中国遥感技术监测全球生态环境

科技撷英

中国遥感技术监测全球生态环境

当“千里眼”的传说还在耳边，现代科技打造的“千里眼”已悄然来到人们身边。遥感，一种从远处探测、感知物体或事物的技术，起步于上世纪60年代初，被称为感知地球的“千里眼”。这个“千里眼”本领无限，能监测通讯中断的地震灾区，为粮食作物估产，替人们探视难以到达的沙漠峻岭，还能帮助勘探矿产、监测雾霾……这个神奇的中国“千里眼”究竟如何瞰世界？

遥感水平国际先进

中国科学院院士郭华东告诉《经济日报》记者：“在过去的四五十年间，随着需求的增长，遥感技术不断向更高水平发展。”比如，遥感影像的空间分辨率从最初的几十米级发展到现在的不到1米；一开始，遥感仅能在晴天而且是阳光灿烂的天气条件下才能获取数据，现在哪怕在刮风下雨等恶劣条件下也能采集数据。我们国家遥感水平总体上非常先进，某些技术还处于国际前沿。”

“全球观测从应用角度来讲，我国基本和国际前沿接轨。”科技部国家遥感中心总工程师李加洪介绍，遥感的应用大致经过四个阶段：第一个阶段是单颗卫星在国内观测；第二个是多颗卫星在国内观测；第三个是用单颗卫星观测全球；第四个是用多颗卫星建立虚拟系统观测全球。目前，我国的遥感监测属于第三和第四个阶段。

中国航天科技集团公司相关负责人透露，航天科技集团将于2022年左右建成一个“16+4+4+X”，即由16颗0.5米分辨率光学卫星、4颗高端光学卫星、4颗微波卫星以及多颗视频高光谱等微小卫星组成的0.5米级高分辨率商业遥感卫星系统，并将于今年年底前执行首次发射。

我国已逐步建立了气象、资源、环境、海洋和高分等地球观测卫星及其应用系统，其观测能力很大程度上满足了我国在环境、资源和减灾等方面对地球观测数据的需求。同时，作为地球观测组织（GEO）的创始国和联合主席国，通过GEO合作平台，中国向世界开放共享其全球地球观测数据，并努力提供相关信息产品和服务。

为积极应对全球变化，科技部2012年启动了全球生态环境遥感监测年度报告工作。在科技部指导下，国家遥感中心（GEO中国秘书处）联合遥感科学国家重点实验室，通过共同组建生态环境遥感研究中心，充分利用国家科技计划及相关部门的科研成果，跨部门组织国内顶尖的科研团队参与年报工作。

科技部在2013年5月首次正式公开发布了《全球生态环境遥感监测2012年度报告》。从2013年度报告开始，年报正式发布时间定为每年的世界环境日。2013年度报告和2014年度报告陆续发布了陆地植被生长状况、大型陆表水域面积时空分布、全球大宗粮油作物生产形势、全球城乡建设用地分布状况等专题报告。2015年度报告选定“一带一路”生态环境状况和大宗粮油作物生产形势这两个专题开展监测分析。2016年度报告继续关注粮食安全热点问题，聚焦“大宗粮油作物生产形势”专题开展监测分析，主要基于多源遥感与气象数据，对2016年度全球65个农业生态区的气象条件、全球7个农业主产区及中国7个农业分区粮油作物种植与环境限制状况、全球粮食产量与供应形势进行了遥感监测和分析，并对2017年全球粮油生产形势进行了展望。

聚焦“一带一路”生态

全球生态环境遥感监测年度报告工作专家组副组长、中国科学院地理科学与资源研究所刘纪远研究员介绍说，“一带一路”陆域和海域空间范围广阔，生态系统复杂多样，生态环境要素异动频繁，全面协调“一带一路”建设与生态环境可持续发展，亟须利用遥感技术手段快速获取宏观、动态的全球及区域多要素地表信息，开展生态环境遥感监测。通过获取“一带一路”区域生态环境背景信息，厘清生态脆弱区、环境质量退化区、重点生态保护区等，为科学认知区域生态环境本底状况提供数据基础。同时，通过遥感技术快速获取“一带一路”陆域和海域生态环境要素动态变化，发现其生态环境时空变化特点和规律，可为科学评价“一带一路”建设的生态环境影响提供科技支撑。此外，重要廊道和节点城市高分辨率遥感信息的获取，还将为开展“一带一路”建设项目投资前期、中期、后期生态环境监测与评估，分析其生态环境特征、发展潜力及可能存在的生态环境风险提供重要保障。

此次“一带一路”生态环境状况报告的监测区域覆盖100多个国家和地区，包括蒙古和俄罗斯区、东南亚区、中亚区等7个陆上区域，以及中国东部海域、南海、孟加拉湾、阿拉伯海等12个海域。陆域监测区面积为5600万平方千米,海域监测面积2242万平方千米，分别占全球陆地和海域面积的37.6%和6.2%。此次报告通过对2000年至2015年期间的风云卫星、海洋卫星、环境卫星、高分卫星、陆地卫星（Landsat）和地球观测系统（EOS）Terra/Aqua卫星等多源、多时空尺度遥感数据的标准化处理和模型运算，形成了土地覆盖、植被生长状态与生物量、农情、海岸线、海表温度、光合有效辐射、海水透明度和初级生产力等遥感数据产品。

“一带一路”生态环境状况报告系统地生成了监测区域陆域与海域现势性较强的土地覆盖、植被生长状态、海洋环境等方面的31个生态环境遥感专题数据产品。根据这些数据产品，报告就陆域7大区域、6个经济走廊及26个重要节点城市的生态环境基本特征、土地利用程度、约束性因素等，以及12个海区、13个近海海域和25个港口城市的生态环境状况进行了系统分析，取得了系列且非常有意义的监测结果。相关成果不仅可为‘一带一路’倡议的实施规划方案制定提供现势性和基础性的生态环境信息，而且可作为“一带一路”倡议实施过程中的生态环境动态监测评估的基准。数据产品将无偿与相关国家和国际组织共享，共同促进区域可持续发展。

瞄准大宗粮油作物

遥感技术是在全球范围实现宏观、动态、快速、实时、准确的生态环境动态监测不可或缺的手段，已广泛应用于大宗粮油作物长势监测与产量评估。

遥感多尺度、多时空分辨率的监测指标已被广泛应用于农业领域。农情监测信息定期送达多个国家和部门，可实现全球农情监测，打破了美国对全球粮食生产形势信息发布的话语垄断权。

中国科学院遥感与数字地球研究所在1998年建立了全球农情遥感速报系统（GropWatch）。该系统构建了不同时空尺度的农情遥感监测多层次技术体系，利用多种原创方法及监测指标及时客观地评价粮油作物生长环境和大宗粮油作物生产形势。GropWatch与欧盟的MARS和美国农业部的Grop Explorer系统并称全球三大农情遥感监测系统，为联合国粮农组织农业市场信息系统（AMIS）提供全球粮油生产信息。

全球大宗粮油作物生产形势遥感监测所使用的遥感数据包括中国环境与减灾监测预报小卫星星座、高分一号、资源一号02C星、资源三号、风云二号和风云三号气象卫星数据，以及美国对地观测计划系统的陆地星和海洋星的中分辨率成像光谱仪和热带测雨卫星数据。分析过程所使用的参数数据包括归一化植被指数、气温、光合有效辐射、降水、植被健康指数等，在此基础上采用农业气象指标、复种指数、耕地种植比例、最佳植被状况指数、作物种植结构，通过时间序列聚类空间分布以及生长过程监测等方法进行玉米、小麦、水稻和大豆的生长环境评估、长势监测以及生产与供应形势分析。

科技部相关负责人表示，全球生态环境遥感监测年度报告和相关数据集产品均同步公开发布，并提供网络在线服务。