高空监测自然灾害

尹怀勤

7月19日，我国环境一号A／B星及长征二号丙改进型火箭顺利通过出厂审定，即将执行一箭双星发射任务。这两颗卫星是我国“环境与灾害监测预报小卫星星座”的光学卫星，除了具有高时间分辨率外，还有超光谱成像等技术创新点。卫星入轨后，将大大提高我国对环境生态变化、自然灾害发生和发展过程监测的能力。联想到震惊中外的汶川大地震，人们不禁要问：用卫星监测自然灾害的作用何在呢?

卫星监测的独特优势

众所周知，地球上每年都发生诸如台风、风暴潮、洪水、干旱、地震、滑坡、泥石流、冰雹、霜冻、病虫害和森林大火等自然灾害，威胁着人类的安全。我国既是一个幅员辽阔、人口众多的大国，又是一个自然灾害多发的国家。因此，采取措施有效减灾对于保障人民生命和社会财富安全具有十分重要的意义。

目前人类还不能控制和消除自然灾害，但已有能力利用航天高科技手段来监测、预报自然灾害，为及时采取相应措施提供依据以减轻灾害带来的损失。世界上不少国家利用多种卫星在减灾方面取得了大量的实际成果。如1986年7号台风袭击我国东南部沿海地区时，由于气象卫星提前72小时给出预报，各地政府和群众采取相应措施，使此次灾害减少损失达10多亿元。

在空间技术日臻成熟的今天，利用卫星监测地球是一种最经济、能取得最好效果的手段。根据主要监测对象的不同，可分为气象卫星、资源卫星、海洋卫星和国土普查卫星等。综合这些卫星提供的大量遥感图像资料，加上卫星特有的快速、大面积重点连接观测的优点，就可以严密监测地面的一切自然变异，为减灾救灾提供可靠信息。这是其他手段无法达到的。

毋庸置疑，灾害信息还应包括灾害发生的地理位置，为预报灾害出现的具体地点和指挥防灾抗灾、减灾救灾提供依据。虽然多种卫星的遥感图像资料可以预报灾害发生的地理位置，但定位精度只能满足一般要求。为了定位精度更高，能给出灾害具体位置，就需采用美国的导航星全球定位系统、俄罗斯的全球导航卫星系统和我国的北斗卫星导航定位系统。

一旦出现灾难后，灾情上报与指挥调度就成为救灾减灾的重要保障条件。此时的通信联系一般以数据和话音双向通信为主。在地面通信线路遭到破坏的情况下，为保证通信畅通，应主要依靠卫星通信，而以地面微波中继通信和短波通信作为辅助手段。通过通信卫星不仅能向各地电视台播放灾害新闻，而且能取得与奔赴灾区的车载移动通信站的联系，保证救灾人员与指挥部的通信畅通。

当然，上述各种卫星功能的发挥，都离不开地面应用系统的配合。为使读者能够了解这些基本原理，下面我们用卫星抗震救灾的具体事例加以说明。

救灾中发挥重要作用

5月12日四川汶川发生8级地震后，我国启动卫星管理应急模式，动用9种型号15颗卫星为救援行动提供技术支持，显示了航天技术在抗震救灾中的重要作用。

北斗星确保导航定位地震后通信和道路中断，灾区失去了和外界的联系。当首批武警官兵到达重灾区后，便使用北斗用户终端机，通过北斗导航定位卫星，连夜陆续发回实时灾情数据，让指挥部掌握了第一手资料。在地震当日下午，中国卫星导航定位应用管理中心即紧急调拨1000台北斗用户终端机赠给一线救援部队，成为指挥部和前方救援人员最有力的通信助手。北斗星是静止轨道卫星，犹如挂在空中的灯塔。由2颗工作星和1颗备份星组成的北斗卫星导航定位系统，为紧急救援提供了时效保障。

鑫诺星保障灾区通信广大观众从电视上了解地震新闻和信息，都是通过鑫诺一号、二号等静止轨道通信广播卫星开通的电视传输通道而实现的。管理这些卫星的中国直播卫星有限公司，在地震后为多家电视媒体开通14个临时电视传输通道，并及时为中国联通、武警部队等用户紧急提供了卫星资源和扩容宽带资源。与此同时，公司设法调整内部资源，准备了转发器带宽，满足了11辆中国移动应急通信车奔赴灾区现场使用的需求。这使汶川、茂县、绵阳等重灾区迅速恢复了卫星电话联系。开进北川等地区的应急通信车，保障了抗震救灾的通信畅通。

资源星提供监测资料为了对比地震前后的图像和实时监测灾情，这次动用了中巴资源卫星一号02、02B和中国资源卫星二号03三颗太阳同步轨道卫星。超期服役的中巴资源一号02星是2003年10月21日发射升空的，本已停止工作，5月13日9时被重新启动后，才实现了3星协同运行，满足了监测要求。其后，卫星应用中心每天安排1颗资源卫星经过灾区上空并成像，地面工作人员及时把卫星下传数据处理出影像图，为救灾工作提供了决策参考资料。资源卫星图片不仅发现了多处滑坡和堰塞湖，而且为防止次生灾害提供了技术服务。有专家指出，卫星监测数据显示，汶川地震使其所在的龙门山升高了9米，说明龙门山造山运动仍在进行，这是非常值得重视的科学问题。另外，对地观测的北京一号小卫星也传回大量地震影像，为恢复灾区道路、评估灾害损失提供了宝贵资料。

气象星观测灾区风云掌握气象变化情况对震后救援工作非常重要。为此，国家卫星气象中心通过风云一号D太阳同步轨道气象卫星和风云二号C和D两颗静止轨道气象卫星发回地面的资料，仔细分析灾区气象情况，及时为救援工作提供气象服务。

风云二号两颗卫星可对灾区连续进行气象观测，实时将资料发回地面。地面指令两星启动加密预案，它们每隔15分钟交替提供1张卫星云图，为灾区气象部门提供了更加准确的监测数据。此外，地震发生后，我国还得到了欧洲空间局和美国、日本、加拿大等国的卫星数据资料，帮助震区救灾，充分体现了国际空间合作的重要性。

值得期待的两颗新星

监测自然灾害，除了前面讲过的几种卫星以外，有的国家还使用装有合成孔径雷达的微波遥感卫星，简称雷达卫星。这种卫星具有全天候对地观测能力，特别适于对自然灾害的监测，故又将其称为“减灾卫星”。

我国已经使用飞机装载合成孔径雷达监测灾情，并取得良好效果。不过，当受灾面积比较大时，使用这种航空遥感的办法，飞机就得多次起降，工作周期为10天的循环监测便显得费用过高，很不经济。为此，21世纪初，我国成功地研制出星载合成孔径雷达，并实现了对地成像。

两颗新星的有效载荷，可以说既有可见光遥感器，又有微波遥感器，是两者的综合装置。星载可见光的应用虽有局限性，但也有明显优点。如探测云图和植被通常采用0.58～0.68微米谱段的可见光，探测火情则用355～393微米谱段的中红外，合成孔径雷达就难以完成这些任务。星载合成孔径雷达微波遥感器却能利用微波穿透云层和一定地表深度的能力，根据介电常数与雷达回波强度的关系，可探测出地表层下一定深度的土壤水分等情况，还弥补了可见光与红外遥感器不能进行全天候对地观测的不足。综合利用这两类星载遥感器，能够获得精度较高的监测数据，从中提取更多的有用信息，为减灾提供更有效的技术支持。

环境一号A／B星投入使用后，可获得高时间分辨率、中等空间分布率的对地观测数据，对我国大部分地区可实现每天一次重复观测，将大大缓解目前对地观测数据紧缺局面。卫星数据不仅能为环境与减灾业务运行系统提供重要保障，还将成为很多部门日常业务的重要数据源。基于环境卫星数据建立的环境与减灾应用系统，对推动遥感卫星业务服务具有重要的示范作用。就汶川震后的恢复重建来说，两颗新星就可对震区地壳变化情况进行调查，为新的大型建筑和重要交通线路选址提供宝贵资料。

环境一号A／B星还将对推动我国遥感卫星国际合作以及在国际卫星相关事务等方面具有非常重要的作用。不难想象，待我国“环境与灾害监测预报小卫星星座”建成后，该星座系统的作用将会更为巨大。按照预定计划，由8颗卫星组成的“环境与灾害监测小卫星星座”具有高时间分辨率和全天候的观测能力，能够及时准确地对自然灾害、环境污染和生态情况进行大范围、连续动态监测。

责任编辑庞云