環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星在我國生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

王橋 楊一鵬 趙少華 劉思含

（1生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心 2國家環(huán)境保護衛(wèi)星遙感重點實驗室）

環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報小衛(wèi)星星座A、B衛(wèi)星（簡稱HJ－1A/B）于2008年9月成功發(fā)射。衛(wèi)星在軌運行10年，為我國生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測提供了重要數(shù)據(jù)支撐，有力支撐了國家生態(tài)環(huán)境保護重點工作。

1 環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星運行情況

環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報小衛(wèi)星星座包括2顆光學(xué)衛(wèi)星環(huán)境減災(zāi)一號A、B（HJ－1A/B）衛(wèi)星和1顆雷達衛(wèi)星環(huán)境減災(zāi)一號C（HJ－1C）衛(wèi)星，可以實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害的大范圍、全天候、全天時的動態(tài)監(jiān)測，光學(xué)衛(wèi)星可實現(xiàn)30m空間分辨率每2天對國土進行全覆蓋觀測，紅外探測在中等分辨率下每4天對國土進行全覆蓋觀測，超光譜探測在中等分辨率下每4天對國土進行重復(fù)觀測。

HJ－1A/B于2008年9月6日成功發(fā)射，設(shè)計壽命3年，于2009年4月在軌交付使用，至今已經(jīng)在軌運行10年，超期服役7年，圍繞地球運轉(zhuǎn)53819圈。HJ－1C于2012年11月19日成功發(fā)射，設(shè)計壽命3年，圍繞地球運轉(zhuǎn)32178圈。衛(wèi)星運行期間，為我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境遙感科研等工作提供了大量遙感數(shù)據(jù)。

2 環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收情況

環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星配置了寬覆蓋CCD相機、紅外多光譜掃描儀（IRS）、高光譜成像儀（HIS）、合成孔徑雷達（SAR）等四種遙感器，組成了一個具有中高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率和寬覆蓋的比較完備的對地觀測遙感系列。截至2018年8月16日，生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心已累計提供CCD數(shù)據(jù)493930景，數(shù)據(jù)量154251.451GB；HIS數(shù)據(jù)690429景，數(shù)據(jù)量32361.713GB；IRS數(shù)據(jù)67365景，數(shù)據(jù)量4451.179GB；SAR數(shù)據(jù)112011景，數(shù)據(jù)量10189.572GB。

3 環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)情況

環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星在軌運行至今，生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心向科研院校、企事業(yè)單位以及黑龍江、青海、云南、江蘇、四川等二十余個省（市、自治區(qū)）的生態(tài)環(huán)境保護系統(tǒng)相關(guān)單位提供數(shù)據(jù)推送和數(shù)據(jù)加工處理服務(wù)，為國家和地方層面生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支撐，特別是，通過數(shù)據(jù)服務(wù)、技術(shù)指導(dǎo)和業(yè)務(wù)交流，顯著提升了地方環(huán)境遙感監(jiān)測的能力和水平。

數(shù)據(jù)服務(wù)情況

為促進環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用，生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心通過外網(wǎng)網(wǎng)站為科研院校、企事業(yè)單位提供免費數(shù)據(jù)下載服務(wù)。截至目前，向全國200多家相關(guān)單位分發(fā)了近10萬景遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)量近8TB。

數(shù)據(jù)推送情況

為提高省級環(huán)境遙感應(yīng)用水平，生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心先后為黑龍江省環(huán)境科學(xué)研究院、青海省生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測中心、云南省環(huán)境科學(xué)研究院、江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心等省區(qū)提供環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)7787.295景，數(shù)據(jù)量33490 GB。

4 環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用情況

HJ－1A/B衛(wèi)星擁有光學(xué)、紅外、超光譜多種探測手段，載荷具備700km以上幅寬覆蓋能力及2～4天的重訪能力，具有大范圍、全天候、全天時、動態(tài)的環(huán)境監(jiān)測能力，為環(huán)境監(jiān)測提供了優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)源。衛(wèi)星在軌運行至今，為生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心大氣環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測等業(yè)務(wù)運行提供了重要的數(shù)據(jù)保障，為環(huán)境監(jiān)管、環(huán)境事故跟蹤監(jiān)測和響應(yīng)、執(zhí)法督察等工作提供了重要的技術(shù)支持。

大氣環(huán)境遙感監(jiān)測應(yīng)用

利用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星的CCD和紅外相機數(shù)據(jù)，通過開展氣溶膠、灰霾、熱異常等大氣環(huán)境指標(biāo)遙感反演與監(jiān)測研究，實現(xiàn)了基于環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星的大氣環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化運行，生產(chǎn)陸地氣溶膠光學(xué)厚度、空氣渾濁度、空氣能見度、霧分布、霾光學(xué)厚度、沙塵分布、沙塵等級、熱異常點等專題產(chǎn)品，以及霧霾監(jiān)測、沙塵及沙塵暴監(jiān)測、秸稈焚燒監(jiān)測、環(huán)境空氣質(zhì)量評價等應(yīng)用產(chǎn)品。通過十年業(yè)務(wù)化應(yīng)用，利用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全國秸稈焚燒、灰霾、大氣顆粒物、沙塵等動態(tài)遙感監(jiān)測，為國家大氣污染防治提供了重要技術(shù)支撐，并在重污染天氣應(yīng)對、國家重大活動空氣質(zhì)量保障等方面發(fā)揮了重要作用。

2013年9月28日氣溶膠監(jiān)測圖

2018年3月13日滄州地區(qū)氣溶膠監(jiān)測圖

2018年3月13日天津地區(qū)氣溶膠監(jiān)測圖

水環(huán)境遙感監(jiān)測應(yīng)用

2018年7月14日太湖水環(huán)境監(jiān)測圖

利用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星CCD、紅外相機和超光譜儀數(shù)據(jù)，通過建立水華、水質(zhì)、水表溫度等水環(huán)境遙感監(jiān)測指標(biāo)算法模型庫，進行水環(huán)境遙感產(chǎn)品生產(chǎn)，開展水環(huán)境遙感業(yè)務(wù)化運行。業(yè)務(wù)化生產(chǎn)可直接遙感反演的葉綠素a、懸浮物濃度、水表溫度等第一類水環(huán)境遙感專題產(chǎn)品，可間接反演的水體初級生產(chǎn)力、水草分布、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、水質(zhì)分級等第二類水環(huán)境遙感專題產(chǎn)品，以及水華、赤潮、溢油、水體熱污染、水體富營養(yǎng)化等應(yīng)用產(chǎn)品。通過10年業(yè)務(wù)化應(yīng)用，利用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全國重點湖庫水華、富營養(yǎng)化、飲用水源地、面源污染等遙感動態(tài)監(jiān)測，并在水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理、飲用水安全保障等方面發(fā)揮了重要作用，為國家水環(huán)境污染防治提供了重要技術(shù)支撐。

生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測應(yīng)用

利用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星CCD、紅外相機和超光譜儀數(shù)據(jù)，建立了土地生態(tài)自動分類技術(shù)方法流程和生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)反演算法，實現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化運行。面向衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點和生態(tài)環(huán)境調(diào)查評估應(yīng)用需求，建立了三級土地生態(tài)分類系統(tǒng)，并在對分區(qū)目的、原則與方法進行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上建立了土地生態(tài)分類分區(qū)框架，重點研究了決策樹分類方法與面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ǎ⒘送恋厣鷳B(tài)自動分類技術(shù)流程；建立了生物物理參數(shù)、土地生態(tài)分類狀況、景觀狀態(tài)等主要監(jiān)測指標(biāo)遙感反演與監(jiān)測技術(shù)流程，可獲取全國生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀及動態(tài)信息。通過10年業(yè)務(wù)化應(yīng)用，利用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了國家級和省級自然保護區(qū)人類活動、全國生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查評估、生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、礦山等資源開發(fā)活動生態(tài)影響、青藏高原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等業(yè)務(wù)化運行，支撐了生態(tài)環(huán)境部和中國科學(xué)院聯(lián)合實施的“全國生態(tài)環(huán)境十年變化（2000—2010年）遙感調(diào)查與評估項目”，首次系統(tǒng)全面獲取了全國生態(tài)系統(tǒng)狀況及動態(tài)變化，在國家生態(tài)保護和監(jiān)管方面發(fā)揮了重要作用。

科研及其他應(yīng)用

2010年上海市生態(tài)系統(tǒng)分布

2010年北京市生態(tài)系統(tǒng)分布

2010年黃河中上游能源開發(fā)區(qū)開發(fā)強度綜合指數(shù)

環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星CCD、紅外相機和超光譜儀數(shù)據(jù)高分辨率、大幅寬的特性也為全球/全國等大尺度的生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測產(chǎn)品生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)源，有力地支撐了863計劃重點科研項目“全球地表覆蓋遙感制圖與關(guān)鍵技術(shù)研究”項目。基于環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，完成了“2010基準(zhǔn)年的30m全球地表覆蓋遙感制圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品（GlobeLand30-2010）”生產(chǎn)。另外，也為科技部科技支撐計劃項目“基于環(huán)境減災(zāi)等國產(chǎn)衛(wèi)星的環(huán)境遙感監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及軟件研究”、發(fā)展和改革委員會“環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星星座及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”等大型科技攻關(guān)類項目提供了數(shù)據(jù)支撐。

5 總結(jié)

環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星的發(fā)射，開啟了我國環(huán)境監(jiān)測天地一體化的新時代，為實現(xiàn)水環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化運行提供了重要數(shù)據(jù)保障，生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化運行10年，生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心生產(chǎn)和上報了各類報告逾千期，為我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、監(jiān)管、執(zhí)法等工作提供了重要技術(shù)服務(wù)，應(yīng)用成效顯著。

目前，環(huán)境遙感監(jiān)測已經(jīng)深入生態(tài)環(huán)境保護主體業(yè)務(wù)，成為天地一體化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系的重要組成部分。近年來，隨著衛(wèi)星環(huán)境遙感業(yè)務(wù)領(lǐng)域不斷拓展，應(yīng)用需求不斷增加，對衛(wèi)星和有效載荷技術(shù)指標(biāo)和探測能力等的要求不斷提升。未來，還需大力發(fā)展后續(xù)系列衛(wèi)星，進一步提升技術(shù)指標(biāo)和衛(wèi)星星座的覆蓋能力，以開展持續(xù)穩(wěn)定的環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)運行，提升環(huán)境遙感監(jiān)管的能力水平，長期支撐國家生態(tài)環(huán)境保護重點工作，有效推動我國生態(tài)文明建設(shè)。