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遥感:探索世界的“天眼”

行业上下游中国仪表网2012年10月10日 11:11人气:20931

  “遥感就在我们身边。”中科院遥感所郭子祺研究员这样说。
  
  作为地球科学及应用的一种观测手段,遥感总是带给人们一些困惑:它能应用在哪些方面?能为我们做些什么?它又是如何监测的?实际上,遥感在我们生活中无处不在。只是它好像总是披着隐身衣,而我们浑然未觉罢了。本期共享科学就揭开遥感应用的这层隐身衣,接着为读者讲述遥感的应用。
  
  ——灾害遥感——
  
  灾情数据即时通
  
  前不久,强台风“海葵”来袭,造成许多地区出现农田被毁,农业大棚倒塌,农作物在强风暴雨的摧残下出现死亡的状况。这时,通过灾害遥感,可以准确的划分出受台风影响区域,通过气象预警发布有效信息,人们便可由此对农产品进行防护措施,降低损失。
  
  郭子祺说:“经过二十多年的努力,我国已建立了重大自然灾害遥感监测评估运行系统,形成了对台风、暴雨、洪涝、旱灾等灾害的监测能力,特别是快速图像处理和评估系统的建立,具有对突发性灾害的快速应急反应能力,使该系统能在几小时内获得灾情数据,一天内做出灾情的快速评估,一周内完成详实的评估。”
  
  在1987年大兴安岭发生特大森林火灾时,中国科学院卫星地面站提供的火情现势卫星影像图对现场指挥、调度扑救起到了决定性作用;1998年长江、嫩江流域发生特大洪灾时,航空、航天平台的遥感实时监测,为指挥抗洪救灾、恢复生产发挥了巨大作用。此外,郭子祺还介绍,在“5·12”汶川特大地震发生后,全力启用了航空、航天遥感设备和专业技术人员飞赴前线,第一时间获取灾情信息,哪片房屋倒塌了,哪里河道堵塞了,都一目了然。遥感为抗震救灾监测获取、处理和分析数据,为抗震救灾的行动部署提供了基础依据和重要背景信息。
  
  ——农业遥感——
  
  农业统计换新天
  
  “我们要保证国家的粮食足以满足人民的日常需求,如果出现减产的话我们便需要作出相应的政策调整。”中科院遥感所研究员陈良富说。上世纪70年代,美国开始就利用陆地卫星和气象卫星等数据,预测全球的小麦产量。相比遥感估产宏观、快速、准确的优点,传统的作物估产采用人工区域调查方法,应用起来计算繁杂、速度慢、工作量大并且成本高。
  
  那么,遥感估产究竟是如何操作的呢?“农作物遥感估产包括对农作物生长过程的动态监测、种植面积测算、单位面积产量估测和总产量估测。”记者在采访中得知,根据生物学原理,在收集分析各种农作物不同生育期不同光谱特征的基础上,通过平台上的传感器记录的地表信息,辨别作物类型,监测作物长势,在作物收获前,预测作物的产量的一系列方法。
  
  先有“产”才能有“估”。对于整个农业生产链来说,遥感的作用可以说是贯穿始终。从最开始的农业资源调查到土地利用现状分析,再到农业病虫害监测,这些都要依赖于遥感技术应用。
  
  有一份数据引起了笔者注意“我国每年由于病虫害造成的损失大约在10%—15%之间”如此庞大的一个数字!遥感技术能否帮助我们及早发现病虫害,以最快的速度采取防治措施呢?郭子祺说:“遥感技术检测农业病虫害,主要依据基于植物受到病虫侵扰时生理变化所引起的绿叶中细胞活性、含水量等的变化,表现为农作物在反射光谱特性上的差异。这样,农作物在遭受病虫危害早期就可以通过遥感技术探测到这一光谱差异,从而解决了农作物病虫害早期发现和早期防治的问题,这一技术方法也已经应用在森林病虫害监测和防治方面。”
  
  ——大气遥感——
  
  定量监测气溶胶
  
  近些年,大气臭氧减少、烟雾弥漫难以消散,这样的问题成为社会普遍关注的焦点。但有一个词“气溶胶”常常和这些大气问题相伴提起,或许从它的身上我们可以找到问题的关键。
  
  “秸秆焚烧的烟尘、人为活动的扬尘和植物花粉颗粒物,就是气溶胶的具体实例。汽车尾气和各种锅炉的化石原料燃烧排放气体可以转化为微小细粒子。”陈良富说,“它不仅对人体造成危害,而且气溶胶作为云凝结核,使地气系统的能量平衡失衡,从而影响区域和全球气候,大量的细粒子气溶胶还会形成严重的灰霾天气。”
  
  面对气溶胶我们真就束手无策吗?当然不会!“在众多类型的监测技术中,卫星遥感可以提供广阔背景上的气溶胶区域分布信息,是唯一实现全球气溶胶监测的手段。”陈良富介绍,定量研究气溶胶在全球范围内的时空变化特征与演变规律上有其他站点监测无法比拟的优势,辅以米散射原理的地基激光雷达提供的气溶胶垂直分布信息,可以获得区域分布的近地面PM2.5质量浓度的监测,实现城市群、郊区和广大农村区域的空气质量监测。
  
  说到大气遥感,还有一点不得不提——灰霾。比如北京以及华北地区的天空常常披着灰色的面纱,给人们生活出行造成很大的困扰,“这正是灰霾在作祟,”陈良富研究员说,“美国的网站总用卫星图像来说中国的污染太严重,对此科学家们解释说是由于天气稳定利于污染物排放的积累所致。其实这里存在一个误解。”
  
  陈良富解释,用了五种方式的卫星观测数据对灰霾天进行分析,发现人为排放积累不至于引起如此面积大、强度高的污染。那空气污染的原因究竟是什么呢?通过遥感探测发现,每年10月到次年的3月期间,每2—3天在2公里以上的高空就有一股从西风带吹来的浮尘,当它抵达华北平原上空后,由于地势降低,风速下降以后浮尘便会往下与污染物相混合,遭遇水汽后细粒子个体便迅速增大就造成大范围高强度的污染现象。如果遇上南边气流比较强会形成华北地区持续多天的重污染天气。若仅通过地面观测的话恐怕难以得知这一现象的起因,在这些需要大尺度的观测工作上,遥感无疑起到了不可替代的作用。
  
  ——水资源遥感——
  
  让水质监测与评估更真实
  
  水是万物生长之本,湖泊更是自然的神作,但近些年,随着我国工业和城镇化的快速发展,江河湖泊面临水质污染的严峻问题。
  
  能否利用遥感技术来进行江河湖泊水质环境监测呢?郭子祺说:“水体及其污染物质的光谱特性是利用遥感信息进行水质监测与评估的依据。国内外许多学者利用遥感的方法估算水体污染的参数,以监测水质变化情况。”此外,郭子祺介绍,利用遥感技术进行水环境监测与水体富营养评价,存在很大的优势:信息获取快速、省时省力等特点,不仅能够较好的反映出研究水质的空间分布特征,而且更有利于大面积水域的快速监测。遥感技术无疑给湖泊环境变化研究带来了福音。
  
  “在整个水资源管理方面,遥感技术与地理信息系统相结合,正发挥着越来越重要的作用。”郭子祺告诉记者,“水质的好坏有一个划分指标,目前利用遥感技术获得的光谱数据进行水质参数反演精度还不高,还达不到环保部门的要求。如何使这一技术有效应用呢?目前的做法是在测量区域布置一些水质传感器,通过无线传感器网络技术可24小时连续测量水质的多种参数,用于提高水质遥感反演精度,使其接近或达到相关行业要求。”(实习生徐冰)
  
  ■延伸阅读
  
  卫星遥感测出精准数据:京杭大运河全长1710千米
  
  京杭大运河到底有多长?中国科学院遥感应用所刘少创课题组利用卫星遥感技术,重新量测了这条世界上最古老,也是最长的大运河,得出精确答案:京杭大运河总长度为1710公里。
  
  京杭大运河与万里长城并称为中国古代两项伟大工程,但在各种文献资料中,运河的“身长”却长短不一。刘少创表示,河长、源头和流域面积都是国家重要的地理信息数据,我们应该利用现有的技术条件,准确确定这些数据。
  
  刘少创课题组利用卫星遥感技术,再加上大比例尺地形图,进行分析计算,最终确定京杭大运河的精确“身长”。据介绍,1710公里的总长度,是以北京通州温榆河和通惠河的交汇处为起点,以杭州的拱宸桥为终点,沿京杭大运河的中心线进行量测得到的。
  
  据刘少创介绍,课题组主要利用卫星遥感技术确定河流的源头和长度,但由于很难在同一时间集齐整条河流的所有卫星影像数据,所以还需要结合航空影像和大比例尺地形图,进行分析测算。“大比例尺地形图更接近河流真实的长度,弯弯曲曲的河道也更容易表现出来。”
  
  由于卫星遥感影像无法确定边界的位置,此次并未分段量测,因此京杭大运河北京段暂无精确长度。
  
  据刘少创介绍,从目前的卫星影像图来看,河道的分界点不太清楚,例如北京和天津的河道边界点,就无法确定具体位置,再加上地形图的资料也不全,难以按边界分段测量。
  
  “如果要分段测量,必须精确确定每一个分界点的位置,这要涉及很多部门,我们无法得到这些资料。”刘少创说。
  
  据刘少创介绍,大江大河的源头确定和长度量测是经典的地理学问题,早在地理大发现时代,科学家们就得出了一些结论,一直沿用下来,实际上数据是有问题的。
  
  自20世纪90年代起,刘少创课题组便提出利用卫星遥感技术确定全球重要河流的源头和长度,以解决全球大河源头和长度数据混乱的问题,京杭大运河是该课题组量测的第16条大河。
(本文来源:科技日报转载请注明出处
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