“遙感就在我們身邊。”中科院遙感所郭子祺研究員這樣說。
　　
　　作為地球科學(xué)及應(yīng)用的一種觀測(cè)手段，遙感總是帶給人們一些困惑：它能應(yīng)用在哪些方面？能為我們做些什么？它又是如何監(jiān)測(cè)的？實(shí)際上，遙感在我們生活中無處不在。只是它好像總是披著隱身衣，而我們渾然未覺罷了。本期共享科學(xué)就揭開遙感應(yīng)用的這層隱身衣，接著為讀者講述遙感的應(yīng)用。
　　
　　——災(zāi)害遙感——
　　
　　災(zāi)情數(shù)據(jù)即時(shí)通
　　
　　前不久，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“?？眮硪u，造成許多地區(qū)出現(xiàn)農(nóng)田被毀，農(nóng)業(yè)大棚倒塌，農(nóng)作物在強(qiáng)風(fēng)暴雨的摧殘下出現(xiàn)死亡的狀況。這時(shí)，通過災(zāi)害遙感，可以準(zhǔn)確的劃分出受臺(tái)風(fēng)影響區(qū)域，通過氣象預(yù)警發(fā)布有效信息，人們便可由此對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行防護(hù)措施，降低損失。
　　
　　郭子祺說：“經(jīng)過二十多年的努力，我國已建立了重大自然災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估運(yùn)行系統(tǒng)，形成了對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、旱災(zāi)等災(zāi)害的監(jiān)測(cè)能力，特別是快速圖像處理和評(píng)估系統(tǒng)的建立，具有對(duì)突發(fā)性災(zāi)害的快速應(yīng)急反應(yīng)能力，使該系統(tǒng)能在幾小時(shí)內(nèi)獲得災(zāi)情數(shù)據(jù)，一天內(nèi)做出災(zāi)情的快速評(píng)估，一周內(nèi)完成詳實(shí)的評(píng)估?！?br>　　
　　在1987年大興安嶺發(fā)生特大森林火災(zāi)時(shí)，中國科學(xué)院衛(wèi)星地面站提供的火情現(xiàn)勢(shì)衛(wèi)星影像圖對(duì)現(xiàn)場指揮、調(diào)度撲救起到了決定性作用；1998年長江、嫩江流域發(fā)生特大洪災(zāi)時(shí)，航空、航天平臺(tái)的遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為指揮抗洪救災(zāi)、恢復(fù)生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用。此外，郭子祺還介紹，在“5·12”汶川特大地震發(fā)生后，全力啟用了航空、航天遙感設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員飛赴前線，第一時(shí)間獲取災(zāi)情信息，哪片房屋倒塌了，哪里河道堵塞了，都一目了然。遙感為抗震救災(zāi)監(jiān)測(cè)獲取、處理和分析數(shù)據(jù)，為抗震救災(zāi)的行動(dòng)部署提供了基礎(chǔ)依據(jù)和重要背景信息。
　　
　　——農(nóng)業(yè)遙感——
　　
　　農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)換新天
　　
　　“我們要保證國家的糧食足以滿足人民的日常需求，如果出現(xiàn)減產(chǎn)的話我們便需要作出相應(yīng)的政策調(diào)整?！敝锌圃哼b感所研究員陳良富說。上世紀(jì)70年代，美國開始就利用陸地衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星等數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)全球的小麥產(chǎn)量。相比遙感估產(chǎn)宏觀、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的作物估產(chǎn)采用人工區(qū)域調(diào)查方法，應(yīng)用起來計(jì)算繁雜、速度慢、工作量大并且成本高。
　　
　　那么，遙感估產(chǎn)究竟是如何操作的呢？“農(nóng)作物遙感估產(chǎn)包括對(duì)農(nóng)作物生長過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、種植面積測(cè)算、單位面積產(chǎn)量估測(cè)和總產(chǎn)量估測(cè)?！庇浾咴诓稍L中得知，根據(jù)生物學(xué)原理，在收集分析各種農(nóng)作物不同生育期不同光譜特征的基礎(chǔ)上，通過平臺(tái)上的傳感器記錄的地表信息，辨別作物類型，監(jiān)測(cè)作物長勢(shì)，在作物收獲前，預(yù)測(cè)作物的產(chǎn)量的一系列方法。
　　
　　先有“產(chǎn)”才能有“估”。對(duì)于整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈來說，遙感的作用可以說是貫穿始終。從最開始的農(nóng)業(yè)資源調(diào)查到土地利用現(xiàn)狀分析，再到農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)，這些都要依賴于遙感技術(shù)應(yīng)用。
　　
　　有一份數(shù)據(jù)引起了筆者注意“我國每年由于病蟲害造成的損失大約在10%—15%之間”如此龐大的一個(gè)數(shù)字！遙感技術(shù)能否幫助我們及早發(fā)現(xiàn)病蟲害，以最快的速度采取防治措施呢？郭子祺說：“遙感技術(shù)檢測(cè)農(nóng)業(yè)病蟲害，主要依據(jù)基于植物受到病蟲侵?jǐn)_時(shí)生理變化所引起的綠葉中細(xì)胞活性、含水量等的變化，表現(xiàn)為農(nóng)作物在反射光譜特性上的差異。這樣，農(nóng)作物在遭受病蟲危害早期就可以通過遙感技術(shù)探測(cè)到這一光譜差異，從而解決了農(nóng)作物病蟲害早期發(fā)現(xiàn)和早期防治的問題，這一技術(shù)方法也已經(jīng)應(yīng)用在森林病蟲害監(jiān)測(cè)和防治方面。”
　　
　　——大氣遙感——
　　
　　定量監(jiān)測(cè)氣溶膠
　　
　　近些年，大氣臭氧減少、煙霧彌漫難以消散，這樣的問題成為社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。但有一個(gè)詞“氣溶膠”常常和這些大氣問題相伴提起，或許從它的身上我們可以找到問題的關(guān)鍵。
　　
　　“秸稈焚燒的煙塵、人為活動(dòng)的揚(yáng)塵和植物花粉顆粒物，就是氣溶膠的具體實(shí)例。汽車尾氣和各種鍋爐的化石原料燃燒排放氣體可以轉(zhuǎn)化為微小細(xì)粒子。”陳良富說，“它不僅對(duì)人體造成危害，而且氣溶膠作為云凝結(jié)核，使地氣系統(tǒng)的能量平衡失衡，從而影響區(qū)域和全球氣候，大量的細(xì)粒子氣溶膠還會(huì)形成嚴(yán)重的灰霾天氣?！?br>　　
　　面對(duì)氣溶膠我們真就束手無策嗎？當(dāng)然不會(huì)！“在眾多類型的監(jiān)測(cè)技術(shù)中，衛(wèi)星遙感可以提供廣闊背景上的氣溶膠區(qū)域分布信息，是唯一實(shí)現(xiàn)全球氣溶膠監(jiān)測(cè)的手段?！标惲几唤榻B，定量研究氣溶膠在全球范圍內(nèi)的時(shí)空變化特征與演變規(guī)律上有其他站點(diǎn)監(jiān)測(cè)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，輔以米散射原理的地基激光雷達(dá)提供的氣溶膠垂直分布信息，可以獲得區(qū)域分布的近地面PM2.5質(zhì)量濃度的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)城市群、郊區(qū)和廣大農(nóng)村區(qū)域的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
　　
　　說到大氣遙感，還有一點(diǎn)不得不提——灰霾。比如北京以及華北地區(qū)的天空常常披著灰色的面紗，給人們生活出行造成很大的困擾，“這正是灰霾在作祟，”陳良富研究員說，“美國的網(wǎng)站總用衛(wèi)星圖像來說中國的污染太嚴(yán)重，對(duì)此科學(xué)家們解釋說是由于天氣穩(wěn)定利于污染物排放的積累所致。其實(shí)這里存在一個(gè)誤解?！?br>　　
　　陳良富解釋，用了五種方式的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)灰霾天進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)人為排放積累不至于引起如此面積大、強(qiáng)度高的污染。那空氣污染的原因究竟是什么呢？通過遙感探測(cè)發(fā)現(xiàn)，每年10月到次年的3月期間，每2—3天在2公里以上的高空就有一股從西風(fēng)帶吹來的浮塵，當(dāng)它抵達(dá)華北平原上空后，由于地勢(shì)降低，風(fēng)速下降以后浮塵便會(huì)往下與污染物相混合，遭遇水汽后細(xì)粒子個(gè)體便迅速增大就造成大范圍高強(qiáng)度的污染現(xiàn)象。如果遇上南邊氣流比較強(qiáng)會(huì)形成華北地區(qū)持續(xù)多天的重污染天氣。若僅通過地面觀測(cè)的話恐怕難以得知這一現(xiàn)象的起因，在這些需要大尺度的觀測(cè)工作上，遙感無疑起到了不可替代的作用。
　　
　　——水資源遙感——
　　
　　讓水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)估更真實(shí)
　　
　　水是萬物生長之本，湖泊更是自然的神作，但近些年，隨著我國工業(yè)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，江河湖泊面臨水質(zhì)污染的嚴(yán)峻問題。
　　
　　能否利用遙感技術(shù)來進(jìn)行江河湖泊水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)呢？郭子祺說：“水體及其污染物質(zhì)的光譜特性是利用遙感信息進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的依據(jù)。國內(nèi)外許多學(xué)者利用遙感的方法估算水體污染的參數(shù)，以監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化情況?！贝送?，郭子祺介紹，利用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)與水體富營養(yǎng)評(píng)價(jià)，存在很大的優(yōu)勢(shì)：信息獲取快速、省時(shí)省力等特點(diǎn)，不僅能夠較好的反映出研究水質(zhì)的空間分布特征，而且更有利于大面積水域的快速監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)無疑給湖泊環(huán)境變化研究帶來了福音。
　　
　　“在整個(gè)水資源管理方面，遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，正發(fā)揮著越來越重要的作用。”郭子祺告訴記者，“水質(zhì)的好壞有一個(gè)劃分指標(biāo)，目前利用遙感技術(shù)獲得的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)反演精度還不高，還達(dá)不到環(huán)保部門的要求。如何使這一技術(shù)有效應(yīng)用呢？目前的做法是在測(cè)量區(qū)域布置一些水質(zhì)傳感器，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可24小時(shí)連續(xù)測(cè)量水質(zhì)的多種參數(shù)，用于提高水質(zhì)遙感反演精度，使其接近或達(dá)到相關(guān)行業(yè)要求?！?實(shí)習(xí)生徐冰)
　　
　　■延伸閱讀
　　
　　衛(wèi)星遙感測(cè)出精準(zhǔn)數(shù)據(jù):京杭大運(yùn)河全長1710千米
　　
　　京杭大運(yùn)河到底有多長？中國科學(xué)院遙感應(yīng)用所劉少創(chuàng)課題組利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，重新量測(cè)了這條世界上最古老，也是最長的大運(yùn)河，得出精確答案：京杭大運(yùn)河總長度為1710公里。
　　
　　京杭大運(yùn)河與萬里長城并稱為中國古代兩項(xiàng)偉大工程，但在各種文獻(xiàn)資料中，運(yùn)河的“身長”卻長短不一。劉少創(chuàng)表示，河長、源頭和流域面積都是國家重要的地理信息數(shù)據(jù)，我們應(yīng)該利用現(xiàn)有的技術(shù)條件，準(zhǔn)確確定這些數(shù)據(jù)。
　　
　　劉少創(chuàng)課題組利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，再加上大比例尺地形圖，進(jìn)行分析計(jì)算，最終確定京杭大運(yùn)河的精確“身長”。據(jù)介紹，1710公里的總長度，是以北京通州溫榆河和通惠河的交匯處為起點(diǎn)，以杭州的拱宸橋?yàn)榻K點(diǎn)，沿京杭大運(yùn)河的中心線進(jìn)行量測(cè)得到的。
　　
　　據(jù)劉少創(chuàng)介紹，課題組主要利用衛(wèi)星遙感技術(shù)確定河流的源頭和長度，但由于很難在同一時(shí)間集齊整條河流的所有衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，所以還需要結(jié)合航空影像和大比例尺地形圖，進(jìn)行分析測(cè)算?！按蟊壤叩匦螆D更接近河流真實(shí)的長度，彎彎曲曲的河道也更容易表現(xiàn)出來?！?br>　　
　　由于衛(wèi)星遙感影像無法確定邊界的位置，此次并未分段量測(cè)，因此京杭大運(yùn)河北京段暫無精確長度。
　　
　　據(jù)劉少創(chuàng)介紹，從目前的衛(wèi)星影像圖來看，河道的分界點(diǎn)不太清楚，例如北京和天津的河道邊界點(diǎn)，就無法確定具體位置，再加上地形圖的資料也不全，難以按邊界分段測(cè)量。
　　
　　“如果要分段測(cè)量，必須精確確定每一個(gè)分界點(diǎn)的位置，這要涉及很多部門，我們無法得到這些資料?！眲⑸賱?chuàng)說。
　　
　　據(jù)劉少創(chuàng)介紹，大江大河的源頭確定和長度量測(cè)是經(jīng)典的地理學(xué)問題，早在地理大發(fā)現(xiàn)時(shí)代，科學(xué)家們就得出了一些結(jié)論，一直沿用下來，實(shí)際上數(shù)據(jù)是有問題的。
　　
　　自20世紀(jì)90年代起，劉少創(chuàng)課題組便提出利用衛(wèi)星遙感技術(shù)確定全球重要河流的源頭和長度，以解決全球大河源頭和長度數(shù)據(jù)混亂的問題，京杭大運(yùn)河是該課題組量測(cè)的第16條大河。