高分卫星在西藏生态环境监测中的应用

文｜牛晓俊 黄艳丽 边多 曾林 扎西欧珠

1.高分辨率对地观测系统西藏数据与应用中心2.西藏自治区遥感应用研究中心3.西藏自治区气象局

一、前言

西藏自治区地处青藏高原腹地，国土面积120多万平方千米 ，约占我国国土总面积的八分之一，平均海拔在4000m 以上，素有“世界屋脊”之称。西藏地形复杂多样，气候寒冷干燥，自然环境独特。不仅是我国乃至世界气候的重要调节器，同时还是我国和东南亚地区的“生态源”[1]，对保持全国生态平衡具有重要作用，是我国重要的生态安全屏障。特殊的地理环境使得青藏高原成为我国生态环境最为脆弱的地区之一，也是全球气候变化最为敏感的地区之一[2]。

为促进高分卫星数据在西藏的推广应用，推进西藏空间信息产业发展，提高服务保障能力，以卫星遥感技术助力行业信息管理水平，依托西藏自治区遥感应用研究中心（简称西藏遥感中心）组建了高分辨率对地观测系统西藏数据与应用中心（简称高分西藏中心）。高分西藏中心自2016 年8 月成立以来，克服了雪域高原地广人稀、交通不便、基础设施滞后、常规调查难从整体上掌握生态系统变化、资源禀赋特殊等突出短板，大力推广高分卫星数据应用，举办行业高分卫星应用培训班，发展高分卫星数据在生态系统监测、防灾减灾救灾、应对气候变化等业务化应用和科研工作，为西藏打造国家生态文明高地提供有力支撑。

本文从高分西藏中心围绕高分卫星服务保障高原典型生态系统变化监测、防灾减灾救灾业务服务开展情况和存在问题进行了分析，并提出了西藏高分应用服务生态文明建设发展方向。

二、高分卫星监测评估高原典型生态系统

青藏高原地区的气候变化幅度与强度都高于全球平均水平[3]，气候变化对湖泊、冰川、草地等高原典型生态系统影响显著。高分卫星遥感监测为详细掌握生态系统变化提供了科技手段，高分西藏中心利用高分卫星对湖泊、冰川、草地等高原典型生态系统进行遥感监测评估，结果显示：西藏高原湖泊扩张、冰川退缩、草地改善。每年编制印发《西藏生态遥感年报》。

1.湖泊变化监测

西藏高原分布有大小湖泊1500 多个，湖泊总面积为 24100 多平方千米，约占全国湖泊总面积的1/3[4]，湖泊因补给条件差异而分别表现出扩张、萎缩、稳定三种状态，整体上以扩张趋势为主[5]。高分西藏中心利用高分卫星数据对湖泊面积、湖冰物候、水质进行遥感业务化监测评估，每年编制印发《西藏气候变化与湖泊遥感监测公报》。

利用高分卫星和Landsat 系列卫星影像对色林错、当惹雍错、纳木错、羊卓雍错、多庆错等15个湖泊进行长时间序列水域面积遥感动态监测评估（图1），15 个湖泊中面积呈扩张趋势的湖泊有9 个，呈消退趋势的湖泊有6 个，编制出版了《西藏湖泊遥感动态监测图集》。

图1 智慧黄河创新平台和黄河三角洲湿地分析图

2.冰川变化监测

冰川受气候变化影响显著，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，过去10 年阿拉斯加、北极圈、格陵兰冰盖以及亚洲山区80%冰川冰盖都有消融，全球冰川处于退缩状态。西藏冰川面积达27600 多平方千米，占全国冰川总面积的一半。利用高分卫星数据对西藏境内14 个冰川进行业务化遥感监测评估，每年编制印发《西藏气候变化与冰川遥感监测公报》。

利用高分卫星和Landsat 系列卫星数据对西藏米堆冰川、卡若拉冰川、萨普冰川、藏色岗日冰川 、普若岗日冰川、枪勇冰川等17 个冰川进行长时间序列遥感动态监测评估（图2），均呈退缩趋势[6]，编制出版了《西藏典型冰川遥感动态监测图集》。

3.植被覆盖监测

（1）草地

西藏是我国五大牧区之一，草原总面积约12亿亩，占西藏面积的66.5%，约占全国草原面积的30%。近年来，西藏草地整体呈改善态势，这不仅与气候暖湿化有关，更重要的是西藏大力实施草原保护与修复工程。实施的人工种草项目，缓解了草畜矛盾带来的草原生态安全问题，改善了退化草地。高分西藏中心利用高分卫星数据对西藏170 余块人工种草地进行了遥感监测对比分析，结果显示：种草后植被盖度显著增加。

（2）造林绿化工程

近年来，西藏大力推进国土绿化行动，实施拉萨南北山绿化和“两江四河”流域植树造林工程。高分西藏中心发挥卫星遥感优势，利用高分卫星开展造林绿化工程遥感监测和效益评估（图3），出版了《西藏“两江四河”流域造林绿化遥感监测图集》，为自治区政府和相关部门提供科学参考。

图3 植树造林工程新增造林遥感监测对比图

三、高分卫星服务保障防灾减灾救灾

西藏地处世界屋脊这一独特的孕灾环境中，受复杂多变的气候因素和活跃的地质运动影响，极易成灾，且灾害种类多、分布地域广、破坏程度大，主要灾害有暴雨、泥石流、雪崩、暴雪、滑坡、林火以及地震等灾害，自然灾害已经成为阻碍西藏经济社会发展和生态文明建设不可忽视的负面因素。高分西藏中心应用高分卫星影像开展精细化灾情评估、灾损估算，为应急救援提供科学数据和决策支持。高分西藏中心先后利用高分卫星数据服务保障了冰崩、滑坡、泥石流、冰湖溃决、地震等重大地质灾害和森林火情的应急救援工作。

1.阿里冰崩灾情监测评估

2016 年7 月17 日，西藏自治区阿里地区日土县东汝乡附近发生冰崩灾害。灾情发生后，高分西藏中心积极响应，第一时间收集受灾区域灾前灾后高分卫星影像图，收集了成像于2015 年10 月23 日（灾前）和2016 年7 月25 日（灾后）两景该区域高分二号卫星数据（图4），对冰崩体量面积进行遥感监测评估，结果显示：冰崩带长6.36km，宽2.53km，冰崩体面积10.74km2，为相关决策部门和前线救援指挥部报送遥感监测报告，为灾情评估提供了科学数据，为抢险救援提供了决策参考。

图4 冰崩前后卫星遥感监测对比图

2.金沙江滑坡灾情应急监测

2018 年10 月11 日，西藏自治区昌都市江达县与四川省甘孜州白玉县交界处段发生山体滑坡，滑坡体量大，阻断金沙江干流并形成堰塞湖，上游水位上涨迅猛、水面迅速扩张，附近的波罗乡政府驻地及波公村、白格村和宁巴村庄被淹，多处房屋、道路、桥梁以及耕地、草场受灾，通往波罗乡的必经桥梁和部分农田已被江水淹没，堰塞湖下游300km 内有4 座在建水电站，灾情危急。高分西藏中心第一时间积极响应，争取国家国防科技工业局重大专项工程中心支持，积极调动高分四号卫星应急拍摄。高分卫星先后对滑坡区域和上游堰塞湖成像10 余次，获得了宝贵的一手灾情评估资料（图5），遥感监测结果显示：滑坡体面积约1.85km2，长度为2255m，最宽处为2524m。堰塞湖抢险救援过程中，高分西藏中心利用高分卫星数据持续开展堰塞湖变化和灾情遥感监测评估，为前线应急救援指挥部和相关决策部门报送遥感监测专报10 余期，为打赢抢险救援战提供了有力支撑。

图5 西藏昌都市江达县滑坡灾情卫星遥感监测图

利用2018 年11 月9 日高分一号卫星PMS 与2018 年11 月1 日高分二号卫星影像遥感监测对比分析，堰塞体上游江面明显增宽，水域面积明显增加，白色线内江面面积增加2.8km2）（图6）。

图6 金沙江昌都市江达县波罗乡段“11·3”滑坡堰塞湖卫星遥感监测图

3.森林火情态势监测

2020 年4 月14 日，西藏林芝市巴宜区尼西沟附近突发森林火情，高分西藏中心第一时间关注火势发展，利用高分卫星和风云卫星开展火情监测（图7），并连续制作发布10 期遥感监测专报，其中《卫星遥感火情第五期监测报告》得到了西藏自治区领导的批示肯定。

图7 林芝市巴宜区尼西沟发生森林火情前后卫星遥感监测对比图

四、讨论与思考

高分西藏中心依托西藏遥感中心成立。西藏遥感中心成立于1998 年，经过20 余年的发展，是西藏唯一集卫星遥感数据接收处理、监测应用业务和科学研究的单位，培养和锻炼了一支遥感专业技术队伍。高分西藏中心成立后，为推进高分应用在西藏的产业化发展，中心先后邀请西藏10 余家单位召开了高分应用研讨会，举办了高分卫星遥感应用培训班，建设了西藏高分卫星数据查询平台，但推广应用效果并不显著，尚未形成多行业多领域广泛应用和行业深度应用服务能力。

西藏地广人稀，大气透明度高，晴空日数多，发展高分产业有得天独厚的优势。但也存在发展相对落后、基础设施薄弱、遥感领域企事业单位数量少等短板，遥感从业人员数量少，尤其缺少拔尖人才。

后续将持续加大高分卫星应用推广和推进产业化发展，研发高分系列卫星正射产品和批量生产能力，形成正射产品发布能力，降低行业应用门槛，加大高分卫星应用推广宣传，持续提升高分卫星数据应用产品供给。进一步推动高分卫星在西藏特色行业领域的深度应用，开展高分卫星服务川藏铁路建设、生态保护红线监管、智慧旅游、资源调查等领域的应用示范，推动高分卫星数据更好地服务保障西藏打造国家生态文明高地和社会经济高质量发展。