水环境监测是环境保护的基础性工作。只有客观而全面地监测好污染状况,正确评估污染治理的效果，才能改善水体环境。长期以来，我国水环境监测主要采用地面布点、人工采样测量的方式。但地面常规监测缺乏时间上的连续性和空间上的代表性，且业务运行和维护费用较高。

　　遥感信号可以用来监测水体中的悬浮物含量、水体透明度、叶绿素-a浓度、可溶性有机物、水温、透明度、溶解氧、化学耗氧量、总氮(TN)、总磷(TP)等水质参数以及营养状态指数等，与常规监测相比，遥感技术具有大范围、快速和动态监测的特点。集合遥感与常规监测各自的优点，建立天地一体化的观测方式,才能真正实现信息的综合应用,提高水环境监测的客观性,有利于水环境管理和决策。

　　上海市卫星遥感与测量应用中心联合中科院遥感所，以及中科院上海技术与物理所建立的“陆域与近岸海域水环境遥感监测分析系统”实现了读入数据、几何和辐射预处理、信息反演、专题分析与制图、形成评价报告输出全流程一体化,具有业务运行能力。它具体包括内陆大型水体水环境评价、主要河流河口水质状况评价、近海海域水质状况评价、城市饮用水源定点监测和电站温排水热污染定点监测5个子系统。系统输出的主要产品涵盖了叶绿素、悬浮物、透明度、水域面积、水华或赤潮、营养状态指数、水温、热污染、石油类污染等。

　　水环境遥感的业务应用

　　持续、稳定、及时、合理是水环境遥感监测的要求，也是“陆域与近岸海域水环境遥感监测分析系统”的特点，以下列举了近年来该系统的主要业务应用工作。

　　内陆湖泊水环境遥感业务监测

　　2008年以来，利用美国Terra/AQUAMODIS卫星遥感数据,对太湖、巢湖和滇池3个主要污染湖泊持续进行水环境遥感监测,形成了水体分布、叶绿素浓度、营养状态指数、水华分布、高锰酸盐指数、水体表面温度、悬浮物浓度、透明度等指标的动态分析和评价。

　　以太湖蓝藻水华的遥感监测为例。在业务上，采用MODIS和环境卫星1号等多源卫星遥感资料，对太湖水体进行实时监测，重点分析太湖蓝藻的空间分布和时间演变情况，及时制作遥感监测专报，提供相关业务和决策部门支撑服务。

　　业务上，建立太湖蓝藻监测的日常值班和应急响应流程，参与相关部门的业务交流和合作。该系统性能稳定，从卫星数据接收到完成监测专报全程一体化，只需要约1小时。在太湖蓝藻繁衍时段，根据日常值班表，确保每天有三人（包括值班领导）参与蓝藻监测、解译、校对和专报的制作工作。从2010年至2012年，针对太湖蓝藻的卫星遥感监测，制作并发送35份专报。兼顾卫星遥感面域监测和人工观测点状测量的特点，本着优势互补的原则，上海市气象局遥感中心与水利部太湖流域管理局从2011年开始，开展与太湖蓝藻监测相关的资料共享和专报互通的合作，最大程度地掌握太湖蓝藻的发展程度和动态演变。

　　科研上，开展太湖蓝藻发展趋势、气象影响因子的研究，积极参与相关学术研讨。通过卫星遥感和实地监测的分析表明，强光照、高气温、较弱风速、偏西风等气象条件有利于蓝藻的发展和扩散，在此基础上初步分析了蓝藻强度和覆盖面积演变的气候特征。竺山湖和梅梁湖是出现低强度蓝藻的区域，而西部沿岸区和南部沿岸区是出现重度油漆状蓝藻的高发区。从整体来看，近年来太湖出现中等及以上强度蓝藻的频次有所降低，说明近年来太湖水环境治理工作的成效显著。

　　截止到2013年8月份,已制作遥感监测评价报告94份，提供给气象、水利、环保、海洋等相关部门。太湖蓝藻水华监测结果多次上报国务院,受到国务院领导重视,为中国主要污染湖泊水质监测管理提供了科学数据。

　　黄海浒苔卫星遥感跟踪监测

　　2008年5月中下旬,中国黄海出现一种名为浒苔的绿藻,并迅速繁殖蔓延,不但导致青岛至黄岛的航线一度停航,更是覆盖到了奥帆赛场部分海面,直接危及2008北京奥运会帆船比赛的训练和正常举办。中国科学院遥感应用研究所配合国家海洋局,迅速开展以青岛奥帆赛区及周边海域为重点的中国黄海和东海海域浒苔灾害卫星遥感动态监测,对青岛奥帆赛警戒区绿藻面积与分布、青岛奥帆赛附近海域绿藻面积与分布、黄海海域和东海附近海域绿藻面积与分布,以及影响范围和时间变化趋势进行及时分析、评价和预测。并利用卫星存档数据将浒苔监测的时间追溯到2008年5月14日。监测日期从5月初到9月中旬,形成了130多期监测结果,并进行了多次光学遥感监测结果同雷达、航空和地面各种信息源的比对验证,为奥帆赛海域浒苔现场打捞和水环境保障提供决策支持。

　　水环境遥感展望

　　遥感在水环境监测中拥有巨大的应用潜力,发挥着不可替代的作用,但目前水环境遥感监测还存在两方面的问题：第一、水环境遥感探测技术和方法手段的不成熟。目前遥感监测指标较少,且以定性为主,定量化能力弱。另外，遥感监测的实时性和持续性较弱,难以支撑对环境事件的快速响应和连续跟踪。水环境遥感监测还主要以科研为主,实际应用少,绝大多数尚未进入环境应用业务系统。

　　第二、气象卫星、海洋卫星、雷达卫星及其它多源水环境监测卫星还存在问题：1)陆域水污染监测能力较弱,多数面向海洋环境和生态环境；2)陆地卫星等综合性遥感卫星尽管具有较高空间分辨率,但往往重复周期过长,光谱解析能力不足,很难满足环境污染应急响应和动态监测的需要;3)无法依赖国外先进的环境遥感卫星实现中国环境遥感监测业务应用。

　　虽然中国环境与灾害监测预报小卫星的成功发射使得中国陆域与近岸水环境监测能力显著提升,但与环保应用需求相比还存在明显不足：时间分辨率目前只能达到2～4天,而水环境遥感动态监测要求在一天以内；空间分辨率目前能达到几十到几百米,而江河水环境监测要求几米,甚至一米以内；辐射定标精度可见光～短波红外能达到10%,中长波红外达到2K,而水环境监测分别要求达到5%和1K。

　　因此,需要发展星载可编程高光谱遥感、红外高光谱遥感、偏振探测和多极化SAR等先进遥感器,逐步形成能够对不同空间尺度江河湖泊、多种水污染指标的全天时、全天候、高频次、定量化遥感监测能力。需要重视多种监测和分析手段的结合,实现多源信息的综合应用,强化遥感与环境保护业务的结合。从而满足水环境(尤其是陆域水环境)污染动态监测和应急响应的需要。实现技术进步、方法研究与业务化应用的良性互动。

　　作者单位

　　朱雪松、尹球：上海市卫星遥感与测量应用中心

　　许华：国家环境保护卫星遥感重点实验室