新闻您的位置: 首页 > 新闻 > 新闻 >

让大气和水环境污染无所遁形 “天空之眼”胜在宏观与客观

发布时间:2018-12-26 12:09:35   来源:叶晓婷 郑挺颖    浏览次数:306

【近年来,卫星遥感监测作为生态环境动态变化监测的有效手段,被广泛应用。卫星数据如何服务于环境管理?12月4日,《环境与生活》杂志记者走进生态环境部卫星环境应用中心,采访了该中心水环境遥感部与大气遥感部的相关负责人。】

12月4日下午,北京西北五环路外的生态环境部卫星环境应用中心院里一片清静,不过走进办公大楼后却是另外一番景象:各个办公室里,工作人员正接收卫星图像资料、进行数据分析与汇总、撰写报告……忙得不亦乐乎。这种工作状态,在我国环境一号卫星2008年发射以来的10年里,一直持续着。

生态环境部卫星环境应用中心(下简称“卫星中心”)是我国环境遥感应用的业务运行单位,围绕国家重大需求持续开展环境遥感监测体系研究、业务化应用,经过多年努力,取得了丰硕成果。

环保督查从“全面撒网”变“有的放矢”

“打赢蓝天保卫战,打好柴油货车污染治理、城市黑臭水体治理、渤海综合治理、长江保护修复、水源地保护、农业农村污染治理这七场标志性重大战役中,有五大‘攻坚战’涉水。2018年,卫星中心水环境遥感部重中之重的有两项工作,密切配合饮用水源地保护和黑臭水体治理两大‘标志性战役’。”水遥感部副主任(主持工作)吴传庆告诉《环境与生活》杂志:“我们是生态环境部饮用水水源地保护专项行动的主力技术支撑单位,开发的水源遥感执法APP,在今年的两次大督查中供近3000人使用。”

让大气和水环境污染无所遁形 “天空之眼”胜在宏观与客观

吴传庆副主任介绍该中心开发的水源地遥感执法APP。

“集中式饮用水水源地环境保护专项行动”涉及全国地表水水源地2900多个,要把全国的饮用水水源地排查一遍,确定水源地边界、发现具体风险隐患,工作量着实不小。卫星中心为此开发了“饮用水水源地保护区环境执法卫星遥感支持系统”,及配套的手机端水源遥感执法APP,可为现场执法人员提供定位、测距、可疑风险源提示、路线指引、收录和导出现场检查信息等服务,“生态环境部相关领导、地方水源地执法督查人员手机里基本都已安装此APP”。

吴传庆向《环境与生活》记者演示了这套系统:登录APP账户后,系统界面上可以清楚地看到全国水源地分布,点开饮用水水源地图,会出现由不同颜色的线标识的各类区域,一级保护区边界、二级保护区边界和准保护区边界等范围均有精准划定。有了这个系统,执法人员就能直观地看到水源地保护区的一级、二级边界和自己所在位置,而在以前,到保护区检查除了看路牌,他们根本不知道自己处在保护区什么位置。

在APP中,每个水源地保护区还用不同颜色标出了风险源的类型:水产养殖、农业面源、居民聚居区、旅游设施,交通穿越等等。吴传庆介绍,要确定水源地的风险源,可基于各地上报水源地保护区矢量边界,调取卫星遥感影像,专业人员通过几何、光谱信息及空间纹理信息分析,确定疑似风险源,并提取其类型、位置和面积等其他空间信息。相关所有信息输入这个系统,使每个水源地保护区的风险点有哪些、具体位置在哪里,一目了然。

目前,该系统已经做成“全国一张图”,指针移到某一省市,当地的饮用水水源地保护区范围就会显示出来,潜在风险源也一清二楚,可为现场执法提供“靶向指引”。它还具有导航功能,可提供水源地距离语音提示,执法人员若不熟悉地形和线路,可用它导航至水源地风险源或目标地附近。

通过水源遥感执法APP及相关遥感和GIS手段,水源地的治理情况也一清二楚,“该拆除的东西有没有拆除,该上的一些工程有没有上,如污水管线、大型截污工程等。”吴传庆说,卫星遥感“普查”和地面“详查”相结合的工作方式,为饮用水水源地风险源督查和拆改提供了更全面、准确的参考数据。环保督查工作模式也从“全面撒网”变为“有的放矢”。

曝光黑臭水体 防止隐瞒

吴传庆还指出,在城市黑臭水体治理攻坚战中,遥感技术手段起了重要的技术支撑作用,不仅可以筛查遗漏的黑臭水体,还可以进一步为黑臭水体整治效果评估提供信息支持。“我们用高分辨率的多光谱数据,来监视城市里的黑臭水体,对环境管理有重大作用。各省市自己上报黑臭水体的数量,和遥感监测数据一比对,地方就能发现遗漏的黑臭水体。这也能限制隐瞒情况的发生。”

吴传庆谈到,通过遥感手段还可以缩小核查范围,比如某个城市建成区有成百上千条河流,通过遥感手段,可以把疑似黑臭水体范围缩小到百十条以内,这么一来工作人员就可以提高工作效率。遥感手段还可以监测黑臭水体的有些治理工程实施了没有。“不过,我们只能做‘黑水体’的初判,不能做‘臭’水体的判断。”

专利产品估算长江经济带面源污染总量

据了解,“全国、流域等多尺度的面源污染估算”是卫星中心的拳头产品之一,拥有独立自主产权和专利技术,“比如我们能给出长江经济带面源的产生、入河量的总量和分布状况。面源污染是难以进行监测的,但可以通过模型进行污染量的估算和趋势预测。”吴传庆表示,经过8年的业务研发,卫星中心面源污染遥感监测业务系统从试运行到现在,取得了阶段性成果,完成了全国2000年、2005年、2010年、2015年、2016年、2017年空间分辨率1公里的农业面源和城镇面源的定量评估。

卫星中心可针对农田径流型、畜禽养殖型、农村生活型、城市径流型和水土流失型这五个污染类型,选取总氮、总磷、氨氮和化学需氧量等指标,经过模型多源空间数据库、核心算法集成等算法研究,形成面源污染的总量评估、污染控制单元的划分、污染源的解析、敏感区的识别等成果,并助力污染防治规划的制定,为生态环境部农业面源污染防治和管理的新职能提供重要的技术支撑。

让大气和水环境污染无所遁形 “天空之眼”胜在宏观与客观

2016年全国面源污染氨氮空间分布图。

以遥感结果支持蓝藻防治工作

水华暴发动辄几十上百平方公里,利用遥感手段大范围快速监测成了最佳选择。

“经过25个日夜连续实时监测,9月初,卫星中心第一时间监测到巢湖暴发大面积水华,水华面积超过30%,并及时上报生态环境部及地方相关单位,为蓝藻水华防控决策提供了信息支持。”吴传庆向《环境与生活》介绍,蓝藻水华遥感监测是卫星中心最早开展的业务之一。从2009年4月开始,该中心按照生态环境部监测司的要求,对太湖、巢湖、滇池进行动态监测,10年内开展了4500余次蓝藻遥感监测,每日向监测司报送太湖水华监测预警日报,及巢湖、滇池水华监测周报。目前,卫星中心建立了一套快速监测蓝藻水华的业务模式,并将水华遥感监测向全国多个重点淡水湖泊水库扩展,兴凯湖、于桥水库、洱海、乌梁素海等均被纳入监测范围。

让大气和水环境污染无所遁形 “天空之眼”胜在宏观与客观

2018年4月27日江苏太湖水华分布图。

从2010年4月开始,卫星中心与江苏省环境监测中心建立了“环境卫星数据快速分发机制”,在环境卫星地面站接收系统中,设立了太湖湖体遥感数据“窗口”。地面站接收到遥感数据后,半小时内处理完毕,由卫星中心在30分钟内解译水华面积数,编制太湖蓝藻监测快报,上报生态环境部有关部门,并在10分钟内传输到江苏。接到快报后,江苏省环保厅可快速反应,派员前往水华发生区域进行核实、处理。

“用遥感监测水华的优势体现在哪呢?以滇池为例,我们技术指导昆明监测站在西山上建立了地基遥感监测系统,水华的发生和发展看得一清二楚,这些信息传递给捞藻船,他们就知道往哪儿开,不用瞎转悠了。”吴传庆说,根据几个月甚至几年的遥感监测数据,还可比较不同区域蓝藻的暴发时间、频率等,反推蓝藻的形成条件、变化趋势,分析治理工程成效。

遥感监测最大优势——宏观与客观

吴传庆指出,利用遥感技术可以从宏观上快速跟踪和监测突发污染事件的发生、发展,及时决策出处理措施。他举例:“有一年韩国釜山发生溢油事件,我国政府担心溢油漂过来影响我们的海域,如果漂过来就需要派出相应的船队,建立防护拦截防线等。但卫星中心经过连续遥感监测,发现油污没有飘向我国领海,就不用派船队做处理,节省了大量人力物力。卫星中心的作用是突发环境事故发生后可以及时掌握第一手资料、情况,便于相关部门决策。”据吴传庆介绍,卫星中心正用遥感的高分辨率手段摸排农村的非正规垃圾堆放点,能监测的垃圾堆放点规模在500平方米以上,如果经费、人手充足,技术上完全可以实现二三十平方米规模的非正规垃圾堆放点的摸排。

吴传庆表示,相比地面监测,遥感监测的最大优势还有——客观。“为什么说客观?影像一直保存在那里,谁都可以拿这个影像去反演,但是地面监测就做不到这点,因为水样无法永远保存,不能说一两年以后还可以拿原来的水样进行检测。遥感不一样,它的数据在那里,30年以后,可能有更好的模型了,还可以把这些数据拿来利用,进行反演,得出其他结论。”

空气污染过程遥感与地面监测互补

水遥感监测只是卫星业务应用的一部分,监测大气也是它的一大功能。

“这是11月28日京津冀及周边地区PM2.5污染分布变化图。11月28日,空气污染物在南边,积聚在河南、山东地区,浓度很高;28日~29日,有沙尘从北往南刮,就把南边的污染物相对吹散了,北风停了之后,有弱南风,又把污染物自南往北推,到12月1日时,污染物已经扩展到北京一带……”大气遥感部副主任王中挺指着几张图片,向《环境与生活》杂志记者讲解了前一天刚结束的空气重污染过程变化情况。

让大气和水环境污染无所遁形 “天空之眼”胜在宏观与客观

王中挺副主任介绍灰霾遥感监测情况。

我国华北、华东、华中地区自11月26日刚经受一轮空气污染影响后,11月30日至12月3日,再次出现持续性大雾天气,在高湿度背景下,叠加静稳等不利气象条件,同时受前期沙尘滞留影响,京津冀及周边地区、长三角区域、湖南、湖北部分地区经历了一次大范围重污染过程,此次污染过程影响范围大、持续时间长、污染程度重,“是今年以来最重的一次污染过程”。

王中挺谈到,从卫星遥感监测情况看,今年京津冀地区的空气污染过程比去年多一些,但与2013~2015年相比,还是有所好转,比如重污染持续时间没那么长了,“以前一次重污染过程最多能持续十几天,现在一般两三天就结束了。”

王中挺介绍说,卫星遥感这一宏观手段可对细颗粒物等大气污染物进行大范围、区域性监测。目前每一平方公里就能收集到一组细颗粒物的监测数据,这种监测密度可弥补地面监测站点不能覆盖到的区域,与地面监测数据结果互为补充、相互印证。

将汾渭平原纳入重点监测区域

王中挺提到,为了提升环境监管的精准性,京津冀及周边地区“2+26”城市全行政区域被划成了“3千米×3千米”网格,卫星中心利用卫星遥感大数据反演技术,能够计算出每个网格的PM2.5年均浓度。

《打赢蓝天保卫战三年行动计划》于2018年6月底印发,汾渭平原首次与京津冀等地一起成为主战场。汾渭平原仅次于京津冀区域,是我国PM2.5浓度第二高的区域,同时它又是二氧化硫浓度最高的区域。

王中挺介绍,眼下,大气遥感部监测的重点区域在京津冀的基础上新增了汾渭平原。汾渭平原包括山西省吕梁、晋中、临汾、运城市,河南省洛阳、三门峡市,陕西省西安、咸阳、宝鸡、铜川、渭南市以及杨凌示范区。

判断沙尘强度及范围

“今年京津冀地区的空气重污染过程还有个特点,下半年叠加沙尘影响明显,比如11月28日有次沙尘过程,12月3日又有沙尘。通过卫星监测,能看到沙尘从哪儿吹来,对哪些地区的空气质量造成了影响。”王中挺指出,沙尘是由特殊的地理环境和气象条件形成的一种较为常见的自然现象,对生态系统的破坏力极强,会加速土地荒漠化进程,同时也会影响空气质量。利用卫星遥感技术可以对沙尘发生的范围、强度进行分析评价,并对发展过程作动态监测。多年的遥感监测结果显示,在强沙尘污染过程中,沙尘源主要来自中纬度的干旱、半干旱地区,即受荒漠化严重影响和危害的新疆南疆盆地和蒙古国西部地区。

据了解,自2009年开始,大气遥感部共完成沙尘遥感监测日专题图2500余幅,月专题图350余幅,季专题图30余幅,沙尘遥感监测年报7期。在每年春季沙尘高发期,遇有明显沙尘过程,该部门还制作应急监测快报十余期上报生态环境部相关管理部门。

发现秸秆焚烧 准确率超90%

王中挺介绍,目前,大气遥感监测不仅能满足重大活动大气环境质量保障的要求,而且可以实现日常大气环境质量监测,卫星中心开展了大气气溶胶、颗粒物等指标的遥感监测,以及二氧化硫、氮氧化物等污染气体遥感监测,还有秸秆焚烧火点、沙尘暴分布和强度等大气污染源遥感监测。

监测秸秆焚烧是卫星中心大气遥感部最早开展的应用业务。从2009年开始,卫星中心每天对全国范围内的火点进行两次监测,持续向生态环境部提供秸秆焚烧卫星监测简报,为环境监察执法和秸秆禁烧治理提供依据。简报内容包括全国整体及各省、区、直辖市下辖县、市的秸秆焚烧火点数量、位置等信息。在应急条件下监测结果可在数据接收后1小时内完成。遥感火点监测是利用秸秆燃烧的高温像元与背景常温像元,在中红外和热红外波段辐射能量的差异来识别地面火点。

让大气和水环境污染无所遁形 “天空之眼”胜在宏观与客观

2014年10月20日全国秸秆焚烧火点分布卫星遥感监测图

(上图遥感数据来源:EOS/MODIS 生态环境部卫星环境应用中心/供图)

“利用卫星遥感监测,可以迅速发现火点、确定精确位置,一旦卫星发现大范围、密集火点,环境执法部门可以将火点信息及时通知基层相关责任单位,迅速进行核查、处置。令人欣慰的是,卫星监测对高温火点具有很高的敏感性和定位精度,准确率超过90%。”据王中挺介绍,往年秸秆焚烧严重的黑龙江地区,一天甚至能发现近二百个火点,但今年10~11月的遥感监测结果显示,未在黑龙江发现一个秸秆焚烧火点。

王中挺说,在杭州G20峰会等重大活动期间,卫星中心每日对相关地区秸秆焚烧进行动态监测,为保障区域环境空气质量提供了快捷高效的技术支持。

还要挖掘更多应用场景

生态环境部发布的《2010年环境监测工作要点》,要求卫星中心要及时、无偿给各省级环保部门提供环境卫星遥感数据,以加强对环境遥感技术的开发和成果转化,最大程度发挥其在环境监测中的作用。

目前,环境卫星数据产品共享服务系统已正式运行,各地环保系统用户可通过登陆环境卫星数据产品共享服务网站(www.secmep.cn)浏览和免费下载卫星数据,使用环境卫星数据开展遥感应用工作

王中挺向《环境与生活》坦诚地说,要把满足环境管理需求作为环境遥感应用的主攻方向,紧紧围绕国家环境管理需求开展卫星业务化应用工作,当前的工作难点是遥感监测结果与应用如何有机结合,“我们做出来这么多的数据产品,关键是怎么用,怎么服务于具体的环境执法监督、保护工作。我们未来还要继续挖掘,找到更多合适的应用场景。”


本刊原创,转载请联系《环境与生活》杂志。

责编:叶晓婷

网编:崔悦