環境衛星：大范圍、快速、準確、動態監測污染事件發生
它遠離地球600多公里，專家稱它“站得高、看得遠”。
它的眼睛是CCD相機、紅外相機和高光譜成像儀，能夠看到地球的每個角落。
它可以對生態環境進行大范圍、快速、動態監測，是不折不扣的環保衛士。
它就是環境一號衛星。
自2008年9月6日環境一號衛星A/B星(以下簡稱“環境衛星”)成功發射以來，為充分發揮環境衛星的作用，環境保護部衛星環境應用中心(以下簡稱“衛星中心”)按照邊建設、邊應用、邊見效的方針，初步建立了水、氣、生態環境業務化應用系統，在太湖和巢湖等大型水體藍藻水華監測、沙塵暴監測、秸稈焚燒監測、區域生態環境動態變化監測等方面積極開展應用工作，衛星應用成果得到國務院領導和環境保護部的高度重視和肯定。
環境衛星具有哪些優勢？環境衛星的作用有多大？環境衛星數據是怎樣獲取的？環境衛星數據的應用具有怎樣的意義？帶著這些問題，本報記者來到衛星中心，在專家的解析下，環境衛星的神秘面紗徐徐揭開。
環境衛星具有哪些優勢？
2007年以來，江蘇省太湖湖區多次發生較大范圍的水華，嚴重威脅當地的飲用水安全，給當地群眾的生產生活造成了重大影響，環境監測部門承擔的藍藻監測預警任務十分繁重。
2008年9月，環境衛星成功發射后，衛星中心向江蘇省環境監測中心提供環境衛星數據，開始開展太湖藍藻水華動態監測。
從2010年4月1日開始，應江蘇省環境監測中心請求，衛星中心與江蘇省環境監測中心建立了環境衛星數據快速分發機制。衛星中心在環境衛星地面站接收系統中，設立了太湖湖體遙感數據“窗口”，定期監測太湖湖體。
快速分發機制有多快？衛星中心的工作人員告訴記者，當衛星地面站接收到太湖湖體遙感數據后，30分鐘之內即可處理完畢，衛星中心隨后在30分鐘之內，解譯水華的面積數，編制基于環境衛星遙感數據的太湖藍藻監測快報，上報環境保護部有關部門。與此同時，衛星中心10分鐘之內，將數據傳輸到江蘇省環境監測中心，向江蘇省環保廳、省委省政府提供監測快報。
接到快報后，江蘇省環保廳可以快速反應，迅速派員前往衛星監測到的水華發生區域進行核實、處理。
“2009年11月3日，在太湖的竺山湖、梅梁湖、馬山水域及西部沿岸區監測到水華，面積估算約151.5平方公里，占太湖總面積的6.5％，為零星性水華。”
“2009年11月4日，太湖水域無云覆蓋，在竺山湖湖口水域和梅梁湖監測到水華，面積估算約8.5平方公里，占太湖總面積的0.4％，可視為無水華。”
隨機抽取一份太湖水華遙感監測報告，通過文字描述可以清晰地了解到當天太湖水華的情況。
“這里是監測到水華的水域，我們把它處理成醒目的黃色。這里是沒有監測到水華的區域，圖像中為藍色。藍色和黃色形成鮮明的對比，可以直觀地看出哪個水域監測到水華。”衛星中心的工作人員指著監測報告上環境衛星攝取的太湖影像向記者介紹說。
記者從江蘇省環境監測中心了解到，太湖的地面監測點呈網格狀分布于太湖，監測人員憑借監測點的監測數據推測整個太湖的水質，由于地面監測點缺乏時空連續性，難以全面監測太湖水質，利用環境衛星遙感監測則可以彌補這個缺點。
目前，我國共有水環境、環境空氣等地面監測站點2200多個，但由于我國幅員遼闊，獲取的環境監測數據仍限于點上，難以推及面上。中國工程院院士魏復盛在接受記者采訪時這樣評價環境衛星，“采用衛星遙感技術，可以大范圍、快速、準確、動態地監測環境狀況變化和突發性環境污染事件，可以有效彌補地面環境監測缺乏時空連續性、費用高、監測站點分散，難以全面、及時監測和預警環境狀況及其發展趨勢的不足，因此環境衛星有著不可替代的優勢。”
環境一號A/B星發揮了哪些作用？
“2010年3月19~21日，受蒙古氣旋和冷空氣影響，我國北方部分地區出現了今年最強的一次沙塵天氣過程，并擴散到了長江流域及其以南地區。監測結果顯示受沙塵天氣影響的地區主要分布在南疆盆地、內蒙古中西部、京津地區、河北、山西東南部、寧夏、甘肅、陜西、河南、山東、蘇皖北部、湖北北部、四川盆地東北部。經統計，3月19~21日，我國受沙塵影響面積分別約為39萬、140萬、46萬平方公里。”
這是一份衛星中心出具的沙塵暴監測報告。為充分發揮環境衛星的作用，衛星中心初步建立并完善了水、氣、生態環境業務化應用系統，除了開展沙塵暴監測、大型水體藍藻水華監測，還在秸稈焚燒監測、區域生態環境動態變化監測等方面開展了應用工作。
——在環境質量監測方面，按照環境保護部監測司要求，利用環境衛星數據及其他衛星數據源，對太湖、巢湖、滇池及三峽庫區的水華進行動態監測；會同監測總站每日向監測司報送太湖藍藻水華監測預警日報，巢湖、滇池藍藻水華監測周報；開展了春季北方沙塵、長三角等重點城市群霾監測及全國的秸稈焚燒監測工作。每年夏、秋兩季會同環監局在環境保護部、12369中國環保熱線網站上刊登相關監測結果，為環境執法部門提供參考信息；開展了烏梁素海黃藻、東海和珠江口赤潮等應急監測與評價。
——在業務應用方面，根據環境保護部生態司的要求，對2009年和2010年新建和調整的國家級自然保護區進行了遙感監測，重點提取了保護區內工礦、城鎮居民點、道路和農田等人類活動信息，并對監測結果按照保護區的核心區、實驗區和緩沖區分別進行統計，為核查國家級自然保護區內人類活動情況提供了重要技術支持。
——在數據信息支持方面，按照環境保護部核安全司要求，對多個擬建核電項目進行遙感核查，制作了幾十幅擬建核電項目遙感監測專題圖，為核安全司對擬建核電項目狀態監控提供重要支持；按照生態司要求，開展了青海木里礦區遙感核查工作，上報了專題報告；按照應急中心要求，及時開展了官廳水庫水色遙感核查工作并上報了專題報告；按照污防司要求，初步開展了飲用水水源地遙感應用示范工作。
隨著生態環境遙感應用的不斷深入，衛星中心將利用環境衛星逐步開展全國生態環境質量評價工作，開展國家級自然保護區、重要生態功能區、生物多樣性優先保護區本底遙感調查工作，為全面了解和掌握國家級自然保護區保護效果、重要生態功能區服務功能變化、生態系統健康狀況等提供重要依據。
環境衛星數據是怎么獲取的？
環境衛星數據具有寬覆蓋、重訪周期短、光譜分辨率高等特點，是目前國內民用衛星中技術最復雜、指標最先進的對地觀測系統。
記者從衛星中心了解到，環境衛星A星配備了兩臺CCD相機和一臺高光譜成像儀，環境衛星B星配備了兩臺CCD相機和一臺紅外相機。A星與B星在同一軌道面內，呈180°相位運行，兩顆星配合，可兩天對同一地區進行快速重訪。
A星和B星上兩臺CCD相機幅寬可達700公里、地面分辨率為30米，譜段數有4個，藍綠波段可用于淺水區的水深探測，也可用于環境背景調查，區分土壤與植被等，對葉綠素和其他色素、水體混濁度等具有潛在的應用能力；綠光波段可用于由于環境背景變化而引起的植被活力改變，在水體監測中它還是混濁水體、懸浮沉積物、赤潮的重要應用波段；紅光波段可用于對葉綠素及葉綠素熒光的探測；紅外區波段對氣溶膠和水汽的大氣校正、植被生態監測有重要意義。
高光譜成像儀幅寬為50公里、地面分辨率為100米，譜段數為115，波譜分辨率為5nm，具有精細探測能力，在生態環境監測中具有重要的實際應用價值，它可以監測土地的沙化、鹽堿化、石漠化，可進行土地分類、植被分類等。
紅外相機幅寬為700公里，近紅外和中紅外譜段分辨率為150米，熱紅外譜段分辨率為300米。近紅外通道對于土壤和城市環境探測具有一定作用；中紅外通道適于熱污染、秸稈焚燒等火點目標特性探測；熱紅外通道可在夜間成像，對城市熱島等地表熱特性、城市垃圾等監測有重要作用。
環境衛星環境應用系統是環境遙感監測業務的重要支撐和保障。環境應用系統由業務運行管理分系統、數據管理與用戶服務分系統、圖像處理分系統、環境空氣遙感應用分系統、地表水環境遙感應用分系統、生態環境遙感應用分系統等組成。根據環境衛星數據地面應用系統的處理能力，按照數據處理過程，環境衛星遙感數據產品可分為9個級別:
(1)原始數據:衛星下行接收得到的原始碼流數據文件；
(2)0級數據產品:對原始數據，進行解壓縮、幀同步、格式化以及分幅處理，獲得的標準景數據產品；
(3)1級數據產品(系統輻射校正產品):未進行系統幾何校正，進行了譜段間的配準校正和系統輻射校正；
(4)2級數據產品(系統幾何校正產品):輻射校正與1級相同，進行了系統幾何校正；
(5)3級數據產品(幾何精校正產品):基于2級產品數據，利用衛星精軌數據和地面控制點，對圖像進行了幾何精校正；
(6)4級數據產品(正射校正產品):基于3級產品,利用衛星精軌數據、地面控制點和地面高程模型進行了幾何精校正;
(7)5級數據產品(圖像加工數據產品):利用常用的圖像處理方法(鑲嵌、融合、濾波、銳化等)對數據進行了圖像處理;
(8)6級數據產品(專題數據產品):根據地表水、大氣和生態環境遙感監測與評價的需求,在對3級~5級產品進行再加工的基礎上,生產出的環境監測指標和參數的專題產品;
(9)7級數據產品(應用數據產品):根據地表水、大氣和生態環境遙感監測與評價的需求,在對3級~6級產品進行再加工的基礎上,生產出的各類環境遙感監測與綜合分析評價應用產品。
環境衛星遙感數據產品的應用可以為突發環境事件應急提供高效的技術支持、為環境管理決策提供高效的技術支持,服務于環保事業,服務于人民大眾。
環境衛星數據應用有何意義?
目前,隨著環境衛星數據的分發范圍不斷擴大,環境衛星的作用得到了更好的發揮。
例如,2009年9月20日～10月10日,為保障國慶期間首都環境質量穩定和安全,衛星中心會同環境保護部華北督查中心利用環境衛星監測火點,開展了國慶期間華北地區(北京市、天津市、河北省、山西省和內蒙古自治區)秸稈禁燒信息快報編制工作,秸稈禁燒監測結果同時在環境保護部網站上公布。
衛星中心的工作人員告訴記者,利用衛星遙感監測,可以迅速發現火點,并且確定火點所處的精確位置,依據衛星監測快報提供的情況,華北5省(市、區)各級環保部門可以迅速前往核查、處置。所以,國慶期間秸稈焚燒現象基本得到遏制,使國慶期間的大氣環境質量得到保障。
再如,2010年4月14日,青海省玉樹縣發生7.1級地震,地震造成巨大破壞和傷亡。地震發生后,衛星中心啟動了環境衛星對玉樹地區的應急觀測機制,及時獲取了玉樹地區環境衛星數據,應青海省環境保護廳請求及時提供了環境衛星、高分辨率衛星數據等60多景,這些數據空間分辨率從1米到30米不等,數據量共約50G,對地震后生態環境影響評估起到了重要作用。
隨著應用的不斷深入,衛星中心還將利用環境衛星等遙感數據在環境應急監測、固體廢棄物監測、飲用水水源地監測、環境影響評價等方面開展工作。屆時,環境衛星將發揮更加重要的作用。
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地方環保部門如何獲取環境衛星數據?
《2010年環境監測工作要點》明確要求衛星中心要及時、無償給省級環保部門提供環境衛星遙感數據,以加強對遙感技術在環境監測領域應用的技術開發和成果轉化,最大程度上發揮其在環境監測中的作用。
為推進環境衛星數據在環保系統的應用,充分發揮衛星的社會經濟效益,衛星中心編制了《環境與災害監測預報小衛星星座(H J -1衛星)數據產品分發管理辦法(暫行)》和《環境與災害監測預報小衛星星座(H J -1衛星)數據產品分發說明及流程(暫行)》,組織開發了環境衛星數據產品共享服務系統。環境衛星數據產品分發管理辦法已于2009年5月由環境保護部發文頒布,面向全國環保系統分發環境一號衛星數據產品。
2009年10月,環境衛星數據產品共享服務系統正式上線測試,經30多家環保系統用戶單位測試,基本功能運行正常。目前,環境衛星數據產品共享服務系統已經正式運行,全國各地環保系統可以使用環境衛星數據開展遙感應用工作。 環保系統用戶通過登陸環境衛星數據產品共享服務網站(www.secmep.cn)瀏覽和免費下載衛星數據2級產品。使用環境衛星數據產品共享服務系統需要登陸網站注冊用戶信息,利用系統提供的功能查詢、瀏覽和選擇下載所需的環境衛星數據。
用戶注冊時需按照要求填寫真實有效信息,并將用戶注冊申請表加蓋單位公章傳真到衛星中心,衛星中心對注冊用戶提供的信息進行審核,審核通過后,用戶有權限查詢、瀏覽、下載環境衛星數據產品。
關于環境衛星數據產品查詢和瀏覽,環境衛星數據產品共享服務系統提供了各種查詢功能和良好的操作界面,用戶利用這些功能可方便地進行數據產品查詢和檢索,并對查詢到的數據產品快視圖進行瀏覽。
關于環境衛星數據產品的下載,用戶從查詢結果中選擇需要的數據產品,加入下載數據列表。用戶確認所要下載的數據產品后,提交衛星中心審批,審批通過后,系統生成訂單編號,通過訂單編號可以下載數據產品,詳細操作說明可查看網上幫助內容。另外,針對數據量比較大的用戶,可以通過移動硬盤拷貝的方式獲取數據。
如何獲取境外的遙感數據?
對于參與國際合作的用戶,如需要對接收站(北京密云、新疆喀什、海南三亞)范圍以外的區域獲取數據,提前10天向衛星中心提交數據接收計劃(包括接收時間、接收數據范圍等信息),衛星中心根據用戶的申請計劃編排環境衛星數據接收計劃。環境衛星通過星上記錄模式,將各傳感器的觀測數據經過壓縮、編碼處理、格式編排和加擾后,記錄在星上的固態存儲器中。
地面接收系統根據衛星軌道精確計算出衛星進入中國地面接收站范圍的時間段,當環境衛星處于地面接收站可視范圍內時,衛星將固態存儲器中存儲數據通過回放模式發送給地面接收站。衛星中心再把地面處理系統處理的境外數據提供給用戶。
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