環(huán)境衛(wèi)星：大范圍、快速、準確、動態(tài)監(jiān)測污染事件發(fā)生
它遠離地球600多公里，專家稱它“站得高、看得遠”。
它的眼睛是CCD相機、紅外相機和高光譜成像儀，能夠看到地球的每個角落。
它可以對生態(tài)環(huán)境進行大范圍、快速、動態(tài)監(jiān)測，是不折不扣的環(huán)保衛(wèi)士。
它就是環(huán)境一號衛(wèi)星。
自2008年9月6日環(huán)境一號衛(wèi)星A/B星(以下簡稱“環(huán)境衛(wèi)星”)成功發(fā)射以來，為充分發(fā)揮環(huán)境衛(wèi)星的作用，環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心(以下簡稱“衛(wèi)星中心”)按照邊建設(shè)、邊應(yīng)用、邊見效的方針，初步建立了水、氣、生態(tài)環(huán)境業(yè)務(wù)化應(yīng)用系統(tǒng)，在太湖和巢湖等大型水體藍藻水華監(jiān)測、沙塵暴監(jiān)測、秸稈焚燒監(jiān)測、區(qū)域生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化監(jiān)測等方面積極開展應(yīng)用工作，衛(wèi)星應(yīng)用成果得到國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)和環(huán)境保護部的高度重視和肯定。
環(huán)境衛(wèi)星具有哪些優(yōu)勢？環(huán)境衛(wèi)星的作用有多大？環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)是怎樣獲取的？環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用具有怎樣的意義？帶著這些問題，本報記者來到衛(wèi)星中心，在專家的解析下，環(huán)境衛(wèi)星的神秘面紗徐徐揭開。
環(huán)境衛(wèi)星具有哪些優(yōu)勢？
2007年以來，江蘇省太湖湖區(qū)多次發(fā)生較大范圍的水華，嚴重威脅當?shù)氐娘嬘盟踩，給當?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活造成了重大影響，環(huán)境監(jiān)測部門承擔的藍藻監(jiān)測預(yù)警任務(wù)十分繁重。
2008年9月，環(huán)境衛(wèi)星成功發(fā)射后，衛(wèi)星中心向江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心提供環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開始開展太湖藍藻水華動態(tài)監(jiān)測。
從2010年4月1日開始，應(yīng)江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心請求，衛(wèi)星中心與江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心建立了環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)快速分發(fā)機制。衛(wèi)星中心在環(huán)境衛(wèi)星地面站接收系統(tǒng)中，設(shè)立了太湖湖體遙感數(shù)據(jù)“窗口”，定期監(jiān)測太湖湖體。
快速分發(fā)機制有多快？衛(wèi)星中心的工作人員告訴記者，當衛(wèi)星地面站接收到太湖湖體遙感數(shù)據(jù)后，30分鐘之內(nèi)即可處理完畢，衛(wèi)星中心隨后在30分鐘之內(nèi)，解譯水華的面積數(shù)，編制基于環(huán)境衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的太湖藍藻監(jiān)測快報，上報環(huán)境保護部有關(guān)部門。與此同時，衛(wèi)星中心10分鐘之內(nèi)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K省環(huán)境監(jiān)測中心，向江蘇省環(huán)保廳、省委省政府提供監(jiān)測快報。
接到快報后，江蘇省環(huán)保廳可以快速反應(yīng)，迅速派員前往衛(wèi)星監(jiān)測到的水華發(fā)生區(qū)域進行核實、處理。
“2009年11月3日，在太湖的竺山湖、梅梁湖、馬山水域及西部沿岸區(qū)監(jiān)測到水華，面積估算約151.5平方公里，占太湖總面積的6.5％，為零星性水華。”
“2009年11月4日，太湖水域無云覆蓋，在竺山湖湖口水域和梅梁湖監(jiān)測到水華，面積估算約8.5平方公里，占太湖總面積的0.4％，可視為無水華。”
隨機抽取一份太湖水華遙感監(jiān)測報告，通過文字描述可以清晰地了解到當天太湖水華的情況。
“這里是監(jiān)測到水華的水域，我們把它處理成醒目的黃色。這里是沒有監(jiān)測到水華的區(qū)域，圖像中為藍色。藍色和黃色形成鮮明的對比，可以直觀地看出哪個水域監(jiān)測到水華。”衛(wèi)星中心的工作人員指著監(jiān)測報告上環(huán)境衛(wèi)星攝取的太湖影像向記者介紹說。
記者從江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心了解到，太湖的地面監(jiān)測點呈網(wǎng)格狀分布于太湖，監(jiān)測人員憑借監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)推測整個太湖的水質(zhì)，由于地面監(jiān)測點缺乏時空連續(xù)性，難以全面監(jiān)測太湖水質(zhì)，利用環(huán)境衛(wèi)星遙感監(jiān)測則可以彌補這個缺點。
目前，我國共有水環(huán)境、環(huán)境空氣等地面監(jiān)測站點2200多個，但由于我國幅員遼闊，獲取的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)仍限于點上，難以推及面上。中國工程院院士魏復(fù)盛在接受記者采訪時這樣評價環(huán)境衛(wèi)星，“采用衛(wèi)星遙感技術(shù)，可以大范圍、快速、準確、動態(tài)地監(jiān)測環(huán)境狀況變化和突發(fā)性環(huán)境污染事件，可以有效彌補地面環(huán)境監(jiān)測缺乏時空連續(xù)性、費用高、監(jiān)測站點分散，難以全面、及時監(jiān)測和預(yù)警環(huán)境狀況及其發(fā)展趨勢的不足，因此環(huán)境衛(wèi)星有著不可替代的優(yōu)勢。”
環(huán)境一號A/B星發(fā)揮了哪些作用？
“2010年3月19~21日，受蒙古氣旋和冷空氣影響，我國北方部分地區(qū)出現(xiàn)了今年最強的一次沙塵天氣過程，并擴散到了長江流域及其以南地區(qū)。監(jiān)測結(jié)果顯示受沙塵天氣影響的地區(qū)主要分布在南疆盆地、內(nèi)蒙古中西部、京津地區(qū)、河北、山西東南部、寧夏、甘肅、陜西、河南、山東、蘇皖北部、湖北北部、四川盆地東北部。經(jīng)統(tǒng)計，3月19~21日，我國受沙塵影響面積分別約為39萬、140萬、46萬平方公里。”
這是一份衛(wèi)星中心出具的沙塵暴監(jiān)測報告。為充分發(fā)揮環(huán)境衛(wèi)星的作用，衛(wèi)星中心初步建立并完善了水、氣、生態(tài)環(huán)境業(yè)務(wù)化應(yīng)用系統(tǒng)，除了開展沙塵暴監(jiān)測、大型水體藍藻水華監(jiān)測，還在秸稈焚燒監(jiān)測、區(qū)域生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化監(jiān)測等方面開展了應(yīng)用工作。
——在環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方面，按照環(huán)境保護部監(jiān)測司要求，利用環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，對太湖、巢湖、滇池及三峽庫區(qū)的水華進行動態(tài)監(jiān)測；會同監(jiān)測總站每日向監(jiān)測司報送太湖藍藻水華監(jiān)測預(yù)警日報，巢湖、滇池藍藻水華監(jiān)測周報；開展了春季北方沙塵、長三角等重點城市群霾監(jiān)測及全國的秸稈焚燒監(jiān)測工作。每年夏、秋兩季會同環(huán)監(jiān)局在環(huán)境保護部、12369中國環(huán)保熱線網(wǎng)站上刊登相關(guān)監(jiān)測結(jié)果，為環(huán)境執(zhí)法部門提供參考信息；開展了烏梁素海黃藻、東海和珠江口赤潮等應(yīng)急監(jiān)測與評價。
——在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，根據(jù)環(huán)境保護部生態(tài)司的要求，對2009年和2010年新建和調(diào)整的國家級自然保護區(qū)進行了遙感監(jiān)測，重點提取了保護區(qū)內(nèi)工礦、城鎮(zhèn)居民點、道路和農(nóng)田等人類活動信息，并對監(jiān)測結(jié)果按照保護區(qū)的核心區(qū)、實驗區(qū)和緩沖區(qū)分別進行統(tǒng)計，為核查國家級自然保護區(qū)內(nèi)人類活動情況提供了重要技術(shù)支持。
——在數(shù)據(jù)信息支持方面，按照環(huán)境保護部核安全司要求，對多個擬建核電項目進行遙感核查，制作了幾十幅擬建核電項目遙感監(jiān)測專題圖，為核安全司對擬建核電項目狀態(tài)監(jiān)控提供重要支持；按照生態(tài)司要求，開展了青海木里礦區(qū)遙感核查工作，上報了專題報告；按照應(yīng)急中心要求，及時開展了官廳水庫水色遙感核查工作并上報了專題報告；按照污防司要求，初步開展了飲用水水源地遙感應(yīng)用示范工作。
隨著生態(tài)環(huán)境遙感應(yīng)用的不斷深入，衛(wèi)星中心將利用環(huán)境衛(wèi)星逐步開展全國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價工作，開展國家級自然保護區(qū)、重要生態(tài)功能區(qū)、生物多樣性優(yōu)先保護區(qū)本底遙感調(diào)查工作，為全面了解和掌握國家級自然保護區(qū)保護效果、重要生態(tài)功能區(qū)服務(wù)功能變化、生態(tài)系統(tǒng)健康狀況等提供重要依據(jù)。
環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)是怎么獲取的？
環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有寬覆蓋、重訪周期短、光譜分辨率高等特點，是目前國內(nèi)民用衛(wèi)星中技術(shù)最復(fù)雜、指標最先進的對地觀測系統(tǒng)。
記者從衛(wèi)星中心了解到，環(huán)境衛(wèi)星A星配備了兩臺CCD相機和一臺高光譜成像儀，環(huán)境衛(wèi)星B星配備了兩臺CCD相機和一臺紅外相機。A星與B星在同一軌道面內(nèi)，呈180°相位運行，兩顆星配合，可兩天對同一地區(qū)進行快速重訪。
A星和B星上兩臺CCD相機幅寬可達700公里、地面分辨率為30米，譜段數(shù)有4個，藍綠波段可用于淺水區(qū)的水深探測，也可用于環(huán)境背景調(diào)查，區(qū)分土壤與植被等，對葉綠素和其他色素、水體混濁度等具有潛在的應(yīng)用能力；綠光波段可用于由于環(huán)境背景變化而引起的植被活力改變，在水體監(jiān)測中它還是混濁水體、懸浮沉積物、赤潮的重要應(yīng)用波段；紅光波段可用于對葉綠素及葉綠素熒光的探測；紅外區(qū)波段對氣溶膠和水汽的大氣校正、植被生態(tài)監(jiān)測有重要意義。
高光譜成像儀幅寬為50公里、地面分辨率為100米，譜段數(shù)為115，波譜分辨率為5nm，具有精細探測能力，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中具有重要的實際應(yīng)用價值，它可以監(jiān)測土地的沙化、鹽堿化、石漠化，可進行土地分類、植被分類等。
紅外相機幅寬為700公里，近紅外和中紅外譜段分辨率為150米，熱紅外譜段分辨率為300米。近紅外通道對于土壤和城市環(huán)境探測具有一定作用；中紅外通道適于熱污染、秸稈焚燒等火點目標特性探測；熱紅外通道可在夜間成像，對城市熱島等地表熱特性、城市垃圾等監(jiān)測有重要作用。
環(huán)境衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)是環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)的重要支撐和保障。環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)由業(yè)務(wù)運行管理分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與用戶服務(wù)分系統(tǒng)、圖像處理分系統(tǒng)、環(huán)境空氣遙感應(yīng)用分系統(tǒng)、地表水環(huán)境遙感應(yīng)用分系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境遙感應(yīng)用分系統(tǒng)等組成。根據(jù)環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)地面應(yīng)用系統(tǒng)的處理能力，按照數(shù)據(jù)處理過程，環(huán)境衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品可分為9個級別:
(1)原始數(shù)據(jù):衛(wèi)星下行接收得到的原始碼流數(shù)據(jù)文件；
(2)0級數(shù)據(jù)產(chǎn)品:對原始數(shù)據(jù)，進行解壓縮、幀同步、格式化以及分幅處理，獲得的標準景數(shù)據(jù)產(chǎn)品；
(3)1級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(系統(tǒng)輻射校正產(chǎn)品):未進行系統(tǒng)幾何校正，進行了譜段間的配準校正和系統(tǒng)輻射校正；
(4)2級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(系統(tǒng)幾何校正產(chǎn)品):輻射校正與1級相同，進行了系統(tǒng)幾何校正；
(5)3級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(幾何精校正產(chǎn)品):基于2級產(chǎn)品數(shù)據(jù)，利用衛(wèi)星精軌數(shù)據(jù)和地面控制點，對圖像進行了幾何精校正；
(6)4級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(正射校正產(chǎn)品):基于3級產(chǎn)品,利用衛(wèi)星精軌數(shù)據(jù)、地面控制點和地面高程模型進行了幾何精校正;
(7)5級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(圖像加工數(shù)據(jù)產(chǎn)品):利用常用的圖像處理方法(鑲嵌、融合、濾波、銳化等)對數(shù)據(jù)進行了圖像處理;
(8)6級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品):根據(jù)地表水、大氣和生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測與評價的需求,在對3級~5級產(chǎn)品進行再加工的基礎(chǔ)上,生產(chǎn)出的環(huán)境監(jiān)測指標和參數(shù)的專題產(chǎn)品;
(9)7級數(shù)據(jù)產(chǎn)品(應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)品):根據(jù)地表水、大氣和生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測與評價的需求,在對3級~6級產(chǎn)品進行再加工的基礎(chǔ)上,生產(chǎn)出的各類環(huán)境遙感監(jiān)測與綜合分析評價應(yīng)用產(chǎn)品。
環(huán)境衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用可以為突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急提供高效的技術(shù)支持、為環(huán)境管理決策提供高效的技術(shù)支持,服務(wù)于環(huán)保事業(yè),服務(wù)于人民大眾。
環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用有何意義?
目前,隨著環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分發(fā)范圍不斷擴大,環(huán)境衛(wèi)星的作用得到了更好的發(fā)揮。
例如,2009年9月20日～10月10日,為保障國慶期間首都環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定和安全,衛(wèi)星中心會同環(huán)境保護部華北督查中心利用環(huán)境衛(wèi)星監(jiān)測火點,開展了國慶期間華北地區(qū)(北京市、天津市、河北省、山西省和內(nèi)蒙古自治區(qū))秸稈禁燒信息快報編制工作,秸稈禁燒監(jiān)測結(jié)果同時在環(huán)境保護部網(wǎng)站上公布。
衛(wèi)星中心的工作人員告訴記者,利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測,可以迅速發(fā)現(xiàn)火點,并且確定火點所處的精確位置,依據(jù)衛(wèi)星監(jiān)測快報提供的情況,華北5省(市、區(qū))各級環(huán)保部門可以迅速前往核查、處置。所以,國慶期間秸稈焚燒現(xiàn)象基本得到遏制,使國慶期間的大氣環(huán)境質(zhì)量得到保障。
再如,2010年4月14日,青海省玉樹縣發(fā)生7.1級地震,地震造成巨大破壞和傷亡。地震發(fā)生后,衛(wèi)星中心啟動了環(huán)境衛(wèi)星對玉樹地區(qū)的應(yīng)急觀測機制,及時獲取了玉樹地區(qū)環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù),應(yīng)青海省環(huán)境保護廳請求及時提供了環(huán)境衛(wèi)星、高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)等60多景,這些數(shù)據(jù)空間分辨率從1米到30米不等,數(shù)據(jù)量共約50G,對地震后生態(tài)環(huán)境影響評估起到了重要作用。
隨著應(yīng)用的不斷深入,衛(wèi)星中心還將利用環(huán)境衛(wèi)星等遙感數(shù)據(jù)在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測、固體廢棄物監(jiān)測、飲用水水源地監(jiān)測、環(huán)境影響評價等方面開展工作。屆時,環(huán)境衛(wèi)星將發(fā)揮更加重要的作用。
相關(guān)鏈接
地方環(huán)保部門如何獲取環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)?
《2010年環(huán)境監(jiān)測工作要點》明確要求衛(wèi)星中心要及時、無償給省級環(huán)保部門提供環(huán)境衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),以加強對遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化,最大程度上發(fā)揮其在環(huán)境監(jiān)測中的作用。
為推進環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)在環(huán)保系統(tǒng)的應(yīng)用,充分發(fā)揮衛(wèi)星的社會經(jīng)濟效益,衛(wèi)星中心編制了《環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報小衛(wèi)星星座(H J -1衛(wèi)星)數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)管理辦法(暫行)》和《環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報小衛(wèi)星星座(H J -1衛(wèi)星)數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)說明及流程(暫行)》,組織開發(fā)了環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享服務(wù)系統(tǒng)。環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)管理辦法已于2009年5月由環(huán)境保護部發(fā)文頒布,面向全國環(huán)保系統(tǒng)分發(fā)環(huán)境一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
2009年10月,環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享服務(wù)系統(tǒng)正式上線測試,經(jīng)30多家環(huán)保系統(tǒng)用戶單位測試,基本功能運行正常。目前,環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)正式運行,全國各地環(huán)保系統(tǒng)可以使用環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展遙感應(yīng)用工作。 環(huán)保系統(tǒng)用戶通過登陸環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享服務(wù)網(wǎng)站(www.secmep.cn)瀏覽和免費下載衛(wèi)星數(shù)據(jù)2級產(chǎn)品。使用環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享服務(wù)系統(tǒng)需要登陸網(wǎng)站注冊用戶信息,利用系統(tǒng)提供的功能查詢、瀏覽和選擇下載所需的環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
用戶注冊時需按照要求填寫真實有效信息,并將用戶注冊申請表加蓋單位公章傳真到衛(wèi)星中心,衛(wèi)星中心對注冊用戶提供的信息進行審核,審核通過后,用戶有權(quán)限查詢、瀏覽、下載環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
關(guān)于環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品查詢和瀏覽,環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享服務(wù)系統(tǒng)提供了各種查詢功能和良好的操作界面,用戶利用這些功能可方便地進行數(shù)據(jù)產(chǎn)品查詢和檢索,并對查詢到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品快視圖進行瀏覽。
關(guān)于環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的下載,用戶從查詢結(jié)果中選擇需要的數(shù)據(jù)產(chǎn)品,加入下載數(shù)據(jù)列表。用戶確認所要下載的數(shù)據(jù)產(chǎn)品后,提交衛(wèi)星中心審批,審批通過后,系統(tǒng)生成訂單編號,通過訂單編號可以下載數(shù)據(jù)產(chǎn)品,詳細操作說明可查看網(wǎng)上幫助內(nèi)容。另外,針對數(shù)據(jù)量比較大的用戶,可以通過移動硬盤拷貝的方式獲取數(shù)據(jù)。
如何獲取境外的遙感數(shù)據(jù)?
對于參與國際合作的用戶,如需要對接收站(北京密云、新疆喀什、海南三亞)范圍以外的區(qū)域獲取數(shù)據(jù),提前10天向衛(wèi)星中心提交數(shù)據(jù)接收計劃(包括接收時間、接收數(shù)據(jù)范圍等信息),衛(wèi)星中心根據(jù)用戶的申請計劃編排環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收計劃。環(huán)境衛(wèi)星通過星上記錄模式,將各傳感器的觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮、編碼處理、格式編排和加擾后,記錄在星上的固態(tài)存儲器中。
地面接收系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星軌道精確計算出衛(wèi)星進入中國地面接收站范圍的時間段,當環(huán)境衛(wèi)星處于地面接收站可視范圍內(nèi)時,衛(wèi)星將固態(tài)存儲器中存儲數(shù)據(jù)通過回放模式發(fā)送給地面接收站。衛(wèi)星中心再把地面處理系統(tǒng)處理的境外數(shù)據(jù)提供給用戶。
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