中国生态环境遥感四十年
The following article is from 地球信息科学学报 Author 高吉喜
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我国生态环境遥感监测能力显著提升，应用领域逐步扩大，空间分辨率和定量反演精度明显提高，获取数据的时效性大幅增强。
1. 监测领域逐步扩大
从应用领域上，不再局限于城市环境遥感，从土地利用、覆盖变化和大气、水、土壤污染定性的环境监测，逐步扩展到大气、水、土壤、生态参数的定量化监测，并应用于环境区划规划、环境影响评价、核安全和环境应急等领域。遥感技术也从以航空遥感为主转变为卫星遥感为主。
鄱阳湖水体面积变化遥感监测
2. 监测精度明显提升
我国环境遥感早期的应用主要以定性为主，随着卫星遥感技术的发展，卫星的数量和载荷的空间分辨率、光谱分辨率等大幅提高，对地物细节的分辨识别能力、生态环境要素及其变化的监测精度也大大增强，生态环境定量化遥感监测水平明显提高。
空间分辨率提高显著提升卫星遥感监测精度
3. 监测时效大幅增强
卫星遥感对陆表生态环境的监测时效性取决于卫星遥感数据源的时间分辨率，也就是卫星的重访周期。重访周期越短、时间分辨率越高、监测时效性就越强。根据现有的主要卫星遥感数据源，可以分为3种：小时级的时间分辨率卫星数据；日/周级的时间分辨率卫星数据；旬/月级的时间分辨率卫星数据。
随着我国科学技术综合实力的日益增强，我国生态环境遥感对地观测能力发生了显著变化。生态环境遥感监测从主要依靠国外卫星数据的初期阶段，发展到了现在以国内卫星遥感数据为主的快速发展阶段。同时，我国自主的生
态环境遥感对地观测能力在时空分辨率方面得到了显著增强。
1. 国外卫星为主期（1980—2008年）
这一时期遥感技术进入我国生态环境领域并快速发展，以航空遥感为主逐步扩展到卫星遥感，主要应用在城市环境遥感，包括大气污染、水污染、固体废弃物、土壤污染、环境热效应等环境监测，以及环境规划、评价、生态调查等方面。主要利用欧美发达国家的MODIS、TM、ENVISAT、SPOT等卫星数据，结合国内风云气象卫星、中巴资源卫星数据等，积极开展土地利用、生态调查、秸秆、沙尘、水质、土壤污染等遥感监测研究和应用，然而受卫星数据的价格与获取便利性、时空和光谱分辨率、生态环境要素反演的机理和模型构建等因素限制，总体上的定量化等应用效果还不太理想。
2. 环境卫星发展期（2008—2013年）
2008年9月发射的HJ-1A/B卫星使我国环境遥感监测迈入了新纪元，拉开了国产自主环境卫星生态环境遥感应用的序幕。环境一号卫星发射以来，使得卫星环境遥感技术得到了长足发展，出现一批以环境一号卫星生态环境遥感应用为代表的各种新技术、模型方法，呈现环境一号卫星和国外卫星应用并举、国产卫星应用比例逐步加大的新局面，并基本建立了环境遥感技术体系等。我国环保部门利用卫星、航空等遥感数据，全面开展了环境污染、生态系统、核安全监管、环境应急等遥感监测，如大连溢油、松花江化学污染、舟曲泥石流、玉树地震、北方沙尘暴、官厅水库水色异常等环境事故应急监测和评估，为环境应急管理提供了高效的技术和信息支撑，环境遥感监测已成为常态化业务工作。
2013年4月，高分一号卫星成功发射拉开了国家高分卫星应用的序幕，航空航天遥感正向高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、多极化、多角度的方向迅猛发展。这个时期生态环境遥感技术发展再次飞跃，我国发射国产高分系列卫星和相关环境应用卫星，形成以国产高分卫星为主的生态环境遥感应用良好局面，未来我国还将发射并立项一批环境后续卫星，国产卫星对国外卫星数据的替代率进一步提高，生态环境部机构组建完成并开始发挥更强有力的作用，国家组织完成全国生态系统十年变化调查评估、全国生态系统五年变化调查评估，生态环境遥感应用进入发展的黄金时期。
卫星遥感对地观测由以国外卫星为主转向以国内卫星为主
生态环境遥感监测已经成为生态环境监测不可或缺的重要组成部分，在全国生态状况调查评估、污染防治攻坚战、应急与监督执法等方面发挥着重要作用，有力支撑着我国生态文明建设。
1.持续支撑全国生态状况定期调查评估
2000年以来，生态环境部联合相关部门已经完成了3次调查评估，及时摸清和掌握全国生态状况及其变化特征，对于生态环境保护的科学决策和生态文明建设的重大任务实施，都发挥了基础性的重要作用。生态环境部和中国科学院启动了2015—2020年全国生态状况变化调查评估工作。随着生态文明理念的提出，国家多个部门也陆续利用多源遥感技术开展了多个方面的生态监测评估。如2013年水利部门完成的水土保持情况普查、2017年农业部门启动的全国第二次草地资源清查、2017年开始气象部门每年发布《全国生态气象公报》、2014年开始科技部组织有关科研单位每年选择一些专题开展全球生态环境遥感监测等。
（以下是一张动图）
2. 持续助力污染防治攻坚战
围绕着国家重大需求，生态环境部卫星环境应用中心在生态、大气、水和土壤方面开展了很多生态环境遥感监测的业务化应用。在自然生态方面，开展了国家重点生态功能区县域、国家级自然保护区和省级自然保护区人类活动变化的遥感动态监测、生物多样性保护优先区域开展定期遥感监测，以及秦岭北麓生态破坏、祁连山生态破坏、腾格里沙漠工业排污、青海木里矿区资源开发生态影响等重大事件的遥感监测。在大气遥感方面，开展了秸秆焚烧、灰霾、PM2.5和污染气体排放的遥感监测，以及重点区域的“散乱污”企业监管等。在水环境遥感方面，实现了面源污染、重点湖库的水华和富营养化、饮用水源地风险源、重点城市黑臭水体、近岸海域赤潮和溢油等遥感监测。在土壤和固废方面，开展了土壤污染重点行业企业筛选及土壤污染风险遥感评价、重点行业企业空间位置遥感核实等。除此之外，气象部门围绕着大气成分也开展了大量的遥感监测研究，京津冀地区大气环境也受到广泛关注。
3. 持续保障应急与监督执法
针对生态环境应急事件和监督执法，生态环境部卫星环境应用中心利用卫星和无人机等遥感手段，开展了大量业务化应用。在应急方面，对2019年江苏盐城响水陈家港化工园区爆炸、2018年“桑吉”油轮碰撞燃爆事故溢油、2015年天津港特大火灾爆炸等突发事件进行了遥感应急监测和评估。在中央生态环境保护督察和监督执法方面，2014—2015年对河北、河南、山东、山西等地工业集聚区大气污染源进行60多个架次无人机核查。2019年开展了渤海、长江入海（河）排污口无人机排查，为排污口监管执法奠定了重要基础。除此之外，国土资源部门自2010年起，就开始利用遥感技术开展监管执法，初步形成了“天上看、地上查、网上核”的立体监管体系。水利部门2012年起，利用遥感技术开展生态建设项目水土保持遥感监管，及时发现水土保持违法违规行为。
经历了近40年的发展，我国生态环境遥感技术取得了长足的进步。但是，由于生态环境自身的复杂性和遥感技术的特点，仍有许多的关键技术问题值得关注和研究解决。主要有：
1. 高性能的生态环境遥感监测专用载荷
生态环境涉及内容和学科领域广泛，需要聚焦生态环境质量改善和美丽中国建设的核心目标，重点关注大气、水环境污染物监测的关键性指标，优先这些监测指标所需要的多光谱、高光谱传感器，尽可能提高空间分辨率和时间分辨率，提高大气和水环境的卫星遥感监测能力。
2. 生态环境遥感监测的机理模型与算法
基于遥感数据反演得到的生态环境专题信息精度和准确性是关键。目前，生态环境遥感监测的模型与算法以回归模型或国外模型为主，在推广应用方面具有很大的局限性。迫切需要耦合研究生态环境过程和遥感对地观测过程，提高科学认知，研究建立适用于我国生态环境特点的遥感监测机理模型与算法。
3. 生态环境遥感监测的业务化应用技术
生态环境遥感的高性能专用载荷和机理模型算法是业务化应用的重要基础。但是，从实现算法的高精度到实现产品的高精度，才是实现业务化应用的关键。如，某区域某种人类活动信息的自动提取精度可以做到很高，但是实现任何区域任何人类活动信息的自动提取精度很难，只有解决这一问题才能实现业务化运行。与大气和水环境遥感监测相比，生态遥感监测指标和内容更加综合，迫切需要基于生态系统结构、过程和功能而解决生态遥感监测业务化应用技术。
4. 国产卫星遥感数据的推广应用
只有广泛使用国产卫星遥感数据，才能够发现国产卫星数据和传感器不足，才能科学解决存在的问题，推动国产卫星遥感观测基础能力的改进与提升。国家要创新管理机制，提倡和鼓励社会各界优先使用国产卫星遥感数据，形成“我要用”的主动行为而不是“要我用”的被动行为，提高国产卫星综合效益和发展水平。
(原文请到中国知网下载)
作者简介:
高吉喜 研究员
生态环境部卫星环境应用中心主任，博士生导师，中国环境科学学会副理事长。百千万人才工程国家级人选，入选首批国家环境保护专业技术领军人才，荣获中央国家机关“五一”劳动奖、全国杰出专业技术人才、全国防沙治沙先进个人、京津冀风沙源治理先进个人等荣誉称号，并入围“2016-2017绿色中国年度人物”。从事区域生态保护工作30年，主持完成多项国家重大项目，获国家科技进步二等奖5项，省部级一等奖6项，获国家授权发明专利23项，发表科研论文300多篇，出版中英文著作15部。
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