环境卫星：大范围、快速、准确、动态监测污染事件发生
它远离地球600多公里，专家称它“站得高、看得远”。
它的眼睛是CCD相机、红外相机和高光谱成像仪，能够看到地球的每个角落。
它可以对生态环境进行大范围、快速、动态监测，是不折不扣的环保卫士。
它就是环境一号卫星。
自2008年9月6日环境一号卫星A/B星(以下简称“环境卫星”)成功发射以来，为充分发挥环境卫星的作用，环境保护部卫星环境应用中心(以下简称“卫星中心”)按照边建设、边应用、边见效的方针，初步建立了水、气、生态环境业务化应用系统，在太湖和巢湖等大型水体蓝藻水华监测、沙尘暴监测、秸秆焚烧监测、区域生态环境动态变化监测等方面积极开展应用工作，卫星应用成果得到国务院领导和环境保护部的高度重视和肯定。
环境卫星具有哪些优势？环境卫星的作用有多大？环境卫星数据是怎样获取的？环境卫星数据的应用具有怎样的意义？带着这些问题，本报记者来到卫星中心，在专家的解析下，环境卫星的神秘面纱徐徐揭开。
环境卫星具有哪些优势？
2007年以来，江苏省太湖湖区多次发生较大范围的水华，严重威胁当地的饮用水安全，给当地群众的生产生活造成了重大影响，环境监测部门承担的蓝藻监测预警任务十分繁重。
2008年9月，环境卫星成功发射后，卫星中心向江苏省环境监测中心提供环境卫星数据，开始开展太湖蓝藻水华动态监测。
从2010年4月1日开始，应江苏省环境监测中心请求，卫星中心与江苏省环境监测中心建立了环境卫星数据快速分发机制。卫星中心在环境卫星地面站接收系统中，设立了太湖湖体遥感数据“窗口”，定期监测太湖湖体。
快速分发机制有多快？卫星中心的工作人员告诉记者，当卫星地面站接收到太湖湖体遥感数据后，30分钟之内即可处理完毕，卫星中心随后在30分钟之内，解译水华的面积数，编制基于环境卫星遥感数据的太湖蓝藻监测快报，上报环境保护部有关部门。与此同时，卫星中心10分钟之内，将数据传输到江苏省环境监测中心，向江苏省环保厅、省委省政府提供监测快报。
接到快报后，江苏省环保厅可以快速反应，迅速派员前往卫星监测到的水华发生区域进行核实、处理。
“2009年11月3日，在太湖的竺山湖、梅梁湖、马山水域及西部沿岸区监测到水华，面积估算约151.5平方公里，占太湖总面积的6.5％，为零星性水华。”
“2009年11月4日，太湖水域无云覆盖，在竺山湖湖口水域和梅梁湖监测到水华，面积估算约8.5平方公里，占太湖总面积的0.4％，可视为无水华。”
随机抽取一份太湖水华遥感监测报告，通过文字描述可以清晰地了解到当天太湖水华的情况。
“这里是监测到水华的水域，我们把它处理成醒目的黄色。这里是没有监测到水华的区域，图像中为蓝色。蓝色和黄色形成鲜明的对比，可以直观地看出哪个水域监测到水华。”卫星中心的工作人员指着监测报告上环境卫星摄取的太湖影像向记者介绍说。
记者从江苏省环境监测中心了解到，太湖的地面监测点呈网格状分布于太湖，监测人员凭借监测点的监测数据推测整个太湖的水质，由于地面监测点缺乏时空连续性，难以全面监测太湖水质，利用环境卫星遥感监测则可以弥补这个缺点。
目前，我国共有水环境、环境空气等地面监测站点2200多个，但由于我国幅员辽阔，获取的环境监测数据仍限于点上，难以推及面上。中国工程院院士魏复盛在接受记者采访时这样评价环境卫星，“采用卫星遥感技术，可以大范围、快速、准确、动态地监测环境状况变化和突发性环境污染事件，可以有效弥补地面环境监测缺乏时空连续性、费用高、监测站点分散，难以全面、及时监测和预警环境状况及其发展趋势的不足，因此环境卫星有着不可替代的优势。”
环境一号A/B星发挥了哪些作用？
“2010年3月19~21日，受蒙古气旋和冷空气影响，我国北方部分地区出现了今年最强的一次沙尘天气过程，并扩散到了长江流域及其以南地区。监测结果显示受沙尘天气影响的地区主要分布在南疆盆地、内蒙古中西部、京津地区、河北、山西东南部、宁夏、甘肃、陕西、河南、山东、苏皖北部、湖北北部、四川盆地东北部。经统计，3月19~21日，我国受沙尘影响面积分别约为39万、140万、46万平方公里。”
这是一份卫星中心出具的沙尘暴监测报告。为充分发挥环境卫星的作用，卫星中心初步建立并完善了水、气、生态环境业务化应用系统，除了开展沙尘暴监测、大型水体蓝藻水华监测，还在秸秆焚烧监测、区域生态环境动态变化监测等方面开展了应用工作。
——在环境质量监测方面，按照环境保护部监测司要求，利用环境卫星数据及其他卫星数据源，对太湖、巢湖、滇池及三峡库区的水华进行动态监测；会同监测总站每日向监测司报送太湖蓝藻水华监测预警日报，巢湖、滇池蓝藻水华监测周报；开展了春季北方沙尘、长三角等重点城市群霾监测及全国的秸秆焚烧监测工作。每年夏、秋两季会同环监局在环境保护部、12369中国环保热线网站上刊登相关监测结果，为环境执法部门提供参考信息；开展了乌梁素海黄藻、东海和珠江口赤潮等应急监测与评价。
——在业务应用方面，根据环境保护部生态司的要求，对2009年和2010年新建和调整的国家级自然保护区进行了遥感监测，重点提取了保护区内工矿、城镇居民点、道路和农田等人类活动信息，并对监测结果按照保护区的核心区、实验区和缓冲区分别进行统计，为核查国家级自然保护区内人类活动情况提供了重要技术支持。
——在数据信息支持方面，按照环境保护部核安全司要求，对多个拟建核电项目进行遥感核查，制作了几十幅拟建核电项目遥感监测专题图，为核安全司对拟建核电项目状态监控提供重要支持；按照生态司要求，开展了青海木里矿区遥感核查工作，上报了专题报告；按照应急中心要求，及时开展了官厅水库水色遥感核查工作并上报了专题报告；按照污防司要求，初步开展了饮用水水源地遥感应用示范工作。
随着生态环境遥感应用的不断深入，卫星中心将利用环境卫星逐步开展全国生态环境质量评价工作，开展国家级自然保护区、重要生态功能区、生物多样性优先保护区本底遥感调查工作，为全面了解和掌握国家级自然保护区保护效果、重要生态功能区服务功能变化、生态系统健康状况等提供重要依据。
环境卫星数据是怎么获取的？
环境卫星数据具有宽覆盖、重访周期短、光谱分辨率高等特点，是目前国内民用卫星中技术最复杂、指标最先进的对地观测系统。
记者从卫星中心了解到，环境卫星A星配备了两台CCD相机和一台高光谱成像仪，环境卫星B星配备了两台CCD相机和一台红外相机。A星与B星在同一轨道面内，呈180°相位运行，两颗星配合，可两天对同一地区进行快速重访。
A星和B星上两台CCD相机幅宽可达700公里、地面分辨率为30米，谱段数有4个，蓝绿波段可用于浅水区的水深探测，也可用于环境背景调查，区分土壤与植被等，对叶绿素和其他色素、水体混浊度等具有潜在的应用能力；绿光波段可用于由于环境背景变化而引起的植被活力改变，在水体监测中它还是混浊水体、悬浮沉积物、赤潮的重要应用波段；红光波段可用于对叶绿素及叶绿素荧光的探测；红外区波段对气溶胶和水汽的大气校正、植被生态监测有重要意义。
高光谱成像仪幅宽为50公里、地面分辨率为100米，谱段数为115，波谱分辨率为5nm，具有精细探测能力，在生态环境监测中具有重要的实际应用价值，它可以监测土地的沙化、盐碱化、石漠化，可进行土地分类、植被分类等。
红外相机幅宽为700公里，近红外和中红外谱段分辨率为150米，热红外谱段分辨率为300米。近红外通道对于土壤和城市环境探测具有一定作用；中红外通道适于热污染、秸秆焚烧等火点目标特性探测；热红外通道可在夜间成像，对城市热岛等地表热特性、城市垃圾等监测有重要作用。
环境卫星环境应用系统是环境遥感监测业务的重要支撑和保障。环境应用系统由业务运行管理分系统、数据管理与用户服务分系统、图像处理分系统、环境空气遥感应用分系统、地表水环境遥感应用分系统、生态环境遥感应用分系统等组成。根据环境卫星数据地面应用系统的处理能力，按照数据处理过程，环境卫星遥感数据产品可分为9个级别:
(1)原始数据:卫星下行接收得到的原始码流数据文件；
(2)0级数据产品:对原始数据，进行解压缩、帧同步、格式化以及分幅处理，获得的标准景数据产品；
(3)1级数据产品(系统辐射校正产品):未进行系统几何校正，进行了谱段间的配准校正和系统辐射校正；
(4)2级数据产品(系统几何校正产品):辐射校正与1级相同，进行了系统几何校正；
(5)3级数据产品(几何精校正产品):基于2级产品数据，利用卫星精轨数据和地面控制点，对图像进行了几何精校正；
(6)4级数据产品(正射校正产品):基于3级产品,利用卫星精轨数据、地面控制点和地面高程模型进行了几何精校正;
(7)5级数据产品(图像加工数据产品):利用常用的图像处理方法(镶嵌、融合、滤波、锐化等)对数据进行了图像处理;
(8)6级数据产品(专题数据产品):根据地表水、大气和生态环境遥感监测与评价的需求,在对3级~5级产品进行再加工的基础上,生产出的环境监测指标和参数的专题产品;
(9)7级数据产品(应用数据产品):根据地表水、大气和生态环境遥感监测与评价的需求,在对3级~6级产品进行再加工的基础上,生产出的各类环境遥感监测与综合分析评价应用产品。
环境卫星遥感数据产品的应用可以为突发环境事件应急提供高效的技术支持、为环境管理决策提供高效的技术支持,服务于环保事业,服务于人民大众。
环境卫星数据应用有何意义?
目前,随着环境卫星数据的分发范围不断扩大,环境卫星的作用得到了更好的发挥。
例如,2009年9月20日～10月10日,为保障国庆期间首都环境质量稳定和安全,卫星中心会同环境保护部华北督查中心利用环境卫星监测火点,开展了国庆期间华北地区(北京市、天津市、河北省、山西省和内蒙古自治区)秸秆禁烧信息快报编制工作,秸秆禁烧监测结果同时在环境保护部网站上公布。
卫星中心的工作人员告诉记者,利用卫星遥感监测,可以迅速发现火点,并且确定火点所处的精确位置,依据卫星监测快报提供的情况,华北5省(市、区)各级环保部门可以迅速前往核查、处置。所以,国庆期间秸秆焚烧现象基本得到遏制,使国庆期间的大气环境质量得到保障。
再如,2010年4月14日,青海省玉树县发生7.1级地震,地震造成巨大破坏和伤亡。地震发生后,卫星中心启动了环境卫星对玉树地区的应急观测机制,及时获取了玉树地区环境卫星数据,应青海省环境保护厅请求及时提供了环境卫星、高分辨率卫星数据等60多景,这些数据空间分辨率从1米到30米不等,数据量共约50G,对地震后生态环境影响评估起到了重要作用。
随着应用的不断深入,卫星中心还将利用环境卫星等遥感数据在环境应急监测、固体废弃物监测、饮用水水源地监测、环境影响评价等方面开展工作。届时,环境卫星将发挥更加重要的作用。
相关链接
地方环保部门如何获取环境卫星数据?
《2010年环境监测工作要点》明确要求卫星中心要及时、无偿给省级环保部门提供环境卫星遥感数据,以加强对遥感技术在环境监测领域应用的技术开发和成果转化,最大程度上发挥其在环境监测中的作用。
为推进环境卫星数据在环保系统的应用,充分发挥卫星的社会经济效益,卫星中心编制了《环境与灾害监测预报小卫星星座(H J -1卫星)数据产品分发管理办法(暂行)》和《环境与灾害监测预报小卫星星座(H J -1卫星)数据产品分发说明及流程(暂行)》,组织开发了环境卫星数据产品共享服务系统。环境卫星数据产品分发管理办法已于2009年5月由环境保护部发文颁布,面向全国环保系统分发环境一号卫星数据产品。
2009年10月,环境卫星数据产品共享服务系统正式上线测试,经30多家环保系统用户单位测试,基本功能运行正常。目前,环境卫星数据产品共享服务系统已经正式运行,全国各地环保系统可以使用环境卫星数据开展遥感应用工作。 环保系统用户通过登陆环境卫星数据产品共享服务网站(www.secmep.cn)浏览和免费下载卫星数据2级产品。使用环境卫星数据产品共享服务系统需要登陆网站注册用户信息,利用系统提供的功能查询、浏览和选择下载所需的环境卫星数据。
用户注册时需按照要求填写真实有效信息,并将用户注册申请表加盖单位公章传真到卫星中心,卫星中心对注册用户提供的信息进行审核,审核通过后,用户有权限查询、浏览、下载环境卫星数据产品。
关于环境卫星数据产品查询和浏览,环境卫星数据产品共享服务系统提供了各种查询功能和良好的操作界面,用户利用这些功能可方便地进行数据产品查询和检索,并对查询到的数据产品快视图进行浏览。
关于环境卫星数据产品的下载,用户从查询结果中选择需要的数据产品,加入下载数据列表。用户确认所要下载的数据产品后,提交卫星中心审批,审批通过后,系统生成订单编号,通过订单编号可以下载数据产品,详细操作说明可查看网上帮助内容。另外,针对数据量比较大的用户,可以通过移动硬盘拷贝的方式获取数据。
如何获取境外的遥感数据?
对于参与国际合作的用户,如需要对接收站(北京密云、新疆喀什、海南三亚)范围以外的区域获取数据,提前10天向卫星中心提交数据接收计划(包括接收时间、接收数据范围等信息),卫星中心根据用户的申请计划编排环境卫星数据接收计划。环境卫星通过星上记录模式,将各传感器的观测数据经过压缩、编码处理、格式编排和加扰后,记录在星上的固态存储器中。
地面接收系统根据卫星轨道精确计算出卫星进入中国地面接收站范围的时间段,当环境卫星处于地面接收站可视范围内时,卫星将固态存储器中存储数据通过回放模式发送给地面接收站。卫星中心再把地面处理系统处理的境外数据提供给用户。
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