推进该领域定量遥感讨论水平的升迁,海洋对于国家经济社会、生态情况和国防建设具备举足轻重的战略意义

图片 1

摘要:20世纪80年代以来,遥感信息技术在环境保护领域的应用得到了长足发展。遥感信息技术导致环境保护领域的研究范围、内容和方法的重要变化,标志着环境信息获取和处理方法的一场革命。
关键词:遥感信息技术 环境保护
20世纪80年代以来,遥感信息技术在环境保护领域的应用得到了长足发展。遥感信息技术导致环境保护领域的研究范围、内容和方法的重要变化,标志着环境信息获取和处理方法的一场革命。

内容摘要:随着科学技术的发展,中国海洋遥感卫星相继升空。2012年3月31日,陆海观测卫星业务发展规划获得了国务院的正式批复。该规划确定在“十二五”“十三五…

海洋溢油与海底油气藏的烃渗漏在海面形成不同厚度的油膜,是海洋资源与环境研究关注的重要问题之一。海面油膜的遥感探测能为海洋溢油事故的快速监测与评估、油气资源勘探等提供有力的技术支撑,其遥感探测、分类与量化一直是海洋资源与环境遥感研究领域的重点、难点与热点。

一、遥感信息技术在环境保护领域应用发展中的意义

海洋,覆盖着地球面积71%,容纳了全球97%的水量。伴随人口增长和陆地非再生资源的消耗,如何认识、开发利用海洋,为人类所关注。

最近,我校国际地球系统科学研究所的陆应诚和占文凤两位副教授,与国际著名海洋遥感专家胡传民教授(美国南佛罗里达大学海洋学院)等研究人员开展合作研究,在海面油膜遥感探测与量化等关键科学问题研究中取得了重要进展。针对美国中等分辨率成像光谱仪影像,完善了近红外波段(中心波长为859纳米)海面油膜归一化耀斑反射率的计算方法,消除了重大误差来源,可用于准确计算海面油膜表面粗糙度和折射率系数。基于油膜的亮温控制与模拟实验,定量厘定了油膜厚度、表面亮温、观测时间、传感器参数(温度等效噪声,NE∆T)等要素之间的多维度协同关系,推导并提升了MODIS、Landsat、ASTER等不同星载热红外传感器探测海面油膜厚度的增益系数与效能。上述研究成果有效地促进了墨西哥湾海域天然油膜(来源于海底油气烃渗漏)与深海油井溢油污染(2010年英国石油公司溢油事故)的图像鉴别与分析,有助于该领域定量遥感研究水平的提升。

遥感信息提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观环境影像。它扩大了人们的视野,从可见光发展到红外、微波等波谱范围,加深了人们对生态环境的了解。在遥感与地理信息系统基础上建立的数学模型,实现了空间和时间转移,在空间上由野外转入室内,在时间上从过去、现在的研究发展到三维空间上定量地预测未来。

遥感正在成为人类揭开海洋神秘面纱最重要的“神器”,作为实现海洋资源与环境可持续发展的关键技术和重要手段,在全球变化、资源调查、环境监测与预测中不可替代。

相关的核心成果近期分别发表于NI指数期刊《Journal of Geophysical Research:
Oceans》(2016, doi:10.1002/2015JC011001)和遥感领域顶级期刊《Remote
Sensing of Environment》(2016,
doi:10.1016/j.rse.2016.04.007)。相关研究得到了国家自然科学基金(41371014和41301360)、美国海洋能源管理局与墨西哥湾研究计划、南京大学登峰计划等共同资助。

遥感信息技术对环境科学的发展起了重要推动作用。遥感信息科学从理论、技术和方法上进一步将地球大气圈、水圈、生物圈作为一个完整的、开放的、非线性的系统,以现代高新技术为手段,全面地、综合地、系统地研究地球生态环境系统的各个要素及其相互关系,建立全球尺度上的关系和变化规律。针对全球环境问题,世界各国提出了一系列大型国际环境遥感信息合作计划(有的已付诸实施)。这些计划充分显示了遥感信息科学在环境保护领域中的作用和地位。

中国是一个毗邻太平洋的海洋大国,海域广袤、海岸线漫长、岛屿众多。海洋对于国家经济社会、生态环境和国防建设具有重要的战略意义。

附论文链接:

利用遥感信息对环境进行监测,获取了生态环境变化的基本数据的图面资料,提供了沙漠化进程、土地盐渍化和水土流失、生态环境恶化(如酸雨对植被的污染)、工业废水和生活污水对水体的污染、石油对海洋的污染等基本状况和发展程度的数据和资料,为环境的管理与治理等科学决策提供了依据。

“海洋卫星因具有全天时、全天候、同步、快速、高频次、长期连续观测等优势,是认识、研究、开发、利用、管理海洋的重要技术支撑和保障服务手段,也是中国空间基础设施和海洋立体监测体系的重要组成部分。”国家卫星海洋应用中心副主任林明森指出。

遥感信息技术为环境科学提供了全新的研究手段。它标志着信息获取和分析处理方法等前沿、交*学科的兴起,具有重要的意义。遥感信息技术的理论和方法在环境监测、评估和环境灾害的调查以及在地理信息系统支持下的分析预测诸方面有着广泛的应用前景。

随着科学技术的发展,中国海洋遥感卫星相继升空。2012年3月31日,陆海观测卫星业务发展规划获得了国务院的正式批复。该规划确定在“十二五”“十三五”期间发射8颗海洋业务卫星,包括海洋水色星座4颗、海洋动力星座2颗、雷达星座2颗。

二、遥感信息技术在环境保护领域的应用

根据中国海洋卫星发展规划,将按海洋水色环境卫星、海洋动力环境卫星和海洋监视监测卫星三个系列发展自主的海洋卫星。

(国际地球系统科学研究所 科学技术处)

遥感信息技术在环境保护领域的应用尚处在起步阶段,有些关键技术尚须突破,有些应用还没有达到实用化、产业化的目标。但现有的成果已充分显示了遥感应用的光明前景。

“这三个系列业务化、长寿命、不间断稳定运行,以逐步实现以自主海洋卫星为主导的海洋立体观测系统。”国家卫星海洋应用中心副主任刘建强说。

1.在大气污染监测中的应用

现阶段,中国已成功发射两大系列共3颗海洋卫星,目前海洋一号B卫星和海洋二号A卫星卫星在轨运行稳定。

(1)城市大气污染监测

海洋一号系列卫星以可见光、红外探测水色水温为主,其主要有效载荷为:水色扫描仪、海岸带成像仪和中分辨率成像光谱仪,主要探测要素包括:叶绿素、悬浮泥沙、海温、污染物质等。

依据航空遥感监测资料所编绘的各类大气污染源的分布图,显示了建成区工厂的烟囱和高能耗分布,而老建成区中的商业区、人口密集区和交通拥堵分布采用航空多光谱摄影手段,根据同一地物的不同光谱特性,进行计算机处理,可监测大气污染的主要污染物、颗粒大小及空间区域的分布。

2007年4月11月发射的中国第二颗海洋水色卫星HY-1B,实现了由试验应用型向业务服务型卫星的过渡,进一步完善了中国海洋立体监测体系。

(2)大气污染物扩散规律的研究

2012年8月16日发射的首颗海洋动力环境卫星海洋二号A卫星,集主、被动微波遥感器于一体,具有高精度测轨、定轨能力与全天候、全天时、全球探测能力,填补了中国实时获取海洋动力环境要素的空白,极大提高了灾害性海况预报的水平。

遥感可观测到大气中气溶胶类型及其含量分布、大气微量气体的铅垂分布。根据对热红外扫描图像的分析研究,可提出城市地面辐射温度和城市“热岛”现象形成的关系。

海洋二号卫星散射计每天可以观测全球90%的区域,并可在西北太平洋提供台风实时监测数据,为台风数值预报等应用提供第一手观测资料。

2.在内陆水体污染监测中的应用

“各种常规手段只能获取小区域环境信息,而卫星遥感能够提供大区域准同步全球海洋环境信息,从而提高了监测区域与监测频度,提高了效率,改变了管理理念。”刘建强认为,这对于大范围的研究区域更为明显,且能周期性反映区域的环境动态变化。

应用遥感手段,可以快速监测出水体污染源的类型、位置分布以及水体污染的分布范围等。排放区水温一般高于自然水温,用热红外遥感技术可以方便地探测。其温度分辨率可达到0.2°C。各种工厂排入污水因所含物质成分不同,导致污水的颜色也不同,可通过测定遥感图像的密度来鉴别污染水体。确定这些污染水体往往采用色密度法,即通过常规方法对污染水体QU样,建立不同水体污染类型和浓度以及与遥感图像密度的相关关系。

随着海洋经济在国民经济总产值比重的提高,海洋近岸水污染也日益严重。中国已建立成熟近岸水质遥感实时监测和信息快速报送系统,通过卫星监测,获取水质分类图像、水温、悬浮物、赤潮和水体污染状态等。

3.在海洋污染监测中的应用

国家卫星海洋应用中心从2008年起,利用卫星遥感技术针对近海可能产生灾害的绿潮爆发情况进行监视监测。截至2013年,共运用3600余轨数据,发布通告474期,向海洋局和地方有关部门提供监测信息服务。

(1)利用红外扫描仪监视石油污染

利用自主海洋卫星对近海海域的赤潮进行监测,已是当前赤潮监测的主要技术手段之一。而海洋环境与灾害应急天空地遥感综合监测技术系统及应用项目,在浒苔与溢油灾害遥感监测、海洋油气资源探测、海洋环境与海岛海岸带信息提取等方面,成果卓著。

利用红外扫描仪(使用波段为7.5~14μm)在白昼和夜间拍摄地面和海面的热图像,可有效地监视海面的石油污染。应用红外扫描仪可以测出辐射温度的差值,可从热图像上显示出海面的油污染及其分布情况。在热图像上计算出的厚油膜辐射温度与水的辐射温度差,要高于薄层油膜与水的辐射温度差,以此可区分海面油膜的厚度。

近年来,溢油遥感监测共运用2500余景数据,对渤海、南海、东海重点海域进行遥感业务监测,发布异常信息200次。多次参与溢油应急行动,为溢油应急处置提供监测服务。

(2)海洋污染监测

“中国研制的溢油遥感业务监测系统正在不断完善,在国内的应用前景良好,应用领域广阔,主要有海洋环境保护、海域使用管理、海洋资源开发、海洋科学研究和教育等。”林明森说。

水体中不同物质在海洋水色的各波段影像中得到了不同程度的显示。通过目视、光电方法解译判读,或以各种不同模式应用计算机进行处理,可以获得海面悬浮泥沙、浮游生物、可溶性有机物、海面油膜和其它污染物等海洋水色不同的信息。使用可见光遥感器(海岸带水色扫描仪、荧光水色成像仪、多波段可见光扫描仪)、红外遥感器(红外辐射计、红外扫描仪、热像仪)、微波遥感器(微波辐射计、雷达)以及激光扫描仪等,可得到上述各种所需信息。

中国拥有1.8万公里海岸线,海岸带面积约35万平方公里。2004年以来,国家卫星海洋应用中心开展了中国海岛、海岸带资源、近海海洋水体等方面遥感调查。

4.利用遥感信息技术分析城市生态与环境污染

约200名科学工作者,历时8年,行程上万海里,摸清了中国海岛、海岸带的资源分布、利用状况,近海海洋水体光学特性等,获取了TB量级的现场资料,制作3000余幅1:5万专题图以及上千幅中国近海海洋环境水体专题图,编著专著4部、报告8余册、图集3套。

(1)城市生态与环境污染

“尤其是编制了中国首部关于南海的岛礁卫星遥感高分辨率影像图集与中国海岛海岸带图集,首次采用高分辨率遥感影像揭示了中国南沙岛礁以及海岛海岸带的岛礁自然特征,为岛礁开发、利用、管理提供了科学支撑,对军事与海洋维权执法方面提供了有力的保障,对于中海岛海岸带资源规划提供了信息支持。”林明森指出。

应用卫星或机载热红外图像,通过图像处理技术,可定期把热污染的分布范围和强度显示出来。如武汉市1988年利用热红外遥感技术进行了调查,发现城区热源点多达185处,城市热岛中心则主要分布在汉口老城区。城市热CHANG对生态环境的影响是造成老城区大气污染程度加剧,大气扩散受到抑制,生态环境恶化。环

目前,项目产生的成果已广泛的应用到海洋的各个领域,并产生了巨大的经济与社会效益。

未来将发射的海陆雷达卫星星座,将继承高分三号卫星技术基础,具备海陆观测快速重访、干涉重访能力,能够进行1:5万-1:1万全球DEM数据获取、毫米级陆表形变监测与厘米计海面高度测量。

“届时,中国将进一步实现对海上目标、重要海洋灾害、地面沉降、全球变化信息的全天候全天时观测,满足海洋目标监测、陆地资源监测等多种需求。”林明森说,在遥感时代,海洋秘密近在眼前。

相关文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注