遥感技术：感知地球的“千里眼”

　　前不久，第三十五届国际环境遥感大会在北京召开，来自全球56个国家和地区的1000余位遥感专家参加了会议。这也是该会议发起50年来首次在中国举办。

　　“国际环境遥感大会在北京召开，说明我国的遥感技术与应用发展得到了国际同行的广泛认可。” 中国科学院遥感与数字地球研究所(以下简称遥感地球所)所长郭华东院士说。

　　兴起于上世纪60年代的遥感技术，是指从远距离感知目标反射、辐射或散射的可见光、红外、微波电磁波对目标进行探测和识别。人类目力有限，遥感技术的出现，让人类仿佛拥有了另一双可以无限感知地球的“千里眼”。

　　近些年，我国遥感技术发展迅速，在自然灾害监测、环境监测、遗产保护及可持续发展等多领域广泛应用。

　　第一时间获取震区灾情

　　定位准、速度快，提供灾情数据，服务抗震救灾

　　今年4月22日，国务院总理李克强主持召开的部署芦山地震抗震救灾工作会议，在李克强身后挂着一幅芦山县震后航空影像图。

　　这幅对抗震决策有至关重要作用的影像图即由遥感地球所提供。遥感作业时间是4月20日11点，距离地震发生刚刚过去3个小时。

　　2008年汶川地震、2010年玉树地震震后，航空影像图也同样起了关键作用。

　　强烈地震往往会造成一些地区交通和通信中断，严重影响外界对受灾情况的判断和相应决策。如何尽快获取受灾信息，成为指导救灾工作的关键。

　　“高分辨率遥感观测技术，是精确获取灾区数据的最重要的手段之一。”郭华东说，“遥感地球所将地震后获取的遥感数据，共享给参与救灾的国家有关部门和灾区政府，并将卫星数据上传到网站上供社会免费使用，为精确判断灾情和救灾指导发挥了重要参考作用。”

　　科研人员是怎么利用遥感技术评估、判断地震灾情?

　　遥感地球所航空遥感中心主任李震说：“遥感航拍得到的高分辨率影像，能清楚地辨识建筑物、道路、河流、车辆等地面信息。科研人员运用专业知识，与震前的遥感观测数据比对，就能够判断建筑物和道路的受损情况，道路上堆积的滑坡物大小、滑坡的土方量等等，发现潜在的山体垮塌、堰塞湖等次生灾害，并确定财产损失的基本情况，确定救援所需投入的人力、物力等。”

　　芦山地震后，遥感地球所还利用遥感数据和模型对地震烈度做出初步评估，对整体受灾情况做出快速判断，其结果与实际情况基本吻合。

　　“利用遥感技术监测和评估灾情，首先是定位准确，每个点都带有坐标和经纬度。其次是速度快，震后9小时就实现了卫星数据共享。”郭华东说。

　　郭华东介绍，多次应对严重自然灾害的经验，遥感地球所已经形成了一套应对自然灾害的机制以及遥感数据共享的分发模式。

　　大范围遥感监测PM2.5

　　与地面监测互为补充，更全面掌握大气污染状况

　　近年，遥感技术在监测大气污染方面作用日益凸显。

　　今年1月，我国中东部地区发生了数次极端强雾霾事件，而对其成因则有不同见解。主流观点认为，污染物排放量大，静稳天气、扩散条件不利，区域污染和本地污染贡献叠加等是导致强雾霾事件的主要原因。

　　遥感地球所陈良富研究员对此有些质疑。他决定从卫星遥感的视角，观测地表发生的强雾霾情况。

　　基于对遥感卫星观测数据的统计与分析，陈良富提出，除了人为排放引起的本地污染浓度上升原因，水汽、浮尘是造成雾霾来袭、能见度急剧下降的重要外部原因。

　　陈良富说，排放到大气中的污染物颗粒，尤其是PM2.5细粒子的消光能力非常强。各种污染物粒子遇到西部高空刮来的浮尘细粒子，就会以浮尘作为凝结核，迅速对浮尘微粒进行包裹。加上从东南部来的充足的水汽，细粒子体积迅速吸湿增大而使粒子的消光能力大增，导致能见度迅速降低。由此引发的强逆温天气，造成污染物的迅速累积，并进一步促使水汽过饱和形成雾霾混合的局面，从而形成了浓度水平高、持续时间长的极端污染事件。浮尘与水汽等自然因素加速了成霾过程、放大了人为污染规模和效力。

　　“如果不科学地认识极端强雾霾的发生机理，就容易判断错误，认为都是由排放的污染物引起的，在治理上进入误区。而要得出科学判断，仅凭地面一种观测手段是不够的，还需要卫星遥感观测手段来补充，才更全面和客观。”陈良富说。

　　“目前，对雾霾主要靠地面监测，但地面监测需要布点，点与点之间污染颗粒物的变化细节是观测不到的，而遥感监测可反映整个区域霾的二维甚至三维情况。我们可以对遥感监测和地面监测进行对比分析，得出更准确的信息。”他说，“地面环境监测站只能监测地上几米高范围内的PM2.5数值。而灰霾随高度变化，分布不一样。利用激光遥感手段能获得灰霾的垂直分布情况，从而形成立体监测系统。”

　　陈良富说，今后中国还将继续加强对遥感技术的应用，通过对中国、美国、欧洲的卫星数据综合分析，以期更全面、准确地掌握大气污染状况。

　　保护遗产大显身手

　　发现千年文物古迹，修复珍贵文化遗产

　　除了星载和机载遥感技术外，地面激光遥感技术以其独特的工作原理与方式在遗产的保护和恢复中已经发挥作用，成为遗产监测与保护中不可或缺的技术支撑。

　　国家文物局文保司司长关强在接受媒体采访时曾说过，一批又一批深埋地下数千年的文物古迹被科学家发现和发掘，一些损坏的珍贵文化遗产得到了修复和数字化保存。这其中，遥感技术发挥了极其重要的作用，并且是其他技术手段无法实现的作用。

　　应用遥感技术，美国考古学家发现了沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大;希腊考古学家用红外像片在科林斯湾发现了公元前373年毁于地震的古城 “Hekike”;遥感地球所郭华东课题组利用雷达遥感技术发现了阿拉善高原干沙覆盖下的古河湖串联系统和明、隋古长城;也是应用遥感技术，科学家们重建了吴哥古城的分布范围，重现历史的辉煌……在文化遗址的发现上，遥感技术具有独特的优势。

　　在自然遗产的保护中，特别是在面积较大的自然遗产保护中，遥感技术也有着其他技术无法比拟的优势。

　　2011年3月到2012年6月，遥感地球所曾受国际组织的委托，应用高分辨率的遥感技术，对越南下龙湾这一世界自然遗产的环境变化进行了监测。该所研究员王心源说，2010年下龙湾被列为濒危世界遗产，应用遥感技术，科学家们试图摸清其环境究竟恶化到什么程度，并找出导致环境恶化的原因。“下龙湾这片海域约为1553平方公里，包括1969座岛屿;中心区面积为434平方公里，有775座岛屿。这么大的面积，仅靠人力是无法完成调查研究的，这时候，遥感技术首当其冲。”

　　除了自然遗产，遥感技术在文化遗产保护中的作用也不容小觑。

　　“激光雷达是遥感中的一项新兴技术，它的优势在于能获得物体的三维图像，因此十分适用于文化遗产的保护。”遥感地球所研究员王成说：“譬如，龙门石窟的风化侵蚀一直是个难题，但若能及早对其进行三维扫描，以后就可按照计算机模型对其进行复原。更重要的是，科学家还能依据这些数据分析破坏发生的原因，如温度、风力、湿度等，从而指导文物部门进行更加精细的修复。”

　　近年来，我国综合利用遥感、地理信息系统等手段，还实现了对景区和遗产地建设工程、土地利用、生态环境变化、火警突发情况的动态监测和快速调查。