據(jù)中國科學院消息，中科院空天信息研究院中國遙感衛(wèi)星地面站博士江威等首次利用國產(chǎn)“珞珈一號”夜光遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開展了夜光污染調(diào)查工作，未來結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，可開展全球高分辨率夜光污染制圖研究。本版特約研究者向讀者介紹有關(guān)情況。
　　上世紀70年代開始夜光遙感監(jiān)測
　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，夜間照明設施逐漸普及。夜晚燈光的強弱，直接彰顯了人類活動區(qū)域的發(fā)達程度?；谶@個特點，夜光遙感的作用開始凸顯。
　　簡單地說，夜光遙感就是利用遙感技術(shù)從太空觀測夜間地球的光芒。夜光遙感最早起源于上世紀70年代美國軍事氣象衛(wèi)星計劃，該計劃的初衷是希望捕捉夜間云層反射的微弱月光，從而獲取夜間云層分布信息，但意外發(fā)現(xiàn)該衛(wèi)星可以捕捉到無云情況下夜間城市區(qū)域發(fā)光?？蒲腥藛T意識到了這一作用，通過對每天衛(wèi)星采集的影像進行合成處理，研制出了無云的夜光遙感數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)被全球的科學家廣泛應用，從而促使夜光遙感逐漸成為遙感領域發(fā)展活躍的一個分支。
　　世界上第一顆夜光衛(wèi)星（DMSP-OLS）是由美國國防部主導發(fā)射，而后該系列衛(wèi)星一直延續(xù)到2013年，提供了迄今最長時間序列（1992年-2013年）的年度夜光遙感數(shù)據(jù)。隨著NPP-VIIRS衛(wèi)星2011年發(fā)射成功，該衛(wèi)星能夠獲取新的夜光遙感影像，空間分辨率也提高到500米左右，而且發(fā)布了月度合成產(chǎn)品。這兩個夜光數(shù)據(jù)由美國海洋大氣局開展處理分發(fā)，并免費開放獲取，這樣就促使更多科學家加入到了夜光遙感研究中，并不斷拓展其應用領域。
　　除了這兩套夜光遙感數(shù)據(jù)，美國、阿根廷、以色列等國的衛(wèi)星及國際空間站也能獲取夜光遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)較少，且不易獲取。
　　近年來我國頻頻發(fā)射夜光遙感衛(wèi)星，突破了夜光遙感數(shù)據(jù)源依賴國外的局面，其中“吉林一號”是國內(nèi)首顆能夠獲取夜光影像的商業(yè)衛(wèi)星，其分辨率可達到亞米級，而今年6月成功發(fā)射的“珞珈一號”是我國首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星，理論上15天就能獲取一期全球較高分辨率的夜光影像。
　　夜光遙感影像直接彰顯人類活動
　　相比于大多數(shù)白天成像的可見光衛(wèi)星和雷達衛(wèi)星，夜光遙感衛(wèi)星通過獲取地表發(fā)射的可見光-近紅外電磁波信息，主要反映的是地表人類活動狀況，最主要的是人類夜間燈光照明，同時也包括石油天然氣燃燒、海上漁船燈光、森林火災以及火山爆發(fā)等來源。相比于普通的遙感衛(wèi)星影像，夜光遙感能夠提供以人類活動為中心的獨特視角，能夠直接揭示地表人類活動的潛在規(guī)律，因此在社會科學領域有廣泛的應用。
　　例如，科研人員利用夜光遙感影像所直觀反映的社會經(jīng)濟發(fā)展差異，進行社會經(jīng)濟參量估算。利用DMSP-OLS時序夜光遙感合成全球夜光圖，其中白色亮區(qū)為經(jīng)濟發(fā)展水平較高區(qū)域，而黑色則是經(jīng)濟發(fā)展水平較低或者無人類居住區(qū)。從圖上可直觀看到，北美、歐洲、印度、中國和日本的夜光亮度較大，反映出經(jīng)濟發(fā)展水平較高，而南美、非洲、中亞大部分區(qū)域則處于黑暗中，整體經(jīng)濟水平較低。由此，科學家利用夜光數(shù)據(jù)開展了較多社會經(jīng)濟參量估算，如人口、GDP、能源消耗、碳排放、貨運量和貧困度。使用夜光遙感數(shù)據(jù)估算社會經(jīng)濟參量，具有空間細節(jié)豐富、時效快和統(tǒng)計口徑一致等優(yōu)勢。
　　城市監(jiān)測是夜光遙感的典型應用領域。由于城鎮(zhèn)在夜間利用照明設施發(fā)出亮光，夜光遙感能夠有效捕捉燈光輻射信息，中國遙感衛(wèi)星地面站的科研人員利用夜光遙感影像能夠快速重建“一帶一路”沿線國家城市化過程。利用多時相合成的“一帶一路”地區(qū)夜光遙感圖，白色表示夜間燈光不變區(qū)，紅色表示夜間燈光擴展區(qū)，藍色和綠色表示夜間燈光下降區(qū)。從該圖可以看出，日本和西歐發(fā)達國家夜間燈光較穩(wěn)定，而中國、印度以及東歐發(fā)展中國家夜間燈光呈明顯增長趨勢。利用夜光遙感可直觀反映城市化空間擴展過程，有助于分析城市群和城市空間結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。此外，利用歷史時序數(shù)據(jù)可重建過去20年“一帶一路”沿線國家城市化發(fā)展歷程，為沿線國家城市化規(guī)劃和區(qū)域城市網(wǎng)絡體系發(fā)展提供科學支撐。
　　中國遙感衛(wèi)星地面站的科研人員還利用夜光遙感影像評估戰(zhàn)爭危機等。例如也門戰(zhàn)爭發(fā)生后，導致夜光發(fā)生驟變。通過時序夜光遙感數(shù)據(jù)挖掘分析也門戰(zhàn)爭前后的夜光變化，可以發(fā)現(xiàn)夜光下降明顯。通過定量化分析，也門戰(zhàn)爭前后夜光總值減少了7成，其中下降幅度最大是在2015年3月到4月，該時間與沙特空襲也門時間（2015年3月26日開始）一致，下降區(qū)域主要位于中東部省份。通過夜光遙感能夠客觀準確評估戰(zhàn)爭造成也門人道主義危機的范圍和程度，有助于國際社會開展援助。
　　夜光污染問題不可忽視
　　隨著全球城市化進程加快，城市夜間照明設施快速發(fā)展，為城市居民生活和出行帶來了極大方便。但與此同時，整夜被燈光所籠罩的“不夜城”，也將導致不可避免的夜光污染，不僅造成了能源的浪費，還會對人類健康、動植物的棲息繁殖和天文觀測等活動造成一定的負面影響。有調(diào)查表明，過度夜光照射可能增加人類健康風險，并可改變動植物生長習性等。例如可能增加乳腺癌、前列腺癌發(fā)病風險，可能改變海龜?shù)姆敝沉晳T和影響鳥類飛行軌跡。夜光遙感影像為健康風險評價提供了科學數(shù)據(jù)。
　　中國遙感衛(wèi)星地面站衛(wèi)星數(shù)據(jù)深加工團隊在國內(nèi)較早開展了利用夜光遙感監(jiān)測夜光污染的工作。研究發(fā)現(xiàn)，全球夜光污染主要在北半球中高緯度，東亞、歐洲和北美是夜光污染高值區(qū)。亞洲和南美洲在近20年夜光污染增速較快，全球大部分國家夜光污染在增加，部分國家如美國、烏克蘭和敘利亞夜光污染處于下降趨勢。
　　中國夜光污染高值主要集中在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，但經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)夜光污染增長速度較快，中國東西部夜光污染差異性較大。
　　保護區(qū)建設對于生態(tài)多樣性和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，現(xiàn)有研究表明夜光污染會直接或間接影響生態(tài)系統(tǒng)。因此，該團隊調(diào)查了中國保護區(qū)夜光污染變化特征，發(fā)現(xiàn)我國超過一半的保護區(qū)有夜光污染增加趨勢，主要集中于華東、華中地區(qū)和西部局部地區(qū)；41%的保護區(qū)屬于穩(wěn)定夜光污染或無夜光污染，而高增長高密度夜光污染的保護區(qū)占所有保護區(qū)的9%。結(jié)合高分辨率光學衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)中國保護區(qū)夜光污染增加主要因為礦產(chǎn)開發(fā)、旅游發(fā)展和臨近城市。這項工作的開展有助于了解目前我國保護區(qū)夜光污染現(xiàn)狀，并為今后保護區(qū)的夜光污染防范和治理提供科學支撐。
　　延伸閱讀
“珞珈一號”能捕捉更細微夜光空間信息
　　中國遙感衛(wèi)星地面站衛(wèi)星數(shù)據(jù)深加工團隊率先利用最新國產(chǎn)“珞珈一號”數(shù)據(jù)開展了夜光污染應用潛力研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，“珞珈一號”與NPP-VIIRS空間一致性較高，但“珞珈一號”能夠觀測捕捉到更為細微的夜光空間信息。夜光污染在不同土地利用類型的平均亮度差異較大，其中高污染主要位于商業(yè)服務區(qū)、機場和工業(yè)區(qū)等，而夜光較少的地區(qū)主要是農(nóng)田、水庫和農(nóng)村居民點，城市道路的夜光污染則是距離道路越遠越顯著下降。通過對武漢、首爾、海法和墨西哥城4個城市夜光污染格局的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)首爾夜光高值區(qū)大于墨西哥城，武漢和海法夜光污染面積較小，結(jié)合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)夜光污染面積與國民生產(chǎn)總值呈正相關(guān)。這項研究有助于為相關(guān)領域科學家應用“珞珈一號”數(shù)據(jù)開展研究提供參考。
　　盡管科學家利用夜光遙感技術(shù)在夜光污染調(diào)查和夜光污染對人類和自然界動植物影響評估方面開展了較多研究，但目前夜光遙感數(shù)據(jù)分辨率粗，定量化程度還不夠高，一定程度上影響了評估的精度。另外，夜光污染的風險閾值還缺乏大量的實證研究，未來需要結(jié)合衛(wèi)星遙感觀測和地面調(diào)查開展夜光污染定量風險評估研究，并探索夜光污染對人類和自然界動植物的影響機理。通過相關(guān)研究，可為城市基礎照明設施建設提供科學合理建議，在服務好城市居民生活的同時，也守護好城市夜空的寧靜。
　?。ㄔd于《北京日報》 2018-10-31 13版）