环境遥感、遥测系统

“环境遥感”一词于1962年开始在国际科技文献中出现。1964年美国国家航空和航天局、国家科学院和海军海洋局联合发起举行“空间地理学”的专题讨论会，讨论如何从空间研究地球环境，提出一个以地球为目标的空间观测规划。1964年10月一架装有微波辐射仪、摄影测量照相机、多光谱照相机、紫外照相机、红外扫描仪、多普勒雷达等遥感仪器的遥感飞机投入使用。1967年在美国国家航空和航天局主持下制定地球资源和环境观测计划，并制成“地球资源技术卫星”（后改称陆地卫星）。卫星每18天将整个地球拍摄一遍，获得大量环境信息。

携带遥感仪器的飞机（或气球）的飞行高度一般不超过20公里，人造卫星（或空间载人飞船和火箭）的飞行高度一般为几百公里。航空和航天飞行证明，地球的大气、陆地和海洋环境中不少现象及其运动变化都能用遥感仪器进行观测，因此就出现了对大气、陆地和海洋环境进行遥感监测的环境卫星系列。美国已发射各种气象卫星、陆地卫星和海洋卫星，对地球环境进行全面监测。

环境遥感是通过摄影和扫描两种方法获得环境污染的遥感图像的。摄影有黑白全色摄影、黑白红外摄影、天然彩色摄影和彩色红外摄影。彩色红外摄影效果最好，获得的环境污染影像轮廓清晰，能鉴别出各种农作物和其他植物受污染后的长势优劣。扫描主要是多光谱扫描和红外扫描，用于观测河流、湖泊、水库、海洋的水体污染和热污染有较好效果。在红外扫描图像上常能发现污水排入水体后的影响范围和扩散特征。

航空和航天遥感对环境污染的监测可做到大面积同步，这是别的手段所做不到的。环境卫星可每隔一定时段对地面重复成像，进行连续监测，掌握环境污染的动态变化，预报污染发展趋势，这是遥感手段研究环境的独特之处。

环境卫星的任务是定时提供全球或局部地区的环境图像，从而取得地球的各种环境要素的定量数据。这种数据是每隔一定时段的观测记录，具有动态性。环境卫星能向区域接收中心输送所收集的资料，并由区域接收中心汇总提供有关部门使用。

环境卫星的飞行轨道一般有两种。一种是近地极太阳同步圆形轨道，陆地卫星用的就是这种轨道。轨道尽可能靠近地极并呈圆形，能保证在同一地方时经过观测点上空，以便具有相同的照明条件和足够的太阳辐射能量，较好地获得全球环境图像。二是地球同步圆形轨道，有的气象卫星用的就是这种轨道。这种卫星在地球赤道平面内沿圆形轨道运行，运行方向和地球自转方向相同，绕地球一周时间为24小时，与地球自转同步。这种卫星相对静止在地球赤道上空的一个点上，对大面积地球环境进行连续监测。

目前，遥感技术在环境科学中主要应用于：

①　大气环境遥感：气象卫星除能提供卫星云图进行天气研究以外，也能对河流排泄的泥沙混浊流和海上漂油进行监测。利用陆地卫星图像可分析工厂的烟尘污染，如在陆地卫星相片上能清楚地看到炭黑厂的黑烟尘。

②　陆地环境遥感：陆地卫星上也反映大面积水质差异变化。因为水的温度、密度、颜色、透明度等的变化往往导致水体反射光能量变化，并在遥感图像上反映出来。如海面受到污染后，被油污覆盖的水面，蒸发受到抑制，温度高于四周水面，在遥感图像上，油污处出现浅色。从卫星相片上可发现大工厂排出的废水有时形成一股污染流,产生周期性的水团运动,形成复杂的水混合和扩散现象。水体受污染后，水的物理、化学和生物特性都有变化。富营养化的水体中某些藻类繁殖生长，这在遥感图像上也能反映出来。工业废水、废渣有时形成地面污染，范围一般较小，从比例尺较大的航空遥感图像可以发现这种现象，并能测出污染的面积，判明污染的特征。比例尺较小的卫星图像有时也能看到地面污染的大致轮廓。天津塘沽区天津碱厂的盐泥堆在卫星图像上是一块光谱反射率很高的白斑。

③　海洋环境遥感：海洋卫星能够监测海洋表层的许多污染状况。海洋遥感覆盖面积大，具有同时性，能够几乎在同等条件下把获得的资料同船舶测点取样进行对比，能连续、长期而且快速地观测海洋的特点，而且可以得到用船舶观测法不能完整观测到的海洋特征，如海洋表面水温、海流移动、海水分布、波浪、沿海岸泥沙混浊流，以及赤潮、海面油污染等。在进行海洋遥感的同时，仍可利用水面舰船、浮标、海滨研究站，以及采取潜水等方式配合观测，使遥感获得的资料能得到验证和更好的利用。美国1978年 6月发射第一颗海洋卫星,每36小时的观测面覆盖全球海洋面积达95%。海洋卫星装有微波和红外仪器等。海洋遥感所得图像能识别出浮游生物富集区位置、赤潮、各种自然和人为原因造成的混浊流、倾倒的垃圾污物、河口地区及沿海地带的环境特征、海上油污等。

法国、日本、美国都已应用遥感技术研究环境。中国自1980年起开始比较系统地应用遥感技术探测天津市和渤海湾海面的污染特征。

遥感技术在环境领域的应用，目前主要体现在大面积的宏观环境质量和生态监测方面，在大气环境质量、水体环境质量和植被生态监测等方面中都有比较广泛的应用。

大气环境遥感。卫星遥感可在瞬间获取区域地表的大气信息，用于大气污染调查，可避免大气污染时空易变性所产生的误差，并便于动态监测。大气环境遥感主要应用在气溶胶、臭氧、城市热岛、沙尘暴和酸沉降等方面监测研究之中。由于在遥感信息中，大气污染信息是叠加于多变的地面信息之上的弱信息，常规的信息提取方法均不适用，因此多年来该方向的研究进展缓慢。

水环境遥感。水色遥感的目的是试图从传感器接收的辐射中分离出水体后向散射部分，并据此提取水体的组分信息。水环境遥感的任务是通过对遥感影像的分析，获得水体的分布、泥沙、叶绿素、有机质等的状况和水深、水温等要素信息，从而对一个地区的水资源和水环境等做出评价。目前，水质参数的反演研究主要还是基于统计关系的定量反演或定性反映水污染状况，因此，水质参数遥感反演机理的研究有待于加强。

植被生态遥感。植被生态调查是遥感的重要应用领域。植被是环境的重要组成因子，也是反映区域生态环境的最好标志之一，同时也是土壤、水文等要素的解译标志。植被解译的目的是在遥感影像上有效地确定植被的分布、类型、长势等信息，以及对植被的生物量做出估算，因而，它可以为环境监测、生物多样性保护及农业、林业等有关部门提供信息服务。

土壤遥感。土壤是覆盖地球表面的具有农业生产力的资源，它还与很多环境问题相关，比如流域非点源污染、沙尘暴等。地球的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈与土壤相互影响、相互作用。土壤遥感的任务是通过遥感影像的解译，识别和划分出土壤类型，制作土壤图，分析土壤的分布规律。

此外，土地覆被/土地利用是人类生存和发展的基础，也是流域（区域）生态环境评价和规划的基础。同时，土地覆被/土地利用变化（LUCC）是目前全球变化研究的重要部分，是全球环境变化的重要研究方向和核心主题。进入20世纪90年代以来，国际上加强了对LUCC在全球环境变化中的研究工作，使之成为目前全球变化研究的前沿和热点课题。监测和测量土地覆被/土地利用变化过程是进一步分析土地覆被/土地利用变化机制并模拟和评价其不同生态环境影响所不可缺少的基础。

综观遥感技术在环境领域的应用：一方面环境问题为遥感技术的应用提供了舞台，另一方面环境问题的研究也促进了遥感技术的进一步发展。这两个方面相互促进，使作为环境科学和遥感科学的交叉学科的环境遥感成为研究热点之一。目前，环境遥感已经成为全球性、区域（流域）性乃至城市层次的生态环境问题研究的重要手段，为生态环境规划和环境系统研究提供了强有力的工具。