環境減災衛星在我國生態環境中的應用

王橋 楊一鵬 趙少華 劉思含

（1生態環境部衛星環境應用中心 2國家環境保護衛星遙感重點實驗室）

環境與災害監測預報小衛星星座A、B衛星（簡稱HJ－1A/B）于2008年9月成功發射。衛星在軌運行10年，為我國生態環境遙感監測提供了重要數據支撐，有力支撐了國家生態環境保護重點工作。

1 環境減災衛星運行情況

環境與災害監測預報小衛星星座包括2顆光學衛星環境減災一號A、B（HJ－1A/B）衛星和1顆雷達衛星環境減災一號C（HJ－1C）衛星，可以實現對生態環境與災害的大范圍、全天候、全天時的動態監測，光學衛星可實現30m空間分辨率每2天對國土進行全覆蓋觀測，紅外探測在中等分辨率下每4天對國土進行全覆蓋觀測，超光譜探測在中等分辨率下每4天對國土進行重復觀測。

HJ－1A/B于2008年9月6日成功發射，設計壽命3年，于2009年4月在軌交付使用，至今已經在軌運行10年，超期服役7年，圍繞地球運轉53819圈。HJ－1C于2012年11月19日成功發射，設計壽命3年，圍繞地球運轉32178圈。衛星運行期間，為我國生態環境監測和環境遙感科研等工作提供了大量遙感數據。

2 環境減災衛星數據接收情況

環境減災衛星配置了寬覆蓋CCD相機、紅外多光譜掃描儀（IRS）、高光譜成像儀（HIS）、合成孔徑雷達（SAR）等四種遙感器，組成了一個具有中高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率和寬覆蓋的比較完備的對地觀測遙感系列。截至2018年8月16日，生態環境部衛星環境應用中心已累計提供CCD數據493930景，數據量154251.451GB；HIS數據690429景，數據量32361.713GB；IRS數據67365景，數據量4451.179GB；SAR數據112011景，數據量10189.572GB。

3 環境減災衛星數據服務情況

環境減災衛星在軌運行至今，生態環境部衛星環境應用中心向科研院校、企事業單位以及黑龍江、青海、云南、江蘇、四川等二十余個省（市、自治區）的生態環境保護系統相關單位提供數據推送和數據加工處理服務，為國家和地方層面生態環境遙感監測提供了數據支撐，特別是，通過數據服務、技術指導和業務交流，顯著提升了地方環境遙感監測的能力和水平。

數據服務情況

為促進環境減災衛星數據應用，生態環境部衛星環境應用中心通過外網網站為科研院校、企事業單位提供免費數據下載服務。截至目前，向全國200多家相關單位分發了近10萬景遙感數據產品，數據量近8TB。

數據推送情況

為提高省級環境遙感應用水平，生態環境部衛星環境應用中心先后為黑龍江省環境科學研究院、青海省生態環境遙感監測中心、云南省環境科學研究院、江蘇省環境監測中心等省區提供環境減災衛星數據7787.295景，數據量33490 GB。

4 環境減災衛星數據應用情況

HJ－1A/B衛星擁有光學、紅外、超光譜多種探測手段，載荷具備700km以上幅寬覆蓋能力及2～4天的重訪能力，具有大范圍、全天候、全天時、動態的環境監測能力，為環境監測提供了優質數據源。衛星在軌運行至今，為生態環境部衛星環境應用中心大氣環境、水環境、生態環境遙感監測等業務運行提供了重要的數據保障，為環境監管、環境事故跟蹤監測和響應、執法督察等工作提供了重要的技術支持。

大氣環境遙感監測應用

利用環境減災衛星的CCD和紅外相機數據，通過開展氣溶膠、灰霾、熱異常等大氣環境指標遙感反演與監測研究，實現了基于環境減災衛星的大氣環境遙感監測業務化運行，生產陸地氣溶膠光學厚度、空氣渾濁度、空氣能見度、霧分布、霾光學厚度、沙塵分布、沙塵等級、熱異常點等專題產品，以及霧霾監測、沙塵及沙塵暴監測、秸稈焚燒監測、環境空氣質量評價等應用產品。通過十年業務化應用，利用環境減災衛星數據，實現了全國秸稈焚燒、灰霾、大氣顆粒物、沙塵等動態遙感監測，為國家大氣污染防治提供了重要技術支撐，并在重污染天氣應對、國家重大活動空氣質量保障等方面發揮了重要作用。

2013年9月28日氣溶膠監測圖

2018年3月13日滄州地區氣溶膠監測圖

2018年3月13日天津地區氣溶膠監測圖

水環境遙感監測應用

2018年7月14日太湖水環境監測圖

利用環境減災衛星CCD、紅外相機和超光譜儀數據，通過建立水華、水質、水表溫度等水環境遙感監測指標算法模型庫，進行水環境遙感產品生產，開展水環境遙感業務化運行。業務化生產可直接遙感反演的葉綠素a、懸浮物濃度、水表溫度等第一類水環境遙感專題產品，可間接反演的水體初級生產力、水草分布、營養狀態指數、水質分級等第二類水環境遙感專題產品，以及水華、赤潮、溢油、水體熱污染、水體富營養化等應用產品。通過10年業務化應用，利用環境減災衛星數據，實現了全國重點湖庫水華、富營養化、飲用水源地、面源污染等遙感動態監測，并在水環境質量目標管理、飲用水安全保障等方面發揮了重要作用，為國家水環境污染防治提供了重要技術支撐。

生態環境遙感監測應用

利用環境減災衛星CCD、紅外相機和超光譜儀數據，建立了土地生態自動分類技術方法流程和生態系統參數反演算法，實現了生態環境遙感監測業務化運行。面向衛星數據特點和生態環境調查評估應用需求，建立了三級土地生態分類系統，并在對分區目的、原則與方法進行系統研究的基礎上建立了土地生態分類分區框架，重點研究了決策樹分類方法與面向對象的分類方法，建立了土地生態自動分類技術流程；建立了生物物理參數、土地生態分類狀況、景觀狀態等主要監測指標遙感反演與監測技術流程，可獲取全國生態系統現狀及動態信息。通過10年業務化應用，利用環境減災衛星數據，實現了國家級和省級自然保護區人類活動、全國生態系統調查評估、生物多樣性保護優先區生態環境監測、礦山等資源開發活動生態影響、青藏高原生態環境監測等業務化運行，支撐了生態環境部和中國科學院聯合實施的“全國生態環境十年變化（2000—2010年）遙感調查與評估項目”，首次系統全面獲取了全國生態系統狀況及動態變化，在國家生態保護和監管方面發揮了重要作用。

科研及其他應用

2010年上海市生態系統分布

2010年北京市生態系統分布

2010年黃河中上游能源開發區開發強度綜合指數

環境減災衛星CCD、紅外相機和超光譜儀數據高分辨率、大幅寬的特性也為全球/全國等大尺度的生態環境遙感監測產品生產提供了優質數據源，有力地支撐了863計劃重點科研項目“全球地表覆蓋遙感制圖與關鍵技術研究”項目。基于環境減災衛星數據，完成了“2010基準年的30m全球地表覆蓋遙感制圖數據產品（GlobeLand30-2010）”生產。另外，也為科技部科技支撐計劃項目“基于環境減災等國產衛星的環境遙感監測關鍵技術及軟件研究”、發展和改革委員會“環境減災小衛星星座及應用關鍵技術研究”等大型科技攻關類項目提供了數據支撐。

5 總結

環境減災衛星的發射，開啟了我國環境監測天地一體化的新時代，為實現水環境、大氣環境、生態環境等遙感監測業務化運行提供了重要數據保障，生態環境遙感監測業務化運行10年，生態環境部衛星環境應用中心生產和上報了各類報告逾千期，為我國生態環境監測、監管、執法等工作提供了重要技術服務，應用成效顯著。

目前，環境遙感監測已經深入生態環境保護主體業務，成為天地一體化生態環境監測體系的重要組成部分。近年來，隨著衛星環境遙感業務領域不斷拓展，應用需求不斷增加，對衛星和有效載荷技術指標和探測能力等的要求不斷提升。未來，還需大力發展后續系列衛星，進一步提升技術指標和衛星星座的覆蓋能力，以開展持續穩定的環境遙感監測業務運行，提升環境遙感監管的能力水平，長期支撐國家生態環境保護重點工作，有效推動我國生態文明建設。