核电厂温排水卫星遥感监测应用技术标准征求意见稿

附件2
中华人民共和国国家环境保护标准
HJ□□□-201□
核电厂温排水卫星遥感监测
应用技术标准
Technical specification for nuclear station thermal discharge
monitoring based on satellite remote sensing
（征求意见稿）
201□-□□-□□发布201□-□□-□□实施
发布
前言 (ii)
1适用范围 (1)
2规范性引用文件 (1)
3术语和定义 (1)
4总则 (2)
5监测方法 (4)
6监测结果验证 (6)
7监测产品制作 (6)
8质量控制 (6)
9标准实施与监督 (6)
附录A（资料性附录）不同温升强度制图分级标准 (7)
附录B（资料性附录）核电厂温排水卫星监测产品模板 (10)
为贯彻《环境保护法》和《水污染防治法》，规范核电厂温排水卫星遥感监测工作，防治水体环境热污染，制定本标准。

本标准规定了滨海核电厂温排水卫星遥感监测的技术内容、程序和方法。

本标准的附录A和附录B为资料性附录。

本标准为首次发布。

本标准由环境保护部科技标准司组织制订。

本标准起草单位：环境保护部卫星环境应用中心。

本标准环境保护部201□年□□月□□日批准。

本标准自201□年□□月□□日起实施。

本标准由环境保护部解释。

核电厂温排水卫星遥感监测应用技术标准
1适用范围
本标准规定了滨海核电厂温排水卫星遥感监测的技术内容、程序和方法。

本标准适用于滨海核电厂温排水造成的海水热污染监测。

内陆核电厂温排水热污染源监测和向水体直排的火电厂热污染监测可参考本标准执行。

2规范性引用文件
本标准内容引用了下列文件或其中的条款。

凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T30115卫星遥感影像植被指数产品规范
HY/T147.7海域监测技术规程第7部分:卫星遥感技术方法
GB/T15968遥感影像平面图制作规范
3术语和定义
3.1
像元pixel
包含空间和光谱两个变量的遥感图像数据单元。

其中，空间变量确定了分辨单元的视元在具体信道中的光谱响应强度。

数字图像中由每个数字值代表的地面面积单元。

该数字值代表按要求的取样间隔对遥感器输出的模拟信号的取样。

3.2
空间分辨率spatial resolution
在扫描成像过程中一个光敏探测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或对应的视场角度。

3.3
时间分辨率temporal resolution
传感器能够重复获得同一地区影像的最短时间间隔。

3.4
黑体black body
指如果某一物体对任何波长的辐射全部吸收，该物体称为绝对黑体，在自然界是不存在的，在理论上具有重要地位。

试验室可以通过人工制造出接近于黑体的表面。

3.5
比辐射率emissivity
M（T，λ）与同温度，同波长下的黑体辐射出指物体在温度T，波长λ处的辐射出射度1
M（T，λ）的比值。

射度
2
3.6
大气校正atmosphere correction
消除或减弱卫星遥感影像在获取时在大气传输中因吸收或散射作用引起的辐射畸变。

3.7
几何校正geometric correction
为消除影像的几何畸变而进行投影变换和不同波段影像的套合等校正工作。

3.8
辐射校正radiometric correction
对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校
正。

3.9
亮度温度brightness temperature
当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等时，该黑体的物理温度就被称之为该物体的亮度温度。

3.10
海水表面温度sea surface temperature,SST
指海洋表层海水温度，一般指海水表面到0.5米水深的平均动力学温度。

3.11
表皮温度skin temperature
又称皮肤温度，在给定波长范围内，电磁辐射穿透的那一层的温度就是皮肤温度。

在热红外中，由于电磁辐射只有表面非常薄的穿透深度，所以热红外中的皮肤温度就是目标薄层表面的温度。

3.12
温排水基准温度reference temperature
温排水热污染等级参考的四周环境温度，温排水的绝对温度与基准温度的差值即温排水温度升高的等级。

3.13
温排水影响区域thermal discharge influence area
指核电厂温排水与四周水域混合后所影响的区域。

3.14
温升区temperature rising area
指核电厂温排放的循环水进入自然水体扩散后，高于温排水基准温度的区域。

3.15
水体掩膜water mask
利用海水水体和陆地在近红外波段和短波红外波段的发射率存在较大差异来区分水陆，获得水体掩膜，用来对遥感图像上非水体区域进行屏蔽，使其不参加后续的温升提取和统计等处理过程。

3.16
云掩膜cloud mask
利用云在可见光和红外波段与植被、土壤、雪和水域等不同下垫面的反射率和辐射亮温值存在差异来识别云，进而获得云掩膜，用来对遥感图像上云区域进行屏蔽，使其不参加后续的温升提取和统计等处理过程。

4总则
4.1基本原理
核电厂温排水卫星遥感监测的主要原理是热红外遥感器探测温排水区域与正常海水水体热辐射能量差异。

由于核电厂三分之一的核裂变能量转为电能，而三分之二的核裂变能量是以热能的形式进入环境，对于采取直流冷却的滨海核电厂，大量的余热经冷却水进入海洋环境，形成持续的温排水现象。

温排水与四周海域海水相互混合，形成以排放口为中心的扇状热排放分布，越远离排放口，温升等级越小。

利用中高分辨率星载热红外遥感数据可以获取核电厂温排水热扩散区域海水表面温度空间分布，海表温度与温排水基准温度的差异可获得热污染不同等级的空间分布，统计不同温升（即温度升高）等级像元数即可获得不同温升等级分布面积。

4.2监测目的
通过卫星遥感热红外数据获得滨海核电厂附近海域海表温度空间分布，进而获得海上温排水造成的水体热污染温升区位置及分布面积。

4.3监测内容
a)有无明显热污染。

b)不同温升等级的热污染温升区位置。

c)不同温升等级的热污染温升区分布面积。

4.4监测频率
与核电厂温排水监管需求相关，同时取决于所采用的卫星遥感的重访周期以及该核电厂所属区域的常年晴天天数。

4.5遥感数据源要求
a)空间分辨率：对于发电机组在百万千瓦功率以上直流冷却循环的滨海核电厂，空间
分辨率在300米或优于300米较为合适，以监测更多的温排水热污染细节。

b)时间分辨率：考虑到监测区域的常年晴天数有限，时间分辨率在16天或优于16天较
为合适。

范围的热红外通道，单通道或多通道均可。

c)波段设置：具有8-12.5m
4.6辅助数据
除了卫星遥感的波段数据外，还应准备水陆掩膜、云掩膜及观测几何条件等辅助数据。

4.7监测处理流程
核电厂温排水卫星遥感监测处理的一般流程如图1所示。

图1核电厂温排水卫星遥感监测处理的技术流程
5监测方法5.1
遥感数据选取
选取的遥感数据要完全覆盖核电厂温排水影响区域；在核电厂温排水影响区域内，云覆盖率不应大于10%。

5.2
空间裁剪与几何校正
以核电厂温排水排放口为中心，完全覆盖温排水影响区域为原则，裁剪范围依据制图的具体需求；基于参考影像或空间几何信息，进行几何校正和空间投影转换，精度控制在2个像元内。

5.3
图像辐射校正
参考GB/T 30115规定的辐射定标方法，基于卫星数据头文件提供的信息，利用绝对定标系数将灰度值图像转换为表观辐亮度图像，计算公式为：
L =(DN -b)/g
式中：L——表观辐亮度；
DN——灰度值；b——偏移量；
g——绝对定标系数增益。

5.4
水陆分离和云识别
通过核电厂区域的水体掩膜和云掩膜等辅助数据，获得温排水排放口附近海域无云覆盖的水体区域表观辐亮度L 值。

5.5
热红外大气校正
通用海表温度反演算法可参考HY/T 147.7，本标准推荐的是辐射传输模型方法进行热红外大气校正来进行海表温度反演。

输入卫星过境时刻的大气温湿压廓线数据，基于辐射传输模型的方法（如MODTRAN 模型），计算获得大气透过率、大气上行辐射和大气下行辐射三个基本参数，海水的地表比辐射率ε值为0.98。

海面水体辐射的辐亮度，即海表温度为s T （单位，K ）的黑体辐射计算公式为：
()L (1)down
s sensor up
L T L L ετεε--=
-
式中：sensor L ——表观辐亮度，211
W m sr m μ---⋅⋅，由卫星影像辐射校正获得；
up L ——大气上行辐射，211W m sr m μ---⋅⋅；
down L ——大气下行辐射，211W m sr m μ---⋅⋅；
τ——大气透过率；ε——地表比辐射率。

5.6
亮度温度计算和海表温度获取
本标准推荐采用构建查找表方法来计算亮度温度，具体方法如下。

首先建立温度与对应热红外通道等效辐亮度Beff(Ti)的关系：
()()max
min
max
min
()()
,i
eff i f f B T B T λλλ
λλλ
λλλ=
=
=
∑∑式中：f (λ)为通道响应函数，λ∈[min λ,max λ]，即通道响应的波长区间，(),i B T λ为
温度i T 、波长λ的黑体辐亮度，可以根据下式普朗克方程计算得到，
()()5
12/,exp /1
i i c B T c T λλλ=
-式中，c 1=1.19014×108112W ---⋅⋅m sr m μ，c 2=14387.7K 。

利用以上两个公式可以构建热红外通道辐亮度Beff(Ti)与温度Ti 关系查找表，建表过程，1i i T T +-取0.25K ，i T ∈[193.15,353.15K]。

通过查找表，海面水体辐亮度L(Ts)对应的温度值即为海表温度Ts 值。

5.7
基准温度提取
5.7.1基本原则
核电厂温排水基准温度的提取对于最终温升区范围的大小和客观性环境评价意义重要。

对于卫星遥感监测而言，温排水基准温度以当天遥感图像反演的海表温度结果为基础，不宜用当天实测的动力学海表温度（包括浮标测量手段和船只测量手段），而历史平均的温度资料为可为参考。

本技术规范推荐以下几种常用方法，进行基准温度提取，对于同一个核电厂，遥感监测温排水基准温度提取方法需保持一致，以保证遥感监测与评价的一致性。

5.7.2常用方法5.7.2.1取水口方法
选择核电厂取水口附近的海表温度作为基准温度，海表温度是遥感反演的结果，不是地面实测温度。

5.7.2.2多点平均方法
采用多个点（包括取水口，海湾湾口）遥感反演温度值的平均值。

5.7.2.3海湾平均温度方法
选择海湾的海表温度平均温度为基准温度，海湾区域参考数模模拟空间范围，可依据实际进行调整。

5.7.2.4临近区域替代方法
对于开放式海域类型，由于无法确定海湾分布范围，且远近海区域温度差别较大，可以采用核电厂附近区域内不受温排水影响的区域，以此核心区的平均温度为基准温度。

该临近区域的选择需要在历史本底温度反演基础上，通过数学统计手段获得临近区域位置。

5.8
热污染提取与统计
核电厂温排水基准温度确定后，根据遥感反演的水面温度分布图，采用“阈值”法提取核电厂温排水的热污染分布信息，并通过分级来标识不同温升强度（热污染强度），具体的分级标准及专题图各级对应的色标（RGB 值）参见附录A 。

根据各级水温水体所占的像元数，计算各级水温的分布面积。

根据得到的不同等级海水温度分布结果进行核电厂温排水遥感监测专题制图，并依据统计结果与专题制图制作专题报
告。

6监测结果验证
6.1地面实地观测验证
采取野外星地同步试验验证方法。

利用测量水体动力学温度的仪器和卫星定位系统，测量温排口附近多个点的实测水表温度，与遥感监测水表温度进行比对，如果遥感与实测的绝对误差在一定范围内，即认为遥感监测的技术流程和监测结果可靠。

6.2其他卫星数据验证
利用空间分辨率更高的其他热红外数据进行交叉检验。

用本方法生成的产品要和同期过境高分辨率核电厂温排水产品结果进行相互比较，验证监测结果的可靠性。

7监测产品制作
监测产品以文字、专题图及统计表格等形式表示核电厂温排水遥感监测结果。

文字信息是指描述卫星遥感核电厂温排水结果的有关信息：包括时间、范围、卫星及传感器等。

核电厂温排水专题图包括图名、图例、比例尺、核电厂温排水导致的热异常分布信息以及其他人为热污染源导致热异常分布信息。

遥感专题图的平面坐标西和比例尺执行GB/T15968相关规定，用户按照需要可选择不同比例尺制图。

统计表格包括核电厂温排水热异常面积总体统计分析和不同等级的热异常面积分级统计分析，包括热异常分布的面积、面积比例、最小温度、最大温度、平均温度和标准差等信息。

核电厂温排水遥感监测双月报内容可参照附录B。

8质量控制
8.1卫星数据质量控制
监测时采用最接近卫星过境时刻的发布的辐射定标系数；选取卫星数据时需要选取监测区域覆盖云层较少或无云的影像；选择卫星数据避免选用有明显条带或大面积数据缺失的原始数据。

8.2卫星数据处理质量控制
不同波段的数据几何配准精度保证在一个像元之内；几何校正的精度控制在两个像元之内；提高云掩膜和水体掩膜的精度，减小云层和水陆混合像元对温排水监测的影响。

8.3温排水监测结果质量控制
通过相近时间过境的高空间分辨率遥感影像获得的温升面积，或者通过星地同步试验测得的地面温度结果为相对真值，来交叉验证业务采用的遥感影像核电厂温排水监测结果的精度。

9标准实施与监督
本标准由县级以上人民政府环境保护行政主管部门负责监督实施。

附录A
（资料性附录）
不同温升强度制图分级标准
表A不同温升强度制图分级标准
温升范围标准R值G值B值<基准温度<基准温度107214 <1℃<1℃163255155 [+1℃，+2℃）+1℃2552550 [+2℃，+3℃）+2℃2550195 [+3℃，+4℃）+3℃2551700 [+4℃，+5℃）+4℃11500 >5℃+5℃25500
附录B
（资料性附录）
核电厂温排水卫星监测产品模板
核电厂温排水遥感监测双月报
20xx年（第x期）
环境保护部卫星中心20xx年x月xx日xx年xx月xx日大亚湾和田湾核电厂温排水遥感监测
（一）xx年x月大亚湾核电基地温排水遥感监测
x年x月，环境保护部卫星环境应用中心利用环境一号卫星红外相机的热红外波段数据对大亚湾核电基地温排水情况进行了监测。

监测结果表明：x月x日大亚湾附近海域热异常区面积为34.51平方公里。

如图B-1、B-2显示，离大亚湾核电基地正东北8.71公里和西南1.86公里范围内海域内出现热异常，以温排水入海口为中心向周围海域递减分布，热异常最高区域位于核电厂排水口附近，温度高于正常海温1度以上，周边海域经过海水稀释热异常温度逐渐降低。

另外如图B-1显示，大亚湾石化新城周围海域出现小范围1度以上热异常区域。

温度遥感反演和热异常面积统计（见表B-1、B-2）结果表明，由于核电厂温排水导致的核电厂附近海域热异常区（大于基准温度1˚C）面积总共为34.51平方公里。

1度异常区为27.63平方公里；2度异常区为4.7平方公里；3度异常区为1.21平方公里；4度异常区为0.83平方公里；5度异常区为0.14平方公里。

图B-1大亚湾海域温度热异常遥感监测图
表B-1大亚湾核电基地温排水热异常面积总体统计分析
指标名称面积(km2)最小值(˚C)最大值(˚C)均值(˚C)标准差(˚C)热异常面积34.5116.5020.9217.070.78
图B-2大亚湾核电基地温排水遥感监测图
表B-2大亚湾核电基地温排水热异常面积分级统计分析
热异常值域范围(˚C)面积
(km2)面积比例
(%)
最小值(˚C)最大值(˚C)均值(˚C)标准差(˚C)
1-227.6380.05%16.5017.3416.740.27
2-3 4.7013.63%17.6218.4517.870.31
3-4 1.21 3.52%18.7319.2818.920.24
4-50.83 2.41%19.5520.3719.850.29
>50.140.39%20.6420.9120.780.14（二）x年x月田湾核电厂温排水遥感监测
x年x月，环境保护部卫星环境应用中心利用环境一号卫星红外相机的热红外波段数据对田湾核电厂温排水情况进行了监测。

监测结果表明：x月x日田湾附近海域热异常区面积为17.14平方公里。

如图B-3、B-4显示，离田湾核电厂东南6.64公里和东北3.18公里范围内海域内出现较为明显热异常，以温排水入海口为中心向周围递减分布。

热异常最高区域位于核电厂排水口附近，温度高于正常海温5度以上，周边海域经过海水稀释热异常温度逐渐降低。

图B-3田湾海域温度热异常遥感监测图
温度遥感反演和热异常面积统计（见表B-3B-、4）结果表明，由于核电厂温排水导致的核电厂附近海域热异常区（大于基准温度1˚C）面积总共为17.14平方公里。

其中1度异常区为9.43平方公里；2度异常区为3.21平方公里；3度异常区为2.29平方公里；4度异常区为1.04平方公里；5度异常区为0.81平方公里；6度异常区为0.36平方公里。

表B-3田湾核电厂温排水热异常面积总体统计分析
指标名称面积(km2)最小值(˚C)最大值(˚C)均值(˚C)标准差(˚C)
热异常面积17.14 1.087.25 2.32 1.36
图B-4田湾核电厂温排水遥感监测图
表B-4田湾核电厂温排水热异常面积分级统计分析
热异常值域范围(˚C)面积
(km2)面积比例
(%)
最小值(˚C)最大值(˚C)均值(˚C)标准差(˚C)
1-29.4254.99% 1.08 1.96 1.370.27 2-3 3.2118.77% 2.13 2.83 2.440.24 3-4 2.2913.39% 3.01 3.87 3.350.29 4-5 1.04 6.04% 4.04 4.89 4.440.25 5-60.81 4.72% 5.07 5.92 5.410.32 >60.36 2.09% 6.257.25 6.750.39。