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高分系列衛星在Charter國際減災中的應用
[ 發布時間:2020-06-17 ]   [ 字號: ]

  空間與重大災害國際憲章(International Charter Space and Major Disasters,Charter)是1999年聯合國在維也納召開的第三屆和平利用外層空間會議之后,由歐洲航天局(ESA)、法國國家空間研究中心(CNES)和加拿大航天局(CSA)于1999年共同發起,2000年11月1日正式開始運行的國際減災合作機制,是世界運行較成功的國際減災組織之一。


  Charter是一個不斷發展壯大的國際減災組織,當前共有歐洲航天局、法國國家空間研究中心、加拿大航天局、印度空間研究組織(ISRO)、美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)、阿根廷國家空間委員會(CONAE)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、美國地質調查局(USGS)、英國國家航天局(UKSA)、中國國家航天局(CNSA)、德國宇航中心(DLR)、韓國航空宇宙研究院(KARI)、巴西國家空間研究院(INPE)、歐洲氣象衛星組織(EUMETSAT)、俄羅斯聯邦航天局(ROSCOSMOS)、委內瑞拉空間局(ABAE)、阿聯酋空間局(UAESA)17名正式成員,涵蓋了當今世界主要航天強國或擁有較強陸地觀測衛星資源的國家和組織。當前可共享60余顆衛星的數據資源。


  自 2000年正式運作以來,Charter針對發生在世界范圍內的洪水、地震、森林火災、颶風、火山噴發等重大突發性自然災害實施了600余次遙感應急監測行動,向140多個遭受重大自然災害影響的國家或地區無償提供了衛星監測數據、信息和服務,以協助受災地區進行相關的監測、評估及災害管理決策,最大程度地減輕災害造成的損失。在這600余次應急響應活動中,25次為我國發生并啟動的災害請求,包括淮河洪水、汶川地震、玉樹地震、甘肅舟曲泥石流、四川雅安蘆山縣地震、馬航MH370失聯、東北水災、江蘇龍卷風等重大災害,我國得到了大量的國外遙感衛星數據支持,從中充分受益。


  一、我國加入Charter的陸地觀測衛星


  2007年5月,經國務院批準,中國國家航天局正式加入Charter組織,成為該機構的第10個成員。這就意味著我國在發生重大自然災害期間,可以獲得Charter其他成員值班衛星的數據支援的同時,還應履行加入Charter組織的承諾,利用我國提供給Charter的衛星資源為世界減災救災提供服務。


  隨著我國高分系列衛星的陸續發射,高分一號(GF-1)、高分二號(GF-2)、高分三號(GF-3)及高分四號(GF-4)相繼加入Charter,成為災害發生期間為Charter提供服務的衛星資源。我國陸地觀測衛星加入Chater時間及主要參數見表 1。


表1 我國陸地觀測衛星加入日期及主要參數


  從空間分辨率的角度來講,我國為Charter提供服務的衛星數據源涵蓋了亞米級(0.8)、米級(2m、3.2m、8m)和十幾米至幾百米空間分辨率區間,適應監測的災害類型更為廣泛;從傳感器類型來說,覆蓋了光學和雷達,可以全天候應對極端天氣下的災害監測,為世界減災提供服務的能力大為提高。


  二、高分系列衛星Charter需求適應


  1.不同災害對衛星圖像的需求


  Charter可以響應的自然災害類型包括:地震、洪水、滑坡、海冰、雪災、暴風雨/颶風、海嘯、火山噴發和森林火災,同時也對人為造成的災害比如海洋溢油和工業事件進行應急響應。一般來說,不同的災害類型具有不同的特點,也對衛星圖像有不同的要求(表2)。


表2 主要災害類型的特點及衛星圖像需求


  2.高分系列衛星適用的災害監測


  高分系列衛星搭載的載荷不同,可適用于不同的災害監測。


  高分一號衛星PMS相機具有2m分辨率全色和8m分辨率多光譜譜段,可在一般的災害,特別是對空間分辨率要求不是特別高的災害類型或地物監測中均可發揮作用。另外高分一號衛星還搭載了幅寬為800km、空間分辨率為16m的WFV相機,可在對空間分辨率要求相對較低,受災范圍較大、或對重訪要求較快的災害,比如森林火災(中期跟蹤)、海冰、海嘯、暴風雨/颶風(晴天后)等災害的跟蹤監測中發揮優勢。


  高分二號衛星PMS相機具有0.8m空間分辨率全色和3.2m空間分辨率多光譜譜段,可以在對空間分辨率要求很高的災害監測,如地震、滑坡、火山噴發、暴風雨/颶風(晴天后)、森林火災(特別是災后評估)、海嘯災害的監測中發揮作用,發現和提取更多的細節信息。


  高分三號衛星具有12種成像模式,空間分辨率從1m到500m。目前可為Charter提供服務的模式僅限于滑動聚束(1m)、超精細條帶(3m)、精細條帶1(5m)、精細條帶2(10m)、標準條帶(25m)5種成像模式,可在地震、洪水、暴風雨/颶風、滑坡、海洋溢油、海冰、火山噴發災害中發揮重要作用。


  高分四號衛星為地球同步軌道,搭載了一臺可見光50m/中波紅外400m分辨率、大于400km幅寬的凝視相機,采用面陣凝視方式成像,具備可見光、多光譜和紅外成像能力,能夠實現對中國及周邊臨近地區的快速觀測。高分四號衛星具備高時間分辨率和較高空間分辨率的優勢,可在森林火災(早期火點紅外探測及中期火場態勢跟蹤)、雪災、洪澇、暴風雨 / 颶風(監測颶風/臺風中心位置及路線)及海冰等災害中發揮作用。


  三、高分系列衛星的災害監測應用


  在高分一號衛星加入Charter(2014年10月)以前,由于衛星數量、空間分辨率及成像能力的限制,我國為世界減災救災提供的遙感衛星圖像數量較少。隨著高分系列衛星的相繼加入,我國對外助力減災救災的能力大大增強。2007~2013年,我國有效響應災害次數8起,提供衛星圖像33景;2014年至2019年,有效響應災害次數55起,提供衛星圖像442景。高分系列衛星陸續加入Charter的這些年,無論是有效響應國際災害次數,還是提供衛星圖像數量,都大幅增加,其中提供衛星圖像數量甚至是前幾年的十倍以上。


  從災害類型上分析,我國有效響應的60多起自然災害覆蓋了森林火災、洪水、地震、暴風雨/颶風/臺風、海嘯、火山噴發、滑坡等常見的自然災害;在地域上,涵蓋了歐洲、亞洲、非洲、北美洲、南美洲和大洋洲,涉及全球36個國家和地區。


  以下為我國衛星在國際減災救災中的具體應用實例。


  (1)監測俄羅斯森林火災


  2015年8月,應急響應Charter監測俄羅斯森林火災請求,安排調度我國高分一號衛星對災區成像。高分一號WFV傳感器具有800km的幅寬和快速重訪能力,在本次災害中發揮了重要作用。



高分一號衛星俄羅斯火災監測成果圖
圖片來源:Charter官方網站


  (2)監測美國夏威夷火山噴發


  2018年5月,應急響應Charter監測美國夏威夷火山噴發請求,安排調度我國高分二號衛星對災區成像,并成功獲取和提供了夏威夷火山區域圖像。從美國地質調查局制作的成果圖可見,火山噴發位置及周圍區域清晰可見。



高分二號衛星美國夏威夷火山噴發監測成果圖
圖片來源:Charter官方網站


  (3)監測美國颶風


  2017年8月的美國哈維(Harvey)颶風災害中,我國的高分二號衛星拍攝的颶風經過以后的清晰圖像(圖3),為美國監測該區域的洪水提供了技術支持,災害監測成果圖曾被德克薩斯州用來進行災害評估。



高分二號衛星美國哈維(Harvey)颶風監測成果圖
圖片來源:Charter 官方網站


  四、展望


  目前我國加入Charter組織的衛星數量及種類越來越多,提供衛星圖像數量大大增加,災害監測能力越來越強??梢灶A見,這一趨勢在今后還將持續,我國在國際災害救援領域將發揮越來越大的作用,這勢必將進一步提升中國航天的國際影響力。

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