衛星遙感：捕捉污垢的天羅地網
“通過長期遙感監測，我們發現，在秋冬交際的10月份是極易發生灰霾的季節，京津冀以及安徽、東北等地都有灰霾出現。”在日前召開的環境空氣質量遙感監測技術研討會上，環境保護部衛星環境應用中心研究員厲青表示，遙感監測不僅可以監測灰霾，還可以研究各地灰霾的動態發展規律。
當前，我國大氣污染形勢嚴峻、重污染天頻發，環境空氣質量遙感監測得到了各級環境監管部門的高度重視和廣泛參與。為及時交流遙感監測技術的新進展，提高空氣質量天地一體化監測預警能力與水平，由環境保護部監測司指導，環境保護部衛星環境應用中心主辦、中科宇圖天下科技有限公司承辦的環境空氣質量遙感監測技術研討會在北京舉辦，研討會對遙感監測的技術前沿、監測方法、應用情況、能力建設等進行研討與交流。
中國環境監測總站、中國環境科學院、環境保護部衛星環境應用中心等環境保護部直屬單位、全國將近20個省級和40個市級環境監測中心站參加了此次研討會。
記者了解到，遙感監測如今不僅在“特殊時期”發揮作用，而且已經成為全國環境監測的“常規軍”，在秸稈焚燒、沙塵預警預測、顆粒物監測、霧霾監測方面都發揮了積極作用。目前，已有地方實踐將衛星遙感監測與地面監測相配合，形成了立體化的環境監測網絡。
 圖為今年6月25日江蘇省衛星遙感監測到的火電分布圖。 |
■滿足多種環境監測需求實現污染物趨勢判斷
可以對顆粒物濃度、污染氣體、秸稈焚燒、沙塵等環境要素進行監測，長時間序列的動態監測有助于灰霾的預警預測
研討會上，與會專家無不流露出一致的觀點，即衛星遙感技術可以在城市環境質量監測、大氣污染防治、大氣污染監管、全球氣候變化監測方面發揮巨大作用。
近兩年，霧霾已成為各地面臨的共同難題，也成為各級環保部門監測的重點。現實情況是，僅靠地面監測已不能滿足空氣質量監測的需求，而遙感監測可以實現實時、大范圍動態監測，獲取區域大氣污染物分布情況。
環境保護部衛星環境應用中心高級工程師王中挺介紹說，利用衛星遙感技術監測灰霾，相當于每一平方公里就能收集到一組監測數據，這樣的監測密度是普通地面監測站點不能覆蓋的。不僅如此，遙感監測還可以實現氣溶膠光學厚度（AOD）、顆粒物濃度（PM10、PM2.5），污染氣體（SO2、NO2、O3、CO等）柱濃度的監測，而這些都是霧霾形成的前體物，對于灰霾預測預警有著極大的作用。
江蘇省環境監測中心副主任李旭文通過實驗表明了遙感監測的作用，通過對11張江蘇省太湖流域影像中區域能見度信息進行提取，并與30個地面空氣自動監測站采集的PM10和1個能見度自動監測站數據進行對比，結果發現，在穩定的天氣系統和晴朗無云、少云條件下，衛星遙感與地面空氣質量自動監測結果有很好的一致性，“說明遙感監測具有很高的業務化應用價值，遙感技術可以在區域灰霾問題的大尺度監測預警中發揮重要的作用。”李旭文說。
“APEC期間區域大氣環境遙感監測結果顯示，與去年同期相比，京津冀及周邊地區大氣PM2.5濃度同步出現了不同程度的下降，各地空氣質量都得到了明顯改善，PM2.5日均濃度平均值降低了30%以上。”北京市環境監測中心遙感室主任李令軍介紹說。
除此之外，遙感監測在秸稈焚燒、揚塵、沙塵暴、大氣環境污染事故等大氣環境監管方面也大有可為。比如在秸稈焚燒監測上，環境保護部衛星環境應用中心主任王橋介紹說，目前秸稈焚燒遙感監測已經形成業務化產品，每天都會對全國秸稈焚燒的數量、點位進行監測，從而形成秸稈焚燒的日報。根據衛星遙感監測數據統計結果和各地報告的現場巡查檢查結果總結的日報，將由環境保護部統一對外發布。
遙感監測除了發揮基本的監測、預警作用之外，通過長時間的遙感監測，還可以對長期的氣候變化進行預測。比如以二氧化碳、甲烷、臭氧等遙感監測為重點，對全球變化敏感區溫室氣體進行遙感監測，可以預測氣候變化趨勢。江蘇省2005年~2010年平均臭氧柱濃度時空分析顯示，全省臭氧表現出明顯的緯向分布特征，從北至南逐漸增加。從年際變化變化來看，臭氧的濃度有逐年增加的趨勢。
■應用產品逐步升溫遙感數據可視化增強
衛星遙感監測應用系統和平臺層出不窮，其自動生成圖表、統計結果、監測報告等功能降低了技術門檻，提高了工作的便利性
隨著衛星遙感監測的升溫，相應的衛星遙感監測應用平臺和模塊也逐步得到應用和開發。
據李旭文介紹，江蘇省環境遙感業務化平臺在遙感監測業務中發揮了重要的作用。江蘇的環境遙感業務化平臺主要包括水環境遙感監測應用、大氣環境遙感監測應用和生態遙感監測應用。其中水環境遙感監測中針對監測太湖藍藻開發的藍藻水華自動解譯系統和海量數據遙感管理平臺，可以滿足大量遙感影像數據的存儲和解譯工作，自動將原始的遙感監測數據直接生成藍藻遙感監測數據報告，完全不需要人工干預，大大提升了工作效能。
而針對灰霾開發的灰霾遙感監測軟件則可以實時監測整個江蘇省的灰霾指數，有助于宏觀地、大范圍地反映灰霾發生面積和嚴重程度。
中科宇圖環境質量研究院副院長謝濤則介紹了中科宇圖推出的衛星遙感監測系統。
據了解，系統具有數據獲取的功能，可以實現數據自動和半自動批量下載，減少用戶重復操作，提高了工作效率。系統在數據下載完畢后，可實現大氣顆粒物、秸稈焚燒、沙塵的自動化監測，無須人工干預，降低了系統使用的技術門檻。
記者了解到，數據產品有多種呈現方式，系統可自動生成空氣質量遙感監測數據的統計制圖及監測報告。針對某種環境要素，用戶可以選擇柱狀專題圖、空間柱狀分析圖（可以統計環境要素分布的最大值、最小值、平均值、標準差），或者根據地理要素進行輸出，也就是在地圖上用顏色表示濃度變化。除此之外，用戶還可以選擇動態播放污染物濃度的空間分布。
為了便于直觀理解，系統還實現了在線監測數據（點）、遙感監測數據（面）、激光雷達監測數據（垂直）的三維直觀展示，使得枯燥的數據可視化，滿足了專業人士和普通人雙重需求。
“相比于傳統站點監測，系統可以獲取顆粒物和污染氣體濃度的區域分布，掌握污染物在空間上和時間上的分布趨勢和規律，為區域大氣聯防聯控提供支持。”謝濤說。
■加強環境分區管理構建遙感監測網絡
衛星遙感技術的進一步應用將會打破行政區劃，強化區域管理與合作，進而構建大氣環境監測網絡
在談到衛星遙感技術如何在大氣環境監測中進一步發揮作用時，與會專家不約而同地強調了大氣環境區域管理的重要性。
中國工程院院士郝吉明表示，要發揮衛星遙感監測大范圍、大區域的監測作用，未來的環境管理應當轉變為以質量改善為核心的環境管理模式，大氣環境管理應打破行政邊界的限制，進行科學大氣環境管理分區，比如將我國東部污染較重且傳輸活躍的省份統一納入一個分區。
他認為，未來以區域進行聯防聯控應該成為常態，APEC期間經過6省市的聯防聯控，PM2.5日均濃度值下降30%以上，硫酸鹽下降50%左右，有機物、硝酸鹽也有大幅下降，減排效果明顯。
厲青也從目前一項關于“中東部地區衛星關鍵技術研究”中，提出分區管理監控的理念。“我國中東部是一個非常大的區域，但各地區氣溶膠分布不同，成分也不一樣，有的以硫酸鹽為主，有的以硝酸鹽為主，所以對中東部地區進行合理分類，是遙感監測技術進一步發揮作用的關鍵。”
除此之外，遙感數據與地面監測數據結合，形成立體化監測數據，也成為未來遙感監測研究的方向。謝濤提出，未來將要研究多源數據實時同化技術，也就是說把不同來源、不同分辨率、直接和間接的觀測數據與模型模擬結果集成具有時間一致性、空間一致性和物理一致性的數據集。
中科宇圖環境研究院院長劉銳則進一步提出建立大氣環境遙感監測系統。他認為未來應大力發展我國的大氣環境遙感監測技術，并充分利用現有的環境監測網點和常規監測方法，采用遙感技術與地面監測相結合的方法，建立我國的大氣環境遙感監測系統。
厲青也補充到，未來應在區域協作的基礎上加強灰霾顆粒物監測能力，各地打破行政區劃積極推進合作，形成區域甚至全國的灰霾顆粒物監測網絡。
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遙感監測有哪些應用？
★秸稈焚燒
目前，遙感技術在秸稈焚燒監測方面已經有比較成熟的運用。
據介紹，2014年9月20日~10月20日秋季秸稈焚燒高峰期內，環境保護部每周都會根據遙感監測統計情況發布本周衛星遙感監測火點（未經核實的疑似火點）分布情況、各省份火點數排名情況以及按每千公頃耕地面積上火點數計算的火點強度排名情況。
北京市環境監測中心遙感室主任李令軍也表示，每年6月~10月，結合地面地理信息數據，北京市環境監測中心會對北京及周邊的農業用地基于衛星遙感進行每天的火點遙感監測，并且會結合農作物種植，提前做預評估。
江蘇作為傳統的糧食生產基地，從2009年開始，在夏收、秋收期間，江蘇省環境監測中心就利用衛星遙感影像數據對江蘇省及周邊省份進行秸稈焚燒火點動態監測，每天兩次識別秸稈焚燒火點信息、編制監測日報，為秸稈焚燒地面巡查、現場執法工作提供了有力支持。
★灰霾監測
衛星遙感對灰霾的監測被各地提上日程，也得到了專家的積極呼吁，但是目前還處于探索階段。
江蘇省環保廳表示，目前正在推進衛星遙感監測霧霾，但是這一技術只能監測霧霾，反映霧霾的整體狀況和嚴重程度，但是還無法對霧霾進行預報。
河北省環境監測中心站早在2013年就與與環保部衛星應用中心在北京召開遙感監測專題工作會議，雙方簽署了《環境遙感監測與綜合應用合作協議》，提出從8月份起，以京津冀地區為監測范圍，開展霧霾分布情況分析，并以唐山為試點，對水泥、鋼鐵、火電等行業未批先建項目進行遙感監測。這標志著河北省衛星遙感監測環境進入全面實施階段。為動態掌握企業污染源空間分布、農村取暖季污染源分布情況，雙方還就建立污染源數據模板及統一數據庫結構達成共識，同時將與大氣遙感技術結合，建立污染源排放與大氣污染關系模型，逐步提高大氣污染預測分析能力。
★沙塵監測
衛星遙感在沙塵監測方面具有獨特的優勢，可以大范圍的、動態的進行監測，可以研判沙塵的動態趨勢。
據了解，北京環境監測中心在每年春季3月~5月，都會對沙塵過程進行遙感監測，并形成監測專報。
江蘇“遙感觀測信息服務”的沙塵遙感觀測模塊主要用于監測江蘇及周邊省份沙塵天氣影響范圍及變化情況，具備衛星影像數據預處理、沙塵范圍識別、沙塵強度反演、監測產品制作與輸出等功能。
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