前不久,第三十五届国际环境遥感大会在北京召开,来自全球56个国家和地区的1000余位遥感专家参加了会议。这也是该会议发起50年来首次在中国举办。国际环境遥感大会在北京召开,说明我国的遥感技术与应用发展得到了国际同行的广泛认可。
中国科学院遥感与数字地球研究所所长郭华东院士说。兴起于上世纪60年代的遥感技术,是指从远距离感知目标反射、辐射或散射的可见光、红外、微波电磁波对目标进行探测和识别。人类目力有限,遥感技术的出现,让人类仿佛拥有了另一双可以无限感知地球的千里眼。近些年,我国遥感技术发展迅速,在自然灾害监测、环境监测、遗产保护及可持续发展等多领域广泛应用。第一时间获取震区灾情定位准、速度快,提供灾情数据,服务抗震救灾今年4月22日,国务院总理李克强主持召开的部署芦山地震抗震救灾工作会议,在李克强身后挂着一幅芦山县震后航空影像图。这幅对抗震决策有至关重要作用的影像图即由遥感地球所提供。遥感作业时间是4月20日11点,距离地震发生刚刚过去3个小时。2008年汶川地震、2010年玉树地震震后,航空影像图也同样起了关键作用。强烈地震往往会造成一些地区交通和通信中断,严重影响外界对受灾情况的判断和相应决策。如何尽快获取受灾信息,成为指导救灾工作的关键。高分辨率遥感观测技术,是精确获取灾区数据的最重要的手段之一。郭华东说,遥感地球所将地震后获取的遥感数据,共享给参与救灾的国家有关部门和灾区政府,并将卫星数据上传到网站上供社会免费使用,为精确判断灾情和救灾指导发挥了重要参考作用。科研人员是怎么利用遥感技术评估、判断地震灾情?遥感地球所航空遥感中心主任李震说:遥感航拍得到的高分辨率影像,能清楚地辨识建筑物、道路、河流、车辆等地面信息。科研人员运用专业知识,与震前的遥感观测数据比对,就能够判断建筑物和道路的受损情况,道路上堆积的滑坡物大小、滑坡的土方量等等,发现潜在的山体垮塌、堰塞湖等次生灾害,并确定财产损失的基本情况,确定救援所需投入的人力、物力等。芦山地震后,遥感地球所还利用遥感数据和模型对地震烈度做出初步评估,对整体受灾情况做出快速判断,其结果与实际情况基本吻合。利用遥感技术监测和评估灾情,首先是定位准确,每个点都带有坐标和经纬度。其次是速度快,震后9小时就实现了卫星数据共享。郭华东说。郭华东介绍,多次应对严重自然灾害的经验,遥感地球所已经形成了一套应对自然灾害的机制以及遥感数据共享的分发模式。大范围遥感监测PM2.5与地面监测互为补充,更全面掌握大气污染状况近年,遥感技术在监测大气污染方面作用日益凸显。今年1月,我国中东部地区发生了数次极端强雾霾事件,而对其成因则有不同见解。主流观点认为,污染物排放量大,静稳天气、扩散条件不利,区域污染和本地污染贡献叠加等是导致强雾霾事件的主要原因。遥感地球所陈良富研究员对此有些质疑。他决定从卫星遥感的视角,观测地表发生的强雾霾情况。基于对遥感卫星观测数据的统计与分析,陈良富提出,除了人为排放引起的本地污染浓度上升原因,水汽、浮尘是造成雾霾来袭、能见度急剧下降的重要外部原因。陈良富说,排放到大气中的污染物颗粒,尤其是PM2.5细粒子的消光能力非常强。各种污染物粒子遇到西部高空刮来的浮尘细粒子,就会以浮尘作为凝结核,迅速对浮尘微粒进行包裹。加上从东南部来的充足的水汽,细粒子体积迅速吸湿增大而使粒子的消光能力大增,导致能见度迅速降低。由此引发的强逆温天气,造成污染物的迅速累积,并进一步促使水汽过饱和形成雾霾混合的局面,从而形成了浓度水平高、持续时间长的极端污染事件。浮尘与水汽等自然因素加速了成霾过程、放大了人为污染规模和效力。如果不科学地认识极端强雾霾的发生机理,就容易判断错误,认为都是由排放的污染物引起的,在治理上进入误区。而要得出科学判断,仅凭地面一种观测手段是不够的,还需要卫星遥感观测手段来补充,才更全面和客观。陈良富说。目前,对雾霾主要靠地面监测,但地面监测需要布点,点与点之间污染颗粒物的变化细节是观测不到的,而遥感监测可反映整个区域霾的二维甚至三维情况。我们可以对遥感监测和地面监测进行对比分析,得出更准确的信息。他说,地面环境监测站只能监测地上几米高范围内的PM2.5数值。而灰霾随高度变化,分布不一样。利用激光遥感手段能获得灰霾的垂直分布情况,从而形成立体监测系统。陈良富说,今后中国还将继续加强对遥感技术的应用,通过对中国、美国、欧洲的卫星数据综合分析,以期更全面、准确地掌握大气污染状况。保护遗产大显身手发现千年文物古迹,修复珍贵文化遗产除了星载和机载遥感技术外,地面激光遥感技术以其独特的工作原理与方式在遗产的保护和恢复中已经发挥作用,成为遗产监测与保护中不可或缺的技术支撑。国家文物局文保司司长关强在接受媒体采访时曾说过,一批又一批深埋地下数千年的文物古迹被科学家发现和发掘,一些损坏的珍贵文化遗产得到了修复和数字化保存。这其中,遥感技术发挥了极其重要的作用,并且是其他技术手段无法实现的作用。应用遥感技术,美国考古学家发现了沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大;希腊考古学家用红外像片在科林斯湾发现了公元前373年毁于地震的古城Hekike;遥感地球所郭华东课题组利用雷达遥感技术发现了阿拉善高原干沙覆盖下的古河湖串联系统和明、隋古长城;也是应用遥感技术,科学家们重建了吴哥古城的分布范围,重现历史的辉煌在文化遗址的发现上,遥感技术具有独特的优势。在自然遗产的保护中,特别是在面积较大的自然遗产保护中,遥感技术也有着其他技术无法比拟的优势。2011年3月到2012年6月,遥感地球所曾受国际组织的委托,应用高分辨率的遥感技术,对越南下龙湾这一世界自然遗产的环境变化进行了监测。该所研究员王心源说,2010年下龙湾被列为濒危世界遗产,应用遥感技术,科学家们试图摸清其环境究竟恶化到什么程度,并找出导致环境恶化的原因。下龙湾这片海域约为1553平方公里,包括1969座岛屿;中心区面积为434平方公里,有775座岛屿。这么大的面积,仅靠人力是无法完成调查研究的,这时候,遥感技术首当其冲。除了自然遗产,遥感技术在文化遗产保护中的作用也不容小觑。激光雷达是遥感中的一项新兴技术,它的优势在于能获得物体的三维图像,因此十分适用于文化遗产的保护。遥感地球所研究员王成说:譬如,龙门石窟的风化侵蚀一直是个难题,但若能及早对其进行三维扫描,以后就可按照计算机模型对其进行复原。更重要的是,科学家还能依据这些数据分析破坏发生的原因,如温度、风力、湿度等,从而指导文物部门进行更加精细的修复。近年来,我国综合利用遥感、地理信息系统等手段,还实现了对景区和遗产地建设工程、土地利用、生态环境变化、火警突发情况的动态监测和快速调查。更多阅读中科院成都山地所得出地震核心区灾损情况遥感调查初步结果中科院遥感地球所揭牌
建天空地立体观测系统中科院研究称芦山地震对大熊猫栖息地影响较小国际环境遥感大会首次在中国举行

■本报记者 冯丽妃 实习生
倪思洁
最近,我国多个省市遭遇十面霾伏。为何会突然间蹿出如此多的污染物颗粒?应该怎样科学地认识雾霾的形成机理?近日,《中国科学报》记者就此采访了中科院遥感与数字地球研究所研究员陈良富。基于对遥感卫星统计数据的长期观测与分析,陈良富认为,除了排放源外,静稳天气、水汽、浮尘是造成雾霾来袭、能见度急剧下降的重要原因。陈良富解释说,排放到大气中的污染物颗粒,尤其是PM2.5的消光能力非常强。各种污染物粒子遇到西部高空刮来的浮尘细粒子,就会以浮尘作为凝结核,迅速对浮尘微粒进行包裹。再加上从东南部来的充足的水汽,细粒子体积迅速增大。这使得原来的污染规模和效力更大,能见度迅速降低,而这正是造成此次严重污染的原因。通过研究过去三年的卫星观测数据,陈良富发现,从每年10月到次年3月的干季,西北部吹往华北平原的浮尘的频率,要比地面观测的沙尘天气发生频率大得多。其中,12月份到1月份浮尘天气尤其严重,每两到三天就会有一轮浮尘。同时,通过偏振激光雷达卫星的探测,可以发现形态不规则的浮尘到华北平原后会与各种污染物迅速混合,导致污染效果被极度放大。由于冬日地面温度低,不利于空气上下对流,细粒子更多地积聚在距地面较近的范围内,导致大气能见度较之于夏季更低。尤其是在冬季夜间,这种情况更为明显。如果不科学地认识雾霾的发生机理,就容易形成错误的判断,认为都是由排放的污染物引起的,从而在治理上进入误区。陈良富表示。针对当前PM2.5的污染现状,陈良富认为,最根本的解决之道不在监测和治理,在于经济与能源结构调整。治理只是辅助手段。只有斩断或改变源头,才能有效改善空气质量。陈良富表示,粗放式经济增长与能源过度消耗是导致大气污染的根本原因。在经济发展过程中,要注意改变经济增长方式,向单元能耗要效益;还应抓紧调整能源结构,努力研发新型可再生替代能源。卫星观测结果同时显示,不同质量的煤炭在开采与使用过程中,也会排放大量硫化物与氮化物。因此,企业在生产加工过程中,脱硫脱氮十分重要。然而,在利润的诱惑下,国内仍有一些企业即便有脱硫装置,也会违规排放各类污染性气体。陈良富介绍说,由于各种污染物本身的波长不同,这些污染物一旦出头,就逃不过卫星的法眼。目前,通过卫星监测偷排超排大气污染物的技术已经非常可靠,可以用这种方法找到非法偷排的企业,并依法进行惩罚。空气污染,所有人都是受害者。解决这个问题,不是一个部门的事,要发挥全社会的合力。陈良富表示。相关链接我们靠什么来监测PM2.5当前,我国主要采用地面监测以及卫星遥感观测两种方法来监测PM2.5等细粒子的浓度以及污染范围。地面监测仪用泵把空气抽进仪器,把带有水分的颗粒物烘干,然后通过震荡天平等方式称出颗粒物的质量;而遥感卫星主要利用大气粒子的消光特性,通过观测其对太阳光的散射程度,探测其浓度。陈良富表示,卫星观测的是粒子的消光能力,PM2.5又是消光的主要贡献者,因此用卫星监测PM2.5很对胃口。不过,由于卫星观测需要扣除地面反射值,在反射大面积区域,尤其是雪面、沙漠和城市地表上空,仍然很难有效地把细粒子浓度等信息提取出来。在云层覆盖较厚的地方,则无法开展监测。同时,卫星观测对接近地表2公里以内的细粒子浓度不能分析入微,但这一层次的PM2.5浓度最大。同样,由于卫星观测主要依靠细粒子对太阳光的辐射程度,晚上没有太阳光的照射就不能做监测。在这两种情况下,都需要采用激光来探测。总的来说,遥感卫星与地面监测仪各有千秋,前者侧重于大范围、大面积的观测,后者有利于局部精确测量,两种方法相辅相成、互为补充。《中国科学报》
(2013-01-28 第4版 综合)

■本报记者
丁佳
好奇的人类从未停止过认识地球的脚步。遥感技术的出现,让目力所限的人类,仿佛拥有了一只神的眼睛。4月22日,第35届国际环境遥感大会将首次在中国北京召开。800多位科学家将来到这里,回顾遥感发展50年的点点滴滴。而这也是中国作为一个新兴的遥感大国,向世人展示自己的最好时刻。从区区百人到十万大军1962年,在美国密歇根州召开的第一届国际环境遥感大会上,遥感二字首次进入国际科学界的视野。半个世纪以来,通过卫星、航天飞机等观测平台,人类已能获取大量大气、海洋和陆表的高精度、高时空分辨率观测数据,回答地球系统动态演变过程中的科学问题,开展灾害、能源、气候、天气、农业、生态、生物多样性等多个领域的研究工作。1979年,中科院遥感应用研究所成立,开启了中国遥感事业的发展之路。在这里,中国的第一批遥感人在热红外、高光谱和雷达遥感基础理论研究方面取得了许多原创性成果,在农业估产、遥感找矿、环境和灾害监测等领域摘得多个中国第一。上世纪90年代,他们还利用雷达遥感技术,发现了覆盖在沙丘下的古河道和古长城遗址。对中国遥感30多年的变迁,中科院院士、中科院遥感与数字地球研究所所长郭华东用充实二字来概括。30多年前,遥感对中国来说还是个稀罕词,只能看别人、听别人的。现在,遥感已成为一项很常规的技术,我们的遥感队伍也从区区百人壮大到如今的十万大军。国家利益到哪,保障服务就到哪对遥感地球所研究员、中国遥感卫星地面站高级工程师章文毅来说,一个个长得像大锅的卫星数据接收天线,就是他吃饭的家伙。目前,地面站建有北京密云、新疆喀什和海南三亚3个卫星数据接收站,接收面积覆盖中国的全部领土和亚洲70%的疆土。在北京的指挥部里,章文毅骄傲地告诉《中国科学报》记者:我们这里保存着1986年以来各类对地观测卫星数据300多万景,是我国珍贵的对地观测历史数据库。我们一直秉承这样的理念:国家利益延伸到哪,我们的空间服务保障体系就要建设到哪。在郭华东看来,研究所的发展,应当始终与国家经济社会的发展紧密相连。2008年512汶川地震发生后,当时一直在下雨,卫星抓到的全是云层,遥感飞机也很难起飞,直到5月14日下午天气好转,一切才恢复正常。而到了2010年的玉树地震,飞机当天下午3点即抵达灾区,晚上9点数据全部返回,10点钟的时候,国家16个部委就已全部拿到了遥感图像。灾害发生时,时间就是一切。这些年,所里一直在抓能力建设,从汶川地震到现在,我们的高速网络数据处理能力提高了3~5倍,还设立了灾害研究室,突发情况出现时,举全所几百人之力做好服务保障。以后再有灾害发生时,相信我们能更迅速地将数据上报有关部门。郭华东说。没有国界的研究所联合国教科文组织国际自然与文化遗产空间技术中心是联合国在全球设立的第一个基于空间技术的世界遗产研究机构,依托中科院遥感地球所建设。当前,全球共有世界遗产962处,其中中国有43处,已列入名录的遗产数目居世界第三。不过,HIST常务副主任洪天华坦承,沿用过去传统的方法对其进行管理和保护,已难以做得更好。人们需要将空间技术引进来,并在遗产保护中发挥重要作用。尽管科学上的共识已经达成,但HIST的建设并非一帆风顺。2007年,中科院向联合国教科文组织提出在中国建立世界遗产空间中心的建议。可在审议时,一些成员国担心,中心的研究会涉及国家秘密。我们找到这些国家,与他们一一恳谈,说明中心的研究对象是世界遗产,目的是要保护这些珍贵的人类资源。在洪天华等人的努力下,HIST终于获批成立,随后即在颐和园佛香阁精细测绘、越南下龙湾自然遗产地环境监测等工作中取得诸多令人称道的成果。包括HIST在内,国际数字地球学会、灾害风险综合研究计划国际项目办公室等3个国际科技平台以及《国际数字地球学报》杂志,让中科院遥感地球所成了一个没有国界的科技平台。而在遥感从50年向100年迈进的路上,它将是一支不可或缺的力量。《中国科学报》
(2013-04-18 第4版 综合)

相关文章