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在17个联合国可持续发展目标中，
无论是关注海洋、
关注全球气候变化、
保护陆地生态系统等，
周成虎 · 中国科学院院士
大家好，我是周成虎。我今天的演讲是《遥感：让我们的地球更安全》。地球是我们人类和所有生物存在和繁衍的根本和基石。生命的起源、地球的演化、宇宙的演化，是我们基础科学的三大基本问题。在这三大问题里，地球的演化跟我们每个人尤为密切。在17个联合国可持续发展目标（SDGs）中，无论是关注海洋、关注全球气候变化、保护陆地生态系统等等，都需要对地球实行实时、动态、精准的监测。这是2008年5月12日的汶川大地震，当时牵动着每个人的心。我们第一时间都想知道，地震灾区情况如何，地震发生时人在哪里，有多少人受到影响？▲第一幅灾区光学图象：5月14日上午台湾“福卫二号”的北川地区遥感影像所以，我们很快就调用天上的“天眼”——卫星对北川地区进行监测，来确定大坝是否要溃决，哪些地方可以实施救助。▲热带气旋路径（1985-2005）
Source: Wikipedia谈哲敏院士
地球上有辽阔的海洋，海洋里还有那么多神奇的台风、飓风。我们想知道在什么地方有台风、飓风呢？我们可以用天上的卫星来观测。这就是天气预报中运用的气象卫星，能够实时监测动态的海洋变化过程，精准地预测台风的行进路径，降低台风的灾害影响。▲2017年9月8日大西洋气旋
Source: 谈哲敏院士
2017年9月8日，大西洋上同时出现了三个飓风，像一幅美丽的画卷。地球非常美，但是在美的背后，对人类的影响是很大的。在过去的60年中，全球共同协作，希望能够在地球上空200-36000公里处，布置大量卫星进行监测。这个伟大畅想的实践起源于1957年10月4日，苏联第一次将一颗我们人造的卫星送到轨道空间，正式开启了人类离开地球看地球的序幕。1970年，中国也把我们的第一颗卫星送上去，奏响了歌曲《东方红》，也证明中国人有能力走向深远的太空。1960年，美国发射了全球第一颗气象卫星，它上面装有很多传感器，让我们真正在太空有了一双眼睛来看地球，有机会观测到台风、干旱等自然现象。《西游记》中孙悟空的火眼金睛，在天上能够看到地面的任何东西这样的畅想，借助卫星终于实现了。日本、俄罗斯、韩国……
今天，美国、欧盟和中国的气象卫星，我们的叫“风云”，构成了世界上的三足鼎立的气象卫星系统。它可以进行实时动态的大气监测、海洋监测。我相信，如果没有这么好的技术，我们无法得知大气空间到底发生了什么，以及世界为什么变得这么热。2022年是全球最热的年份之一。对陆地的陆域监测，有气象卫星还不够，所以又发展了陆地资源卫星，能够更加精准地对1.2亿多平方公里的陆域进行监测。1972年7月，美国发射了第一颗陆地资源卫星Landsat。这个系列持续这么多年，现在已经到了Landsat9的体系。▲中国的陆地资源卫星起步于和巴西的合作的中巴地球资源卫星
在这个过程中，中国不断地学习、跟进。到了今天，我们也有自己的气象卫星、海洋卫星、陆地资源卫星，以及测控卫星、减灾卫星，形成了完整的对地观测系统。可以说，中国终于实现了从没有卫星到有卫星，从有一颗卫星变成了一整个“星座”的转变。今天，中国也进入了世界空间科技大国的行列，这一切的科技进步，都是希望能够帮助我们监测灾害。▲自然灾害遥感监测与防治
希望通过这样的好的技术，能够让我们的地球变得更加安全。也正因为这样，我们希望有更多这样的技术，更多的投入来造福于人类。在早期，我国首先用卫星观测的对象是洪水。因为我国是季风性气候，一到夏天很容易洪水泛滥，去年（2021年）郑州的雨情、1954年长江流域的大暴雨都是例证，在传说中还有大禹治水。所以，洪水自古就有，人类一直在和洪水抗战，而卫星就能帮助我们监测洪水。▲2016年武汉、江西洪涝灾害遥感监测
比如在2016年，武汉、江西水灾严重。当时我们要弄清几件事，包括受灾面积、时间、人口、以及财产损失的多少。利用遥感，可以间接获得数据，快速精准评价灾害影响，并提出对应抗灾措施。如果没有这样实时动态的信息，我们根本无法实现有效抗灾。▲2015年缅甸洪涝灾害遥感监测
中国不仅用自己的卫星监测国内情况，还帮助周围的国家监测灾害，比如缅甸、孟加拉国、印度。因为卫星是中国的，也是世界的。在有能力的情况下，都应该伸出我们的“遥感之手”，帮助全人类减轻灾害的影响。今天不仅有卫星遥感，还有航空遥感，形成了综合体系。现在上有卫星，中间有飞机，来实现对灾害的实时动态监测，构成了一个准观测系统。洪灾的范围比较小，那更大范围的灾害会怎么样？最近（2022年8月）很多地方干旱，网上有很多视频说鄱阳湖没了、洞庭湖没了，中国两大淡水湖现在就像河一样。▲大范围干旱气象卫星遥感监测
毫无疑问，干旱的影响非常严重。用气象卫星可以实现每天大范围的对土壤水分、植物状况和大气干旱程度的监测，这就是大范围干旱气象卫星监测的首要任务。▲沙尘暴气象卫星监测
对沙尘暴的动态监测是气象卫星的又一个重要应用领域。如果大家十多年前来到北京，一到春天，就看到北京的每个人都要蒙一个头巾。为什么？就是因为空气中有很多粉尘、沙子。西伯利亚强季风经过沙漠地区后，在北京很容易形成沙尘暴。今天，我们能够准确监测沙尘暴，预测它的行进路线，从而保护人民的生命健康，减轻沙尘暴的影响。所以，气象卫星成为了人类对地球气象灾害，包括洪水、干旱、沙尘暴等，最有效的、最基本的监测手段。地球上除了陆地，还有广阔的海洋。海洋非常难监测，因为海洋中的信号非常弱。海洋也非常广阔，进行监测需要大量的卫星。▲基于多光谱遥感卫星的海洋溢油连续动态监测
今天，中国有了自己的海洋卫星，可以对海洋实施动态监测。例如，海上开发石油时，可能会有溢油情况；如果有航船翻沉，也会产生溢油。这都会影响到海洋生物生存，也会影响到海洋养殖业。现在我们有能力，用海洋卫星准确监测溢油的分布状况。溢油会随着浪和流运动，从而也能预测溢油的漂向。多年前，墨西哥湾的油井泄漏，污染了整个墨西哥湾。在人类史上，也曾发生很多次重大的溢油事件，对海洋生物产生了灾难性影响。利用海洋卫星监测溢油分布后，再用人工措施回收溢油，可以减轻灾害影响。大家想一想，这是一件多么伟大的事情！▲海洋卫星协同其他卫星实现对海洋动力环境与灾害的动态监测我们在渤海湾，在广阔的南海，每天都需要用海洋卫星监测。如果在海上翻船了，在卫星的帮助下，我们可以迅速实施海上救援。遥感还能帮助我们干什么呢？我想用汶川地震的案例，来给大家讲讲遥感的精细作用。汶川地震是最近20年内，对人类、对中国影响最大的地震灾害之一。毫无疑问，地震发生后，首先要尽快获取灾地的影像，比如上面展示的老百姓能看到的光学照片。还有用的最多的微波SAR影像。地震时常常伴有暴雨，导致视线模糊，但可以用微波遥感快速监测地表状况。例如这幅图是用意大利COSMO的3米的SAR影像对地表实施监测，可以知道水库是否积水、会不会崩溃以及是否会产生次生灾害。但是，3米还不足以识别损毁的楼房、桥梁。这时航空遥感就派上用场——用飞机，包括无人机来飞行，快速对重点区域精准监测。▲快速启动航空遥感综合监测
无人机可以自由飞行，哪里有灾害就飞到哪里去。这样，我们就真正能够利用航空遥感技术，对灾害进行高精度的监测。COSMO、TerraSAR、ALOS、Radarsat、资源1号等
监测完以后，最核心的工作是要评价灾害损失。首先，要知道地震烈度，就是地震能够产生的最大冲击力，这是建筑遭到破坏的原因。▲D-InSAR 余震与地表形变解译结果（葛林林）The University of New SouthWales, Cooperative Research Centre for Spatial Information and NewSouth Wales Department of Lands
用D-InSAR系统，能够精确监测到毫米级的地形变形。道路塌陷时，1毫米的变形都能监测到。如果地壳发生变形，这个地方可能就有灾情。这就是今天用卫星技术大范围预测灾情的方式。此外，还需要对灾害区的一些重点人工设施，特别是水库进行监测。地震过程中会产生大范围的滑坡，把河道堵塞，形成堰塞湖。如果堰塞坝崩溃了，大量的水冲出，甚至会把下游的城市淹没。右；QB影像提取的房屋倒损
位于我国西南地区的易贡湖，曾在2000年发生过堰塞坝溃坝。当时由于融雪的原因，大量飞石落下在雅鲁藏布江形成了50亿立方米的堰塞湖。大坝崩溃后，下游500米的河道上升3米以上，500公里的河道里桥梁全部被推垮。所以，我们要快速监测受灾区域有没有重大的次生灾害发生，还有村庄被淹、埋的数据。▲北川的建筑物损毁
SWDC-4，分辨率：0.63米
若村庄被埋，救援的黄金时间是72小时。救援人员要尽快到达，把人救出。同时，也要对损毁的房屋、受灾人数进行评价、评估。▲北川桥梁损毁
WDC-4，分辨率：0.63 米
再看受破坏的桥梁。一旦桥梁断了，救援部队是无法前进的。2008年汶川地震时，由于未能及时掌握基础设施的破坏情况，救援部队无法第一时间到达重点区域，丧失了很多救援时间。在受灾区域，还有很多重点的文物、设施需要保护。借助遥感技术，在灾后也可以对文化建筑的遗迹进行评价、分析，来快速、有效地保护文化遗产。此外，我们可以对大坝进行模拟，借助大数据对今后可能发生的灾害进行预测、预防。比如要是发生破坏怎么办？那要不要做预先的防御措施，适当地放掉水减轻它的影响？最可怕的是，地震发生以后，可能还会引起一系列其它灾害，形成灾害链。其中最严重的就是滑坡。汶川地震中，一个山头直接移到了到500米外的地方，就像用一把刀削过去一样，这就是地震的力量。所以，我们就需要快速地对次生滑坡灾害进行评价，使灾害损失降到最少。只有这样，才能真的做到有效预防，不能再把房屋建在滑坡体上。在救援过程中，环境是变化很快、很混乱的。卫星能够快速识别环境特征，给灾民提供最安全的临时安置点。在已有的地图不能使用的情况下，卫星遥感在灾害的应急响应处置方面拥有极大优势，方便我们有效地进行灾民安置。所以，卫星遥感、航空遥感，以及地面上的设施，共同构建了人类救灾抗灾的综合观测系统。因为有了今天的卫星遥感系统，有了我们今天的航空体系，让我们的地球变得更加安全了。但是，尽管有了这么好的技术，我们依然不能够有效地对所有灾害进行监测。▲基于韩国GOCI卫星的复盘监测盐城2016年特大龙卷风2016年6月23日，在江苏沿海的盐城，出现了一个龙卷风。一般来讲，在沿海地区龙卷风非常多，很正常。但是这次不一样，从上午十点开始，天空中的云逐渐形成了，但是没有想到会引发龙卷。到了下午1点，龙卷席卷周围地区，导致79人死亡、700多人受伤，损失巨大。这是灾后的评估。左图是灾前的情况，右图是灾后的。一场龙卷，就能导致所有房子全部损毁。这种现象也让遥感卫星的研究者思考，我们能不能发射更多的卫星，实现每小时、甚至每15分钟都能进行观测的频率？这就是“星链计划”的目标。若遥感卫星连成“星座”，就可以更有效地监测地球。很高兴，今天航天航空遥感已经在抗灾过程等各个领域得到重大应用，为决策提供了实时动态的信息，我们也会继续努力来推动它的发展。在国际上，有一个国际防灾减灾计划。当一个地区、国家发生重大自然灾害的时候，全球有卫星的国家都有义务对灾害区进行实时动态监测，共同为人类抗灾提供服务。目前，人类处于一个重大变革的时代。我们要把所有的技术组合在一起，上有测量技术，下有大数据人工智能计算技术，形成一个整体。而这样的技术，也为我们实现可持续发展目标带来了新的机遇。今天的卫星，看得越来越清、分辨率越来越高，实现了实时动态监测，这就是我们讲的“后高分时代”。“高分”的意思是分辨率更高，看得更清、更远，能够实时动态监测。我相信，通过人类的共同努力，会把这个事情做成的。“数字地球”点亮了我们对地球新的认知，遥感让数字地球成为现实，也促进了人类的可持续发展。- END -
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