù)情況監(jiān)測(cè)、固體廢棄物堆放環(huán)境監(jiān)管、突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)、“一帶一路”沿線國(guó)家生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)與調(diào)查評(píng)估等重要工作。具體應(yīng)用潛力如下：

1）中央環(huán)保督察及環(huán)境專項(xiàng)執(zhí)法檢查技術(shù)支持。對(duì)檢查區(qū)污染偷排、生態(tài)破壞等行為進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為中央環(huán)保督察、自然保護(hù)區(qū)專項(xiàng)執(zhí)法檢查、飲用水水源保護(hù)區(qū)專項(xiàng)執(zhí)法檢查等提供技術(shù)支撐。

2）資源開發(fā)生態(tài)破壞及恢復(fù)情況監(jiān)測(cè)。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，對(duì)全國(guó)重點(diǎn)開發(fā)區(qū)資源開發(fā)活動(dòng)造成的生態(tài)破壞及恢復(fù)情況進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，對(duì)全國(guó)重點(diǎn)生態(tài)治理工程區(qū)生態(tài)破壞及恢復(fù)情況進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

3）固體廢棄物堆放環(huán)境監(jiān)管。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，對(duì)城鎮(zhèn)及其周邊磷石膏、赤泥、錳渣、廢砂等大宗工業(yè)固體廢棄物堆存，以及鉻渣等歷史堆存和遺留危險(xiǎn)廢棄物場(chǎng)地進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)與分析。

4）突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)。利用大氣氣溶膠多角度偏振探測(cè)儀、可見短波紅外高光譜相機(jī)、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測(cè)儀、全譜段光譜成像儀等載荷，開展突發(fā)重污染天氣、水污染事件、重點(diǎn)水域赤潮和溢油等遙感應(yīng)急監(jiān)測(cè)，開展污染泄漏、危險(xiǎn)品爆炸、尾礦垮塌、有毒有害品擴(kuò)散等遙感應(yīng)急監(jiān)測(cè)與評(píng)估，支撐服務(wù)環(huán)境應(yīng)急管理決策。

5）“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃實(shí)施。利用可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀等載荷，開展“一帶一路”沿線國(guó)家生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)與調(diào)查評(píng)估，識(shí)別沿線生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)和敏感點(diǎn)，支撐服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃及重大項(xiàng)目實(shí)施。

2 結(jié)束語

“高分五號(hào)”衛(wèi)星是目前我國(guó)光譜分辨率最高的衛(wèi)星，它的發(fā)射填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星無法有效探測(cè)區(qū)域大氣污染氣體的空白，對(duì)于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)我國(guó)大氣污染狀況、貫徹落實(shí)國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，具有非常重要的意義。同時(shí)，在國(guó)家水污染防治、土壤污染防治、生態(tài)監(jiān)管、環(huán)境執(zhí)法、環(huán)境應(yīng)急和“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施等方面也可發(fā)揮重要作用。

[1] “高分五號(hào)”衛(wèi)星預(yù)計(jì)5月初發(fā)射服務(wù)“一帶一路”[EB/OL]. [2018-04-24]. http://www.xinhuanet.com/politics/2018-04/ 24/c_1122736404.htm。 GF-5 Satellite is Expected to be Launched in Early May, Providing Service for “The Belt and Road” [EB/OL]. [2018-04-24]. http://www.xinhuanet.com/politics/2018-04/24/c_1122736404.htm. (in Chinese)

[2] 趙少華, 張峰, 王橋, 等. 高光譜遙感技術(shù)在國(guó)家環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2013, 33 (12): 3343-3348. ZHAO Shaohua, ZHANG Feng, WANG Qiao, et al. Application of Hyper-spectral Remote Sensing Technology in Environmental Protection[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2013, 33(12): 3343-3348. (in Chinese)

[3] 趙少華, 王橋, 游代安, 等. 衛(wèi)星紅外遙感技術(shù)在我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展分析[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 17 (7): 855-861. ZHAO Shaohua, WANG Qiao, YOU Dai’an, et al. Preliminary Analysis on the Application of Satellite Infrared Remote Sensing Techniques in Environmental Protection of China[J]. Journal of Geo-information Science, 2015, 17(7): 855-861. (in Chinese)

[4] 大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃[R/OL]. (2013-09). http://www.jingbian.gov.cn/gk/zfwj/gwywj/41211.htm. Pollution Prevention and Control Action Plan[R/OL]. (2013-09). http://www.jingbian.gov.cn/gk/zfwj/gwywj/41211.htm. (in Chinese)

[5] 水污染防治行動(dòng)計(jì)劃[R/OL]. (2015-04). http:// www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.htm. The Action Plan for Prevention and Control of Water Pollution [R/OL]. (2015-04). http://www.gov.cn/zhengce/content/ 2015-04/16/content_9613.htm. (in Chinese)

[6] 土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃[R/OL]. (2016-05). http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-05/31/content_5078377.htm. The Action Plan for Prevention and Control of Soil Pollution[R/OL]. (2016-05). http://www.gov.cn/zhengce/content/ 2016-05/31/content_5078377.htm. (in Chinese)

Potential Application Analysis of GF-5 Satellite in Ecology and Environment Fields

ZHAO Shaohua1,2LIU Sihan1,2WU Di1,2WU Yanting1,2LIU Qinqin3,4

（1 Environmental Satellite Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100094, China）（2 State Environmental Protection Key Laboratory of Satellite Remote Sensing, Beijing 100094, China）（3The Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China）（4 School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China）

GF-5 satellite carrying six payloads launched recently is the highest spectral resolution satellite in China at present. By studying the technical indexes of the payloads and combining the key work of the national ecological environment management, the potential environment application of GF-5 satellite is analyzed. Concretely, these application fields include the remote sensing monitoring of air quality, polluted gas, greenhouse gas, etc. for the prevention and control of air pollution, the remote sensing monitoring of water quality of lakes and reservoirs, safety of drinking water sources and non-point source pollution for the prevention and control of water pollution, the remote sensing monitoring of soil contaminated plots, mineral exploitation, soil pollution for the prevention and control of soil pollution, the remote sensing monitoring of ecological condition assessment, ecological red line regulation, biodiversity for the eco-environmental conservation, as well as the applications in the fields of environmental enforcement and emergency response such as the central environmental supervision, environmental emergency monitoring and the implementation of "One Belt And One Road" strategy. This research will provide references for the application, research and development direction of the GF-5 satellite.

air pollution; water pollution; soil pollution; ecology environment supervision; GF-5

X87

A

1009-8518(2018)03-0115-06

10.3969/j.issn.1009-8518.2018.03.013

趙少華，男，1980年生，河南長(zhǎng)葛人，博士后，正高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境定量遙感研究。E-mail：zshyytt@126.com。

劉思含，女，1983年生，遼寧鐵嶺人，博士，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境遙感研究。E-mail：liusihan1200@163.com。

2018-04-12

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)集成與應(yīng)用示范”（2017YFB0503905），國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)“環(huán)境保護(hù)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息服務(wù)系統(tǒng)（一期）”（E05-Y30B02-9001-13/15）

（編輯：龐冰）