中國遙感技術監測全球生態環境

科技擷英

中國遙感技術監測全球生態環境

當“千里眼”的傳說還在耳邊，現代科技打造的“千里眼”已悄然來到人們身邊。遙感，一種從遠處探測、感知物體或事物的技術，起步于上世紀60年代初，被稱為感知地球的“千里眼”。這個“千里眼”本領無限，能監測通訊中斷的地震災區，為糧食作物估產，替人們探視難以到達的沙漠峻嶺，還能幫助勘探礦產、監測霧霾……這個神奇的中國“千里眼”究竟如何瞰世界？

遙感水平國際先進

中國科學院院士郭華東告訴《經濟日報》記者：“在過去的四五十年間，隨著需求的增長，遙感技術不斷向更高水平發展。”比如，遙感影像的空間分辨率從最初的幾十米級發展到現在的不到1米；一開始，遙感僅能在晴天而且是陽光燦爛的天氣條件下才能獲取數據，現在哪怕在刮風下雨等惡劣條件下也能采集數據。我們國家遙感水平總體上非常先進，某些技術還處于國際前沿。”

“全球觀測從應用角度來講，我國基本和國際前沿接軌。”科技部國家遙感中心總工程師李加洪介紹，遙感的應用大致經過四個階段：第一個階段是單顆衛星在國內觀測；第二個是多顆衛星在國內觀測；第三個是用單顆衛星觀測全球；第四個是用多顆衛星建立虛擬系統觀測全球。目前，我國的遙感監測屬于第三和第四個階段。

中國航天科技集團公司相關負責人透露，航天科技集團將于2022年左右建成一個“16+4+4+X”，即由16顆0.5米分辨率光學衛星、4顆高端光學衛星、4顆微波衛星以及多顆視頻高光譜等微小衛星組成的0.5米級高分辨率商業遙感衛星系統，并將于今年年底前執行首次發射。

我國已逐步建立了氣象、資源、環境、海洋和高分等地球觀測衛星及其應用系統，其觀測能力很大程度上滿足了我國在環境、資源和減災等方面對地球觀測數據的需求。同時，作為地球觀測組織（GEO）的創始國和聯合主席國，通過GEO合作平臺，中國向世界開放共享其全球地球觀測數據，并努力提供相關信息產品和服務。

為積極應對全球變化，科技部2012年啟動了全球生態環境遙感監測年度報告工作。在科技部指導下，國家遙感中心（GEO中國秘書處）聯合遙感科學國家重點實驗室，通過共同組建生態環境遙感研究中心，充分利用國家科技計劃及相關部門的科研成果，跨部門組織國內頂尖的科研團隊參與年報工作。

科技部在2013年5月首次正式公開發布了《全球生態環境遙感監測2012年度報告》。從2013年度報告開始，年報正式發布時間定為每年的世界環境日。2013年度報告和2014年度報告陸續發布了陸地植被生長狀況、大型陸表水域面積時空分布、全球大宗糧油作物生產形勢、全球城鄉建設用地分布狀況等專題報告。2015年度報告選定“一帶一路”生態環境狀況和大宗糧油作物生產形勢這兩個專題開展監測分析。2016年度報告繼續關注糧食安全熱點問題，聚焦“大宗糧油作物生產形勢”專題開展監測分析，主要基于多源遙感與氣象數據，對2016年度全球65個農業生態區的氣象條件、全球7個農業主產區及中國7個農業分區糧油作物種植與環境限制狀況、全球糧食產量與供應形勢進行了遙感監測和分析，并對2017年全球糧油生產形勢進行了展望。

聚焦“一帶一路”生態

全球生態環境遙感監測年度報告工作專家組副組長、中國科學院地理科學與資源研究所劉紀遠研究員介紹說，“一帶一路”陸域和海域空間范圍廣闊，生態系統復雜多樣，生態環境要素異動頻繁，全面協調“一帶一路”建設與生態環境可持續發展，亟須利用遙感技術手段快速獲取宏觀、動態的全球及區域多要素地表信息，開展生態環境遙感監測。通過獲取“一帶一路”區域生態環境背景信息，厘清生態脆弱區、環境質量退化區、重點生態保護區等，為科學認知區域生態環境本底狀況提供數據基礎。同時，通過遙感技術快速獲取“一帶一路”陸域和海域生態環境要素動態變化，發現其生態環境時空變化特點和規律，可為科學評價“一帶一路”建設的生態環境影響提供科技支撐。此外，重要廊道和節點城市高分辨率遙感信息的獲取，還將為開展“一帶一路”建設項目投資前期、中期、后期生態環境監測與評估，分析其生態環境特征、發展潛力及可能存在的生態環境風險提供重要保障。

此次“一帶一路”生態環境狀況報告的監測區域覆蓋100多個國家和地區，包括蒙古和俄羅斯區、東南亞區、中亞區等7個陸上區域，以及中國東部海域、南海、孟加拉灣、阿拉伯海等12個海域。陸域監測區面積為5600萬平方千米,海域監測面積2242萬平方千米，分別占全球陸地和海域面積的37.6%和6.2%。此次報告通過對2000年至2015年期間的風云衛星、海洋衛星、環境衛星、高分衛星、陸地衛星（Landsat）和地球觀測系統（EOS）Terra/Aqua衛星等多源、多時空尺度遙感數據的標準化處理和模型運算，形成了土地覆蓋、植被生長狀態與生物量、農情、海岸線、海表溫度、光合有效輻射、海水透明度和初級生產力等遙感數據產品。

“一帶一路”生態環境狀況報告系統地生成了監測區域陸域與海域現勢性較強的土地覆蓋、植被生長狀態、海洋環境等方面的31個生態環境遙感專題數據產品。根據這些數據產品，報告就陸域7大區域、6個經濟走廊及26個重要節點城市的生態環境基本特征、土地利用程度、約束性因素等，以及12個海區、13個近海海域和25個港口城市的生態環境狀況進行了系統分析，取得了系列且非常有意義的監測結果。相關成果不僅可為‘一帶一路’倡議的實施規劃方案制定提供現勢性和基礎性的生態環境信息，而且可作為“一帶一路”倡議實施過程中的生態環境動態監測評估的基準。數據產品將無償與相關國家和國際組織共享，共同促進區域可持續發展。

瞄準大宗糧油作物

遙感技術是在全球范圍實現宏觀、動態、快速、實時、準確的生態環境動態監測不可或缺的手段，已廣泛應用于大宗糧油作物長勢監測與產量評估。

遙感多尺度、多時空分辨率的監測指標已被廣泛應用于農業領域。農情監測信息定期送達多個國家和部門，可實現全球農情監測，打破了美國對全球糧食生產形勢信息發布的話語壟斷權。

中國科學院遙感與數字地球研究所在1998年建立了全球農情遙感速報系統（GropWatch）。該系統構建了不同時空尺度的農情遙感監測多層次技術體系，利用多種原創方法及監測指標及時客觀地評價糧油作物生長環境和大宗糧油作物生產形勢。GropWatch與歐盟的MARS和美國農業部的Grop Explorer系統并稱全球三大農情遙感監測系統，為聯合國糧農組織農業市場信息系統（AMIS）提供全球糧油生產信息。

全球大宗糧油作物生產形勢遙感監測所使用的遙感數據包括中國環境與減災監測預報小衛星星座、高分一號、資源一號02C星、資源三號、風云二號和風云三號氣象衛星數據，以及美國對地觀測計劃系統的陸地星和海洋星的中分辨率成像光譜儀和熱帶測雨衛星數據。分析過程所使用的參數數據包括歸一化植被指數、氣溫、光合有效輻射、降水、植被健康指數等，在此基礎上采用農業氣象指標、復種指數、耕地種植比例、最佳植被狀況指數、作物種植結構，通過時間序列聚類空間分布以及生長過程監測等方法進行玉米、小麥、水稻和大豆的生長環境評估、長勢監測以及生產與供應形勢分析。

科技部相關負責人表示，全球生態環境遙感監測年度報告和相關數據集產品均同步公開發布，并提供網絡在線服務。