佳文赏析 | 《地理信息科学学报》王桥院士等：国家城镇生态环境综合监测技术体系构建
The following article is from 地球信息科学学报 Author 王桥，赵少华
欧美、日本等发达国家在全球生态环境遥感观测方面长期处于主导地位，其在城镇污染气体、水体水质和生态资源方面都开展了大量成熟的研究，建立了相关技术体系。但欧美等环境遥感监测工作并不在环保部门，而是分散在不同部门，如美国主要是国家海洋和大气管理局、国家航天局等在负责，美国环保署以地面监测为主，缺乏对大气、水体、土壤、生态等综合监测技术体系的顶层设计。
王桥等组织建立了我国环境遥感技术体系并初步实现业务化运行，取得了显著应用成效。国内学者也开展了城镇生态环境监测的部分研究，但基本未系统涉及城镇生态环境综合监测的技术体系、指标体系、标准体系等内容，远不能满足我国目前城镇生态环境综合监测的迫切需求，目前需要紧密结合国家污染防治等管理需求，尽快建立我国城镇生态环境综合监测技术体系。
1、城镇污染气体遥感监测业务
针对城镇污染气体在重点城市群灰霾及颗粒物监测分析与预警、污染气体监测分析与预警、京津冀污染物传输和北京市风道模拟研究及应用方面的监测业务需求，从以下4个方面设计了城镇污染气体遥感监测业务应用方案。
1.气溶胶、颗粒物污染遥感监测
利用高分五号卫星、MODIS等数据，对京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等重点研究区进行颗粒物污染监测，主要监测指标是气溶胶光学厚度、PM2.5、PM10浓度分布和等级。
2.霾等级及污染遥感监测
利用高分五号卫星、MODIS等数据，对京津冀等典型区域进行霾等级及污染监测，监测指标为霾分布、等级、面积分析及统计。
3.污染气体遥感监测
以高分五号卫星、OMI、AIRS等为数据源，在京津冀等典型区域进行污染气体遥感监测，监测指标为NO2、SO2、O3、HCHO浓度及分布。
4.区域环境空气质量遥感分析与评价
以高分五号卫星、MODIS及国外卫星气体监测数据为数据源，在京津冀等重点研究区开展区域环境空气质量评价工作，主要包括PM10、NO2等指标。
以2017年京津冀及周边地区PM2.5监测的专题图为例，清楚地展示该区域PM2.5的空间分布情况。
2、城镇水体水质遥感监测业务
针对城镇水体水质在黑臭水体、饮用水源地水质、饮用水源地风险源方面的遥感监测需求，从以下2个方面设计了城镇水体水质遥感监测业务应用方案。
1.城镇黑臭水体遥感监测
利用高分一号、二号、六号等卫星数据开展典型示范区城镇黑臭水体遥感识别，筛查遗漏黑臭水体，摸清黑臭水体本底情况；开展城市黑臭水体整治过程监督、治理成效评估及治理后跟踪监测，为全国黑臭水体整治工作提供监管支持。
2.典型饮用水源地遥感监测
利用高分一号、二号、六号等卫星数据，对典型饮用水源地进行遥感监测与评价。主要监测内容为水体消落带的提取、叶绿素、悬浮物、透明度、化学需氧量、总磷浓度、饮用水源地环境风险源空间分布，最后结果以专题图与综合报告的形式显示。
以2018年南京黑臭水体监测的专题图为例，可直观清楚地展示该区域黑臭水体的空间分布和治理情况，南京市基本消除城镇黑臭现象。
3、城镇生态资源遥感监测业务
针对城镇生态资源在城市地表温度、城镇园林绿地、裸露土壤污染、重点生态功能区方面的遥感监测需求，从以下3个方面设计了城镇生态资源遥感监测业务应用方案。
1.重要生态功能保护区生态遥感监测
利用多源卫星数据、生态系统分类产品数据、土地利用产品数据和其它辅助数据，监测生态系统结构及面积变化、生态类型转移分析、人类干扰和生态破坏程度、景观格局指数、主要生态功能变化等生态功能保护区的生态环境状况，并对重要生态功能区的生态系统结构和服务功能进行评价，为国家的重要生态功能区管理提供监测与评价应用产品。
2.城市生态状况遥感监测
利用多源卫星遥感数据，对示范区城市等进行生态环境质量遥感监测，制作应用数据产品。内容包括城市土地利用遥感监测、城镇生态绿地遥感监测、城市地表温度遥感监测、城市热岛效应遥感监测等，为城市生态管理和决策提供相关技术支持。
3.土壤污染遥感监测
利用高分等多源卫星遥感数据，对示范区城镇进行土壤污染场地/污染源遥感动态监测，重点监测污染场地分布及利用方式类型等的动态变化、土壤敏感受体、污染源周边植被胁迫状况变化并进行评估。
以2018年北京市热岛效应监测的专题图为例，可直观清楚地展示该区域热岛效应的空间分布情况，即中南部特别是南部热岛效应较强，北部较弱。
利用前文构建的城镇生态环境综合监测技术体系，基于生态环境部卫星环境应用中心的城乡生态环境综合监测空间信息服务平台，设计出由城镇污染气体、水体水质、生态资源遥感监测的应用示范、服务产品、服务3个部分组成的业务应用方案，结构组成如下图所示，利用该方案可以实现城镇污染气体、水体水质和生态资源的高分遥感监测业务化运行，为国家生态环境管理业务应用、环境治理改善提供空间信息服务等有力支持。
面向全国区域特征及监测需求，选取京津冀、长江三角洲、华中区域作为城镇污染气体的示范区，基于国产系列卫星数据对颗粒物、灰霾、SO2、NO2等指标开展应用示范；选取北京、南京、太湖区域作为城镇水体水质的示范区，基于国产系列卫星数据对黑臭水体分布、水源地水质、风险源分布等指标开展应用示范；选取青海、西宁、重庆区域作为城镇生态资源的示范区，基于国产系列卫星数据对植被覆盖度、水体面积、绿地信息等指标开展应用示范，通过制作遥感监测专题图与遥感监测简报，形成相关专题图的业务化生产能力和应用示范作用。
城镇生态环境综合监测是国家生态环境保护工作的重要组成部分，技术体系的构建可以促进我国生态环境综合监测能力的提升及环境遥感应用水平的提高，加快实现生态环境监测的业务化运行与定量化监测。通过梳理国内外城镇生态环境的主要监测现状，针对当前我国生态环境保护所关注的污染气体、水体水质、生态资源，建立了包含技术体系框架、指标体系框架、标准体系框架的城镇生态环境综合监测技术体系。在此基础上，设计了城镇生态环境综合监测业务应用方案和应用示范布局，成果可为国家和地方开展天空地一体化生态环境监测提供重要的技术参考依据。
本文提出的技术体系等框架和应用方案基本覆盖了现阶段城镇生态环境综合监测的主要内容，下一步还需要结合国家和地方城镇生态环境监测工作的实际应用情况，积极跟踪国内外相关技术与政策研究前沿，与时俱进，通过验证评价、迭代优化，进一步丰富拓展其内容，进而构建完整完善的城镇生态环境综合监测技术体系，为我国全面推进蓝天保卫战、碧水保卫战、净土保卫战提供技术支撑。2017年，科技部启动国家重点研发计划地球观测与导航重点专项“城乡生态环境综合监测空间信息服务及应用示范”项目，其目标是面向我国新常态经济模式下城市健康可持续发展和新型城镇化与经济转型升级对城-镇-乡-村一体化资源规划、生态安全、环境保护的迫切需求，开展城镇生态资源、水体水质、污染气体、土壤污染等高分遥感与地面观测协同的动态监测技术研究；突破城镇区域污染物传输通道及“风道”监测、城市热岛监测、城镇河网黑臭水体监测、村镇土壤污染监测、城镇森林等生态资源规划及重点生态功能区遥感监测与评估等关键技术，开展城镇一体化综合应用示范，为国家环境治理改善、政府管理决策和生态文明建设提供重要技术支撑。
项目负责人为王桥院士，研究周期为2017年7月到2021年6月，从城镇污染气体、城镇水体水质、城镇生态资源、空间信息服务平台、技术集成和应用示范方面共设置5个课题。项目目前已基本构建完成城镇污染气体、水体水质、生态资源等综合监测技术体系、指标体系、标准规范、应用方案等，攻克了系列城乡生态环境高分遥感与地面协同监测关键技术，初步研发了综合监测空间信息服务平台，在京津冀重点城市群等典型城镇区域开展了颗粒物、臭氧、黑臭水体、城市热岛、生态资源的长时间序列应用示范，在环保、住建等行业中发挥出显著成效。
作者简介
中国工程院院士，国际宇航科学院院士，研究员，博士生导师。曾任生态环境部卫星环境应用中心主任、环境一号卫星应用系统总设计师、高分重大专项应用系统副总设计师、全国十年生态环境遥感调查首席专家、中国遥感应用协会副理事长、国家环境保护卫星遥感重点实验室主任等。主持完成国家重大科研与工程项目26项，第一完成人获国家科技进步二等奖3项、部级特等奖1项、部级一等奖4项、国家发明专利10项，软件著作权19项，出版著作36部。
正高级工程师，北京大学博士后，现任生态环境部卫星环境应用中心大气环境遥感部副主任，主要从事环境卫星立项论证、生态环境遥感应用等研究。担任红外与毫米波学报、Remote Sensing of Environment等多个国内外学术期刊审稿专家、中国遥感应用协会理事等。主持国家重点研发计划、国家高分重大专项、国家自然科学基金等10多项课题，荣获4项国家和省部级科技进步奖、中国电子学会优秀科技工作者、中国环境科学学会青年科技奖、科技部遥感青年科技人才创新资助计划等荣誉，授权专利5项，出版专著2部，发表学术论文近110篇。
转载自：地球信息科学学报
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原文标题：国家城镇生态环境综合监测技术体系构建
图文编辑：胡木兰
责任编辑：张英浩
审编：鲁嘉颐
终审： 顾伟男 田巍 梁龙武
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