興起于20世紀(jì)60年代的遙感技術(shù)，是一門(mén)以航空、攝影、數(shù)學(xué)、地理、計(jì)算機(jī)等學(xué)科理論為基礎(chǔ)的綜合性學(xué)科，其應(yīng)用雛形是軍事偵察。不過(guò)，近年來(lái)遙感逐漸揭開(kāi)神秘的面紗，走進(jìn)人們的生活，開(kāi)始廣泛應(yīng)用于自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、遺產(chǎn)保護(hù)、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，成為捕捉地球信息的“天眼”。
災(zāi)害遙感
第一時(shí)間獲取災(zāi)情數(shù)據(jù)
遙感能為我們做什么?“4.20”蘆山抗震救災(zāi)為我們提供了一個(gè)很好的范例。
4月20日8點(diǎn)02分，蘆山發(fā)生地震。前線，救援緊張進(jìn)行;后方，位于北京五環(huán)外的中科院遙感地球所辦公樓內(nèi)，科研人員爭(zhēng)分奪秒：緊急啟動(dòng)航空遙感獲取數(shù)據(jù)，解譯、分析圖像……“當(dāng)我20日8點(diǎn)50分趕到單位時(shí)，一支近100人的行動(dòng)小組已經(jīng)成立了。”中科院遙感地球所研究員李震說(shuō)。
破壞性地震往往會(huì)造成當(dāng)?shù)亟煌ê屯ㄐ胖袛啵苯幼璧K外界對(duì)受災(zāi)程度、震害分布等災(zāi)情信息的判斷和相應(yīng)決策。此時(shí)，利用遙感技術(shù)開(kāi)展災(zāi)情監(jiān)測(cè)，對(duì)于高效、快捷開(kāi)展抗震救災(zāi)工作而言至關(guān)重要。
“從高度上講，遙感分為衛(wèi)星遙感、航空遙感兩種。開(kāi)展區(qū)域性的工作一般多利用衛(wèi)星遙感，不過(guò)由于它運(yùn)行周期固定，需要許多顆衛(wèi)星才能滿足突發(fā)事件需要。另外衛(wèi)星遙感在分辨率方面也有一定限制。”在李震看來(lái)，航空遙感的優(yōu)勢(shì)是機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)根據(jù)需要起飛，而且航空遙感拍攝的飛行高度一般不超過(guò)1萬(wàn)米，因此可以捕捉到更多細(xì)節(jié)信息。
時(shí)間就是生命。9時(shí)50分，震后未及兩個(gè)小時(shí)，遙感飛機(jī)B-4101即攜帶光學(xué)傳感器從綿陽(yáng)機(jī)場(chǎng)起飛。在空中“巡視”8個(gè)小時(shí)之后，蘆山、寶興、邛崍等縣市的第一批高分辨率航空遙感數(shù)據(jù)就已傳回。
“為了支持救災(zāi)工作，我們第一時(shí)間就將獲取的遙感數(shù)據(jù)，向參與救災(zāi)的專業(yè)部門(mén)‘敞開(kāi)’共享。”李震說(shuō)，航空遙感數(shù)據(jù)的分辨率可以精確到一米以下，道路損壞、房屋倒塌等信息一目了然。地質(zhì)、交通、工程等部門(mén)據(jù)此可判斷受災(zāi)范圍以及救援所需投入的人力、物力。“這些信息，為救災(zāi)、災(zāi)后重建提供了重要決策支持。”
“值得注意的是，通過(guò)與震前的遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，人們還可發(fā)現(xiàn)潛在的滑坡等次生災(zāi)害。”李震介紹，雅安是個(gè)“雨都”，地震發(fā)生后極易誘發(fā)滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，而遙感航拍得到的高分辨率影像以其形態(tài)、色調(diào)、紋理結(jié)構(gòu)等影像特征，能宏觀、真實(shí)地顯示出這些地貌特征，因此，對(duì)滑坡的邊界、規(guī)模、形態(tài)特征及孕育環(huán)境特征，均能從遙感影像上直接判讀圈定。由此，通過(guò)對(duì)滑坡的遙感解譯，可以對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)生的滑坡災(zāi)害進(jìn)行系統(tǒng)全面的調(diào)查，查明其分布、規(guī)模、類型和影響因素。“這為后續(xù)的預(yù)警、災(zāi)害危險(xiǎn)分析以及方案的制定提供了寶貴的第一手資料。”[page]
大氣遙感
全面科學(xué)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化
近年來(lái)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，遙感扮演著越來(lái)越重要的角色。
今年一月份，全國(guó)先后有30個(gè)省份遭受霧霾天氣侵襲。為何會(huì)突然間“冒”出如此大面積分布的高濃度的污染物顆粒?對(duì)這個(gè)問(wèn)題有不同的看法。“目前主流認(rèn)識(shí)是，污染物排放量大，靜穩(wěn)天氣、擴(kuò)散條件不利，區(qū)域污染和本地污染貢獻(xiàn)疊加是造成強(qiáng)霧霾現(xiàn)象的主要原因。不過(guò)這里存在一個(gè)誤解。”中科院遙感地球所研究員陳良富分析說(shuō)。
基于對(duì)遙感衛(wèi)星統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期觀測(cè)與分析，陳良富認(rèn)為，我國(guó)中東部地區(qū)本底污染濃度高是內(nèi)因，一月份的強(qiáng)霧霾是在浮塵和水汽共同作用下，加速成霾過(guò)程，放大人為排放的污染效果的一種自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果。
陳良富解釋說(shuō)，空氣污染物中的可溶性成分遇到浮塵礦物質(zhì)凝結(jié)核后會(huì)迅速包裹，形成混合顆粒，再遇到從東南部來(lái)的充足的水汽，就會(huì)很快發(fā)生吸濕增長(zhǎng)，顆粒的粒徑增長(zhǎng)2倍至3倍，消光系數(shù)增加8倍至9倍，也就是說(shuō)能見(jiàn)度下降為原來(lái)的八分之一至九分之一。通俗地講，空氣中原本存在的較小顆粒的污染物，遭遇水汽后變成人們?nèi)庋劭梢?jiàn)的大顆粒物，即產(chǎn)生霧霾天氣。
綜合多種衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，陳良富發(fā)現(xiàn)，每年冬季西北部吹往華北平原的浮塵的頻率，要比地面觀測(cè)的沙塵天氣發(fā)生頻率大得多，尤其是一月份浮塵天氣特別嚴(yán)重。同時(shí)，通過(guò)激光雷達(dá)衛(wèi)星的探測(cè)，可以看出浮塵到華北平原后會(huì)與各種污染物迅速混合，導(dǎo)致污染效果放大。“再加上強(qiáng)逆溫天氣，低空大氣更加靜穩(wěn)，不利于污染物擴(kuò)散，進(jìn)一步促使霾顆粒的增長(zhǎng)和霧滴的形成，導(dǎo)致能見(jiàn)度更低，這種‘副反饋’作用可以解釋霧霾為什么‘持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)’‘濃度水平高’。”
“地面監(jiān)測(cè)站的數(shù)量畢竟是有限的，科學(xué)、全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)環(huán)境，還需依靠衛(wèi)星遙感手段作補(bǔ)充。”陳良富認(rèn)為，基于大氣中礦物質(zhì)和煙塵在紫外波段的吸收特性，可以發(fā)揮紫外衛(wèi)星遙感的“特長(zhǎng)”，探測(cè)中高層的浮塵、生物質(zhì)燃燒，監(jiān)測(cè)對(duì)流層污染氣體二氧化氮、二氧化硫濃度。而且“衛(wèi)星遙感觀測(cè)的是粒子的消光能力，PM2.5又是消光的主要貢獻(xiàn)者，因此用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)PM2.5很對(duì)‘胃口’”。[page]
考古遙感
讓遺產(chǎn)保護(hù)更加有力
如今，考古學(xué)家已不再是“拿著小鏟子挖土”的形象。遙感技術(shù)的介入為他們的考古工作裝上了一雙“透視眼”，使他們能夠穿越滄海桑田的變化，于蛛絲馬跡中發(fā)現(xiàn)消失多年的歷史遺跡。
這樣的事例并不少見(jiàn)。1991年，考古學(xué)家結(jié)合歷史資料，利用遙感圖像發(fā)現(xiàn)了位于阿曼沙漠中消失的古城——Ubar;美國(guó)宇航局考古學(xué)家從航空相片上識(shí)別出哥斯達(dá)黎加森林中的古路徑;我國(guó)科學(xué)家利用雷達(dá)衛(wèi)星遙感技術(shù)揭示了被沙土掩埋的長(zhǎng)城遺跡、隋唐大運(yùn)河遺跡……在文物古跡的發(fā)現(xiàn)上，遙感技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，中科院遙感地球所研究員王心源說(shuō)：“利用光學(xué)遙感、雷達(dá)遙感等技術(shù)，這些年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多被植被、沙土掩蓋下的文物古跡。”
考古學(xué)家是如何利用遙感手段監(jiān)測(cè)分析研究地下考古遺跡的呢?“有些文物古跡被埋在地下比較難以發(fā)現(xiàn)。不過(guò)，這些土地與周?chē)鷽](méi)有經(jīng)過(guò)人工擾動(dòng)的土壤環(huán)境存在著差異，從而形成了這一地區(qū)在土壤、水分、地表溫度等方面一系列的特別征象。”王心源告訴記者，這些特征單純依靠人的肉眼觀察很難分辨，但遙感利用可見(jiàn)光、紅外、微波以及高光譜等全波段電磁波來(lái)探測(cè)地物。“更重要的是，遙感考古對(duì)古代遺跡的破壞相對(duì)于傳統(tǒng)考古要小得多，可以說(shuō)是無(wú)損探測(cè)。”
對(duì)考古遺跡的發(fā)現(xiàn)，僅是遙感技術(shù)應(yīng)用于遺產(chǎn)保護(hù)的一個(gè)方面。“遙感技術(shù)已成功應(yīng)用于自然與文化遺產(chǎn)研究中，并在其保護(hù)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。”在第四屆國(guó)際遙感考古會(huì)議上，聯(lián)合國(guó)教科文組織代表Patrick Mckeever說(shuō)出了全球遙感專家的共識(shí)。
王心源告訴記者，雅安是大熊貓的故鄉(xiāng)，地震中這些“國(guó)寶”們的生存狀況格外受到關(guān)注。利用遙感技術(shù)，科學(xué)家們及時(shí)針對(duì)大熊貓棲息地生態(tài)環(huán)境受地震影響展開(kāi)緊急預(yù)評(píng)估。“世界自然遺產(chǎn)四川大熊貓棲息地面積共9245平方公里，在雅安市境內(nèi)面積約4700平方公里，占全市面積的30%左右。這么大的面積，僅靠人力很難完成調(diào)查研究，而且在當(dāng)時(shí)條件下深入雅安也不切合實(shí)際。越是在這種情況下，遙感技術(shù)就更加顯示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。”王心源表示。
世界遺產(chǎn)，是我們了解居住地演化歷史、認(rèn)識(shí)人類自身進(jìn)化發(fā)展、理解不同民族習(xí)俗文化的“物證”，遙感技術(shù)正以其與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，在古遺址探測(cè)、文物保護(hù)和監(jiān)測(cè)、古環(huán)境重建方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。[page]
農(nóng)業(yè)遙感
服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈全過(guò)程
“陜北大部、渭北中部和關(guān)中中東部、商洛北部有中到重旱，渭北西部、關(guān)中西部、商洛南部有輕到中旱。”——像這樣的干旱預(yù)警，居然是陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心衛(wèi)星遙感顯示的信息。
作為國(guó)土遼闊的農(nóng)業(yè)大國(guó)，利用遙感手段及時(shí)掌握復(fù)雜多變的農(nóng)業(yè)自然資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)規(guī)劃和管理都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
我國(guó)農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)最早用于估產(chǎn)領(lǐng)域。早在“六五”時(shí)期，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用衛(wèi)星技術(shù)嘗試對(duì)局部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估，在隨后的發(fā)展中，我國(guó)氣象局、中國(guó)科學(xué)院以及許多大學(xué)、研究所都對(duì)農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)技術(shù)起到了實(shí)踐和創(chuàng)新推動(dòng)作用。2008年我國(guó)“遙感衛(wèi)星4號(hào)”發(fā)射成功，其主要作用之一就是負(fù)責(zé)我國(guó)農(nóng)作物的品質(zhì)與產(chǎn)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集。
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(zhǎng)過(guò)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)。”據(jù)專家介紹，農(nóng)作物遙感估產(chǎn)就是根據(jù)生物學(xué)原理，在收集分析各種農(nóng)作物各個(gè)生育期不同光譜特征的基礎(chǔ)上，通過(guò)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(zhǎng)勢(shì)，在作物收獲前，預(yù)測(cè)作物的一系列方法。
農(nóng)業(yè)估產(chǎn)僅是農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用中的一個(gè)方面。對(duì)于整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈來(lái)說(shuō)，遙感的作用可以說(shuō)是貫穿始終。從最開(kāi)始的農(nóng)業(yè)資源調(diào)查到氣象災(zāi)害預(yù)測(cè)和評(píng)估、農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都與遙感技術(shù)的應(yīng)用密不可分。
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