卫星遥感：捕捉污垢的天罗地网
“通过长期遥感监测，我们发现，在秋冬交际的10月份是极易发生灰霾的季节，京津冀以及安徽、东北等地都有灰霾出现。”在日前召开的环境空气质量遥感监测技术研讨会上，环境保护部卫星环境应用中心研究员厉青表示，遥感监测不仅可以监测灰霾，还可以研究各地灰霾的动态发展规律。
当前，我国大气污染形势严峻、重污染天频发，环境空气质量遥感监测得到了各级环境监管部门的高度重视和广泛参与。为及时交流遥感监测技术的新进展，提高空气质量天地一体化监测预警能力与水平，由环境保护部监测司指导，环境保护部卫星环境应用中心主办、中科宇图天下科技有限公司承办的环境空气质量遥感监测技术研讨会在北京举办，研讨会对遥感监测的技术前沿、监测方法、应用情况、能力建设等进行研讨与交流。
中国环境监测总站、中国环境科学院、环境保护部卫星环境应用中心等环境保护部直属单位、全国将近20个省级和40个市级环境监测中心站参加了此次研讨会。
记者了解到，遥感监测如今不仅在“特殊时期”发挥作用，而且已经成为全国环境监测的“常规军”，在秸秆焚烧、沙尘预警预测、颗粒物监测、雾霾监测方面都发挥了积极作用。目前，已有地方实践将卫星遥感监测与地面监测相配合，形成了立体化的环境监测网络。
 图为今年6月25日江苏省卫星遥感监测到的火电分布图。 |
■满足多种环境监测需求实现污染物趋势判断
可以对颗粒物浓度、污染气体、秸秆焚烧、沙尘等环境要素进行监测，长时间序列的动态监测有助于灰霾的预警预测
研讨会上，与会专家无不流露出一致的观点，即卫星遥感技术可以在城市环境质量监测、大气污染防治、大气污染监管、全球气候变化监测方面发挥巨大作用。
近两年，雾霾已成为各地面临的共同难题，也成为各级环保部门监测的重点。现实情况是，仅靠地面监测已不能满足空气质量监测的需求，而遥感监测可以实现实时、大范围动态监测，获取区域大气污染物分布情况。
环境保护部卫星环境应用中心高级工程师王中挺介绍说，利用卫星遥感技术监测灰霾，相当于每一平方公里就能收集到一组监测数据，这样的监测密度是普通地面监测站点不能覆盖的。不仅如此，遥感监测还可以实现气溶胶光学厚度（AOD）、颗粒物浓度（PM10、PM2.5），污染气体（SO2、NO2、O3、CO等）柱浓度的监测，而这些都是雾霾形成的前体物，对于灰霾预测预警有着极大的作用。
江苏省环境监测中心副主任李旭文通过实验表明了遥感监测的作用，通过对11张江苏省太湖流域影像中区域能见度信息进行提取，并与30个地面空气自动监测站采集的PM10和1个能见度自动监测站数据进行对比，结果发现，在稳定的天气系统和晴朗无云、少云条件下，卫星遥感与地面空气质量自动监测结果有很好的一致性，“说明遥感监测具有很高的业务化应用价值，遥感技术可以在区域灰霾问题的大尺度监测预警中发挥重要的作用。”李旭文说。
“APEC期间区域大气环境遥感监测结果显示，与去年同期相比，京津冀及周边地区大气PM2.5浓度同步出现了不同程度的下降，各地空气质量都得到了明显改善，PM2.5日均浓度平均值降低了30%以上。”北京市环境监测中心遥感室主任李令军介绍说。
除此之外，遥感监测在秸秆焚烧、扬尘、沙尘暴、大气环境污染事故等大气环境监管方面也大有可为。比如在秸秆焚烧监测上，环境保护部卫星环境应用中心主任王桥介绍说，目前秸秆焚烧遥感监测已经形成业务化产品，每天都会对全国秸秆焚烧的数量、点位进行监测，从而形成秸秆焚烧的日报。根据卫星遥感监测数据统计结果和各地报告的现场巡查检查结果总结的日报，将由环境保护部统一对外发布。
遥感监测除了发挥基本的监测、预警作用之外，通过长时间的遥感监测，还可以对长期的气候变化进行预测。比如以二氧化碳、甲烷、臭氧等遥感监测为重点，对全球变化敏感区温室气体进行遥感监测，可以预测气候变化趋势。江苏省2005年~2010年平均臭氧柱浓度时空分析显示，全省臭氧表现出明显的纬向分布特征，从北至南逐渐增加。从年际变化变化来看，臭氧的浓度有逐年增加的趋势。
■应用产品逐步升温遥感数据可视化增强
卫星遥感监测应用系统和平台层出不穷，其自动生成图表、统计结果、监测报告等功能降低了技术门槛，提高了工作的便利性
随着卫星遥感监测的升温，相应的卫星遥感监测应用平台和模块也逐步得到应用和开发。
据李旭文介绍，江苏省环境遥感业务化平台在遥感监测业务中发挥了重要的作用。江苏的环境遥感业务化平台主要包括水环境遥感监测应用、大气环境遥感监测应用和生态遥感监测应用。其中水环境遥感监测中针对监测太湖蓝藻开发的蓝藻水华自动解译系统和海量数据遥感管理平台，可以满足大量遥感影像数据的存储和解译工作，自动将原始的遥感监测数据直接生成蓝藻遥感监测数据报告，完全不需要人工干预，大大提升了工作效能。
而针对灰霾开发的灰霾遥感监测软件则可以实时监测整个江苏省的灰霾指数，有助于宏观地、大范围地反映灰霾发生面积和严重程度。
中科宇图环境质量研究院副院长谢涛则介绍了中科宇图推出的卫星遥感监测系统。
据了解，系统具有数据获取的功能，可以实现数据自动和半自动批量下载，减少用户重复操作，提高了工作效率。系统在数据下载完毕后，可实现大气颗粒物、秸秆焚烧、沙尘的自动化监测，无须人工干预，降低了系统使用的技术门槛。
记者了解到，数据产品有多种呈现方式，系统可自动生成空气质量遥感监测数据的统计制图及监测报告。针对某种环境要素，用户可以选择柱状专题图、空间柱状分析图（可以统计环境要素分布的最大值、最小值、平均值、标准差），或者根据地理要素进行输出，也就是在地图上用颜色表示浓度变化。除此之外，用户还可以选择动态播放污染物浓度的空间分布。
为了便于直观理解，系统还实现了在线监测数据（点）、遥感监测数据（面）、激光雷达监测数据（垂直）的三维直观展示，使得枯燥的数据可视化，满足了专业人士和普通人双重需求。
“相比于传统站点监测，系统可以获取颗粒物和污染气体浓度的区域分布，掌握污染物在空间上和时间上的分布趋势和规律，为区域大气联防联控提供支持。”谢涛说。
■加强环境分区管理构建遥感监测网络
卫星遥感技术的进一步应用将会打破行政区划，强化区域管理与合作，进而构建大气环境监测网络
在谈到卫星遥感技术如何在大气环境监测中进一步发挥作用时，与会专家不约而同地强调了大气环境区域管理的重要性。
中国工程院院士郝吉明表示，要发挥卫星遥感监测大范围、大区域的监测作用，未来的环境管理应当转变为以质量改善为核心的环境管理模式，大气环境管理应打破行政边界的限制，进行科学大气环境管理分区，比如将我国东部污染较重且传输活跃的省份统一纳入一个分区。
他认为，未来以区域进行联防联控应该成为常态，APEC期间经过6省市的联防联控，PM2.5日均浓度值下降30%以上，硫酸盐下降50%左右，有机物、硝酸盐也有大幅下降，减排效果明显。
厉青也从目前一项关于“中东部地区卫星关键技术研究”中，提出分区管理监控的理念。“我国中东部是一个非常大的区域，但各地区气溶胶分布不同，成分也不一样，有的以硫酸盐为主，有的以硝酸盐为主，所以对中东部地区进行合理分类，是遥感监测技术进一步发挥作用的关键。”
除此之外，遥感数据与地面监测数据结合，形成立体化监测数据，也成为未来遥感监测研究的方向。谢涛提出，未来将要研究多源数据实时同化技术，也就是说把不同来源、不同分辨率、直接和间接的观测数据与模型模拟结果集成具有时间一致性、空间一致性和物理一致性的数据集。
中科宇图环境研究院院长刘锐则进一步提出建立大气环境遥感监测系统。他认为未来应大力发展我国的大气环境遥感监测技术，并充分利用现有的环境监测网点和常规监测方法，采用遥感技术与地面监测相结合的方法，建立我国的大气环境遥感监测系统。
厉青也补充到，未来应在区域协作的基础上加强灰霾颗粒物监测能力，各地打破行政区划积极推进合作，形成区域甚至全国的灰霾颗粒物监测网络。
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遥感监测有哪些应用？
★秸秆焚烧
目前，遥感技术在秸秆焚烧监测方面已经有比较成熟的运用。
据介绍，2014年9月20日~10月20日秋季秸秆焚烧高峰期内，环境保护部每周都会根据遥感监测统计情况发布本周卫星遥感监测火点（未经核实的疑似火点）分布情况、各省份火点数排名情况以及按每千公顷耕地面积上火点数计算的火点强度排名情况。
北京市环境监测中心遥感室主任李令军也表示，每年6月~10月，结合地面地理信息数据，北京市环境监测中心会对北京及周边的农业用地基于卫星遥感进行每天的火点遥感监测，并且会结合农作物种植，提前做预评估。
江苏作为传统的粮食生产基地，从2009年开始，在夏收、秋收期间，江苏省环境监测中心就利用卫星遥感影像数据对江苏省及周边省份进行秸秆焚烧火点动态监测，每天两次识别秸秆焚烧火点信息、编制监测日报，为秸秆焚烧地面巡查、现场执法工作提供了有力支持。
★灰霾监测
卫星遥感对灰霾的监测被各地提上日程，也得到了专家的积极呼吁，但是目前还处于探索阶段。
江苏省环保厅表示，目前正在推进卫星遥感监测雾霾，但是这一技术只能监测雾霾，反映雾霾的整体状况和严重程度，但是还无法对雾霾进行预报。
河北省环境监测中心站早在2013年就与与环保部卫星应用中心在北京召开遥感监测专题工作会议，双方签署了《环境遥感监测与综合应用合作协议》，提出从8月份起，以京津冀地区为监测范围，开展雾霾分布情况分析，并以唐山为试点，对水泥、钢铁、火电等行业未批先建项目进行遥感监测。这标志着河北省卫星遥感监测环境进入全面实施阶段。为动态掌握企业污染源空间分布、农村取暖季污染源分布情况，双方还就建立污染源数据模板及统一数据库结构达成共识，同时将与大气遥感技术结合，建立污染源排放与大气污染关系模型，逐步提高大气污染预测分析能力。
★沙尘监测
卫星遥感在沙尘监测方面具有独特的优势，可以大范围的、动态的进行监测，可以研判沙尘的动态趋势。
据了解，北京环境监测中心在每年春季3月~5月，都会对沙尘过程进行遥感监测，并形成监测专报。
江苏“遥感观测信息服务”的沙尘遥感观测模块主要用于监测江苏及周边省份沙尘天气影响范围及变化情况，具备卫星影像数据预处理、沙尘范围识别、沙尘强度反演、监测产品制作与输出等功能。
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