高分一号卫星环境遥感监测应用示范研究_赵少华

一、引言

高分一号卫星自2013年4月26日成功发射以来，在我国环境遥感的精细化和定量化监测方面发挥了积极作用。高分一号卫星搭载了具有60km幅宽的2m全色分辨率/8m多光谱分辨率相机和800km幅宽的16m多光谱分辨率相机，不仅可以用于精细探测局部的环境污染状况，还可用于水环境、大气环境和生态环境质量等大范围的宏观监测与评价[1]。

作为高分一号卫星主要用户，环保部利用其高空间分辨率和大幅宽的优势，在大气环境、水环境和生态环境质量等遥感监测与评价中开展了大量应用示范工作，包括在京津冀、长三角、太湖、南京夹江、青海三江源、内蒙古等示范区，持续开展对气溶胶、水华、水质、自然保护区人类活动干扰等环境要素的高分遥感监测、评价等应用示范，下面分别进行介绍。

二、大气环境遥感监测应用示范

高分一号卫星的大幅宽优势比较适合重点城市群的区域空气质量监测。环境保护部卫星环境应用中心基于其16m宽覆盖相机的时间序列数据，采用暗目标法等反演了2013年天津地区气溶胶光学厚度（AOD）[2-3]，进而初步间接反映区域城市灰霾的时空分布格局变化，结果如图1。从图可以看出，2013年8月10日天津及周边地区AOD较厚，分布为北高南低；8月30日大大减轻，空气质量较好；9月28日华北地区有大范围灰霾分布，气溶胶又较为严重，主要分布在中部地区；10月9日较为减轻，特别是东部得到较大缓解。这与当时地面的实际天气情况较为符合，从而表明高分一号卫星在区域空气质量遥感监测方面的优势。

高分一号卫星环境遥感监测应用示范研究

●文| 赵少华1, 2 王桥1, 2 杨一鹏1, 2 朱利1, 2 王中挺1, 2 江东3

1.环境保护部卫星环境应用中心

2.国家环境保护卫星遥感重点实验室

3.中国科学院地理科学与资源研究所

摘 要：高分一号卫星成功发射以来，在大气环境、水环境和生态环境中

的精细化和定量化遥感监测方面发挥了积极作用。作为高分一号卫星的主要用

户，环境保护部卫星环境应用中心利用高分一号卫星数据开展了大量应用示范

工作，本文以其对气溶胶光学厚度、水华、水质、自然保护区人类活动等遥感

监测和评价内容为例，介绍了高分一号卫星在环保领域中的应用示范情况。

三、水环境遥感监测应用示范

环境保护部卫星环境应用中心主要利用高分一号卫

星宽覆盖数据，在太湖、巢湖、滇池等大型内陆湖体，

以及南京夹江、北京官厅水库、天津于桥水库等重点饮

用水源地，持续开展了水华、叶绿素α、悬浮物、透明

度和营养状态等水质的时间序列遥感监测应用示范。

图2是基于高分一号卫星宽覆盖数据，对江苏太湖

和安徽巢湖的水华进行的遥感监测。从2014年10月15

日太湖水华分布图上可以看出，这次太湖水华爆发较严

重，水华主要集中于太湖的西北部和西部，面积达到了

416.203km2。在2014年7月21日的巢湖水华监测图中，

水华主要分布在巢湖的西北部，南部亦有少量分布，水

华分布面积为21.5km2，占到巢湖水体面积的2.9%。

图1 2013年天津地区的气溶胶光学厚度高分一号卫星多时相遥感监测图

图2 2014年10月15日太湖（左）和7月21日巢湖（右）水华高分一号卫星遥感监测图图3是基于2014年11月4日高

分一号卫星宽覆盖数据对太湖水质的遥

感监测示例。从图3中可以看出，叶绿

素α浓度在空间上分布比较均匀，但

在北部和南部部分区域浓度较其他区域

高。悬浮物浓度南部区域偏高，北部部

分区域浓度较高，西部普遍比东部区域

浓度高。透明度南部区域偏低，北部部

分区域较高，东部普遍比西部区域高。

营养状态分为中度富营养和重度富营养

两级。（a）（b）

图4是基于2014年4月14日、5月5日、6月27日和8月7日的高分一号卫星宽覆盖数据，对天津于桥水库的营养状态进行的时间序列多时相遥感监测示例。从4月14日的监测图可以看出，于桥水库的营养状态分级分布较为均衡，中部偏东湖区处于中度富营养状态，其他区域处于轻度富营养状态。从5月5日监测图上可以看出，于桥水库营养状态分级在空间上分布较为复杂，从中南部沿岸到东北部沿岸区域为轻度富营养，但是西部坝前区域、北部沿岸区域、东南部区域为中度富营养化，湖岸有小部分区域为中度富营养化。从6月27日监测图上可以看出，于桥水库水体富营养化特别严重，中部湖区处于中度富营养状态，湖岸区域处于重度富营养状态。从8月7日监测图上可以看出，于桥水库营养状态分级呈现明显的从中部偏东湖心区圆周形向外扩展的趋势。中部偏东区为轻度富营养化，从中心往湖岸方向为中度富营养化，岸边部分区域为重度富营养化。

上述水环境要素的遥感监测结果与实际调查或其他

卫星的监测结果较为符合，表明高分一号卫星可以有效

监测水环境质量状况。

四、生态环境遥感监测应用示范

环境保护部卫星环境应用中心主要利用高分一号卫

图3 2014年11月4日太湖水质高分一号卫星遥感监测图

（a）2014-04-14

（b）2014-05-05

（c）2014-06-27

（c）

（d）

（d）2014-08-07

图 4 2014年天津于桥水库营养状况的高分一号卫星多时相遥感监测图

星数据，在青海、内蒙古、北京等地区开展了自然保护区人类活动干扰、城市固废与开发区、矿山开发环境破坏等生态环境的时间序列高分遥感监测应用示范。

图5是基于2013年12月10日与2014年8月1日的高分一号卫星8m 分辨率多光谱数据，对内蒙古西鄂尔多斯国家级自然保护区的人类活动情况进行遥感监测，并以2013年12月10日的数据为参照，利用2014年8月1日的影像对新增人类活动进行动态监测。监测结果表明保护区人类活动增加明显，包括居民点、人工设施和采石场3类，各功能区均有新增人类活动。保护区内工矿面积在2014年有所缩减。

图6是基于2013年8月10日的高分一号卫星2m 全色/8m 多光谱融合数据，对北京城区城市固体废弃物堆放点的位置和类型等统计数据，建立城市固体废弃物堆放点的光谱、纹理和空间形状等解译特征和遥感信息提取模型，提取城市固体废弃物堆放点信息。实际调查表明其识别精度较高，表明了高分一号卫星可以有效监测城市固体废弃物空间分布情况。

五、总结

高分一号卫星作为我国高分辨率对地观测系统的首发星，正在我国的大气环境、水环境和生态环境遥感监

测中发挥着重要作用。由于高分一号卫星拥有多行业用户，加上高分环境应用示范系统还在紧张研制过程，目前其在环境保护领域尚处于示范应用阶段。

2014年8月，空间分辨率达1m 的高分二号卫星也已经成功发射，随着高分环境应用示范系统的全面建成，高分一号、二号卫星以及未来陆续发射的高分专项系列卫星将有望逐步进入环境保护的主体业务，将全面提升我国环境监测的定量化和精细化水平，提高我国环境监测天地一体化能力，为我国的环境保护和管理工作提供重要技术支撑。

图5 2013年12月10日（左图）和2014年8月1日（右图）内蒙古西鄂尔多斯国家自然保护区人类活动干扰高分一号卫星遥感监测图

图6 2013年8月10日北京高分一号卫星2m/8m

影像城市固体废弃物分布图

参考文献

[1]赵少华,王桥,张峰,等.高分一号卫星环境遥感应用示范研究[J].航天器工程，2014，23（增刊）:118-124.[2]王桥,厉青,陈良富,等.大气环境卫星遥感技术及其应用[M].北京:科学出版社,2011.

[3]陈良富,李莘莘,陶金花,等.气溶胶遥感定量反演研究与应用[M].北京:科学出版,2011.