珞珈 珞珈一号影像最新研究成果

据中科院介绍，中科院空信息科学研究所中国遥感卫星地面站姜伟博士等人首次利用国产“罗家一号”发光遥感卫星的数据进行了光污染调查。未来，结合地面调查数据，可以开展全球高分辨率光污染测绘研究。本版特约研究员向读者介绍相关信息。

发光遥感监测始于20世纪70年代

随着社会经济的发展，夜景照明设施逐渐普及。夜灯的强弱直接体现了人类活动区域的发达程度。基于这一特点，夜光遥感的作用开始凸显。

简单来说，发光遥感就是利用遥感技术，在夜间从Tai 空观测地球的光。发光遥感起源于20世纪70年代的美国军事气象卫星计划。节目的初衷是捕捉夜间云层反射的微弱月光，从而获取夜间云层的分布信息。但是意外发现，卫星可以捕捉到城市地区夜晚没有云的冷光。研究人员意识到这一作用，通过综合卫星每天采集的图像，开发了无云发光遥感数据，得到了世界各国科学家的广泛应用，从而推动发光遥感成为遥感的一个活跃分支。

世界上第一颗发光卫星(DMSP-OLS)由美国国防部发射，这一系列卫星持续到2013年，提供了时间序列最长的年度发光遥感数据(1992 -2013年)。随着2011年NPP-VIIRS卫星的成功发射，该卫星能够获取新的夜光遥感图像，并且空之间的分辨率也提高到约500米，每月发布合成产品。这两个夜光数据由NOAA处理分发，免费提供，鼓励更多科学家加入夜光遥感研究，不断拓展其应用领域。

除了这两套夜光遥感数据，美国、阿根廷、以色列和国际站的卫星也可以获得夜光遥感卫星数据，但这些数据很少，很难获得。

近年来，我国频繁发射发光遥感卫星，突破了发光遥感数据源依赖国外的局面。吉林一号是我国第一颗能够获取发光图像的商业卫星，分辨率可以达到亚米级。今年6月成功发射的罗家1号是我国第一颗专业发光遥感卫星。理论上，它可以在15天内获得更高分辨率的全局发光图像。

发光遥感图像直接显示人类活动

一带一路夜景综合地图

与大多数可见光卫星和雷达卫星白天成像相比，发光遥感卫星主要通过获取地表发射的可见光-近红外电磁波信息来反映地表的人类活动，最重要的是夜间的人类照明，也包括油气燃烧、海上渔船照明、森林火灾、火山爆发等来源。与普通遥感卫星图像相比，发光遥感可以提供以人类活动为中心的独特视角，可以直接揭示地表人类活动的潜在规律，因此在社会科学领域得到广泛应用。

例如，研究人员利用发光遥感图像直观反映的社会经济发展差异来估计社会经济参数。利用DMSP-OLS时间序列夜光遥感合成全球夜光地图，其中白色亮区是经济发展水平较高的区域，黑色区是经济发展水平较低或没有人类居住的区域。从图中我们可以直观的看到，北美、欧洲、印度、中国、日本的发光亮度比较高，反映出经济发展水平较高，而南美、非洲、中亚大部分地区处于黑暗之中，整体经济水平相对较低。因此，科学家们使用发光数据来估计许多社会经济参数，如人口、国内生产总值、能源消耗、碳排放、货运量和贫困。利用夜光遥感数据估算社会经济参数具有空之间细节丰富、时效快、统计口径一致等诸多优势。

城市监测是发光遥感的典型应用领域。由于城镇在夜间使用照明设施发光，发光遥感可以有效捕捉光辐射信息，中国遥感卫星地面站的研究人员可以利用发光遥感图像快速重建“一带一路”沿线国家的城市化进程。多时间合成的“一带一路”地区遥感影像显示，白色是夜光的恒定区，红色是夜光的延伸区，蓝色和绿色是夜光的下降区。从这个图可以看出，日本和西欧发达国家的夜间照明相对稳定，而中国、印度和东欧发展中国家的夜间照明明显增加。因此，利用发光遥感可以直观地反映城市化空之间的扩展过程，有助于分析城市群与城市空之间的结构演化规律。此外，历史时间序列数据可以用来重建一带一路周边国家近20年来的城市化发展过程

中国遥感卫星地面站的研究人员也使用发光遥感图像来评估战争危机。比如也门战争后，发光强度突然变化。通过时间序列夜光遥感数据挖掘分析也门战争前后的夜光变化，可以发现夜光明显下降。通过定量分析，也门战争前后夜光总值下降了70%，降幅最大的是2015年3-4月，与沙特阿拉伯空对也门的进攻(2015年3月26日开始)一致，下降区域主要位于中部和东部省份。夜光遥感可以客观、准确地评估也门因战争引发的人道主义危机的范围和程度，有助于国际社会开展援助。

光污染问题不容忽视

绘制全球夜光污染趋势图

随着全球城市化进程的加快和城市夜景照明设施的快速发展，给城市居民的生活和出行带来了极大的便利。但与此同时，整夜被灯光笼罩的“不夜城”，也会导致不可避免的光污染，不仅造成能源的浪费，还会对人体健康、动植物的栖息繁衍、天文观测等活动产生一定的负面影响。一些调查表明，过量的夜光辐射可能会增加人类健康风险，改变动植物的生长习惯。比如可能增加乳腺癌、前列腺癌的风险，改变海龟的繁殖习惯，影响鸟类的飞行路线。发光遥感图像也为健康风险评估提供科学数据。

中国遥感卫星地面站卫星数据深加工团队在国内较早开始了夜光遥感监测夜光污染的工作。发现全球夜光污染主要集中在北半球中高纬度地区，东亚、欧洲和北美是夜光污染的高值区。近20年来，亚洲和南美洲的光污染迅速增加，世界上大多数国家的光污染都在增加，而美国、乌克兰和叙利亚等一些国家的光污染呈下降趋势。

我国夜光污染的高值主要集中在经济发达地区，但经济不发达地区的夜光污染增长较快，东西部差异较大。

保护区的建设对生态多样性和生态系统的可持续发展具有重要意义。现有研究表明，光污染会直接或间接影响生态系统。因此，该小组调查了中国保护区夜光污染的变化特征。发现我国半数以上的保护区处于光污染加剧的趋势，主要集中在华东、华中和部分西部地区。41%的保护区属于稳定夜光污染或无夜光污染，而高生长、高密度夜光污染的保护区占所有保护区的9%。结合高分辨率光学卫星遥感数据和社会经济统计数据，发现我国保护区夜光污染的增加主要是由于矿产开发、旅游开发和周边城市。这项工作有助于了解我国保护区夜光污染的现状，为今后保护区夜光污染的防治提供科学支持。

“罗家一号”能捕捉到更细微的发光信息空

中国遥感卫星地面站卫星数据深加工团队率先利用国内最新“罗家一号”数据研究光污染的应用潜力。通过研究发现，“罗家1号”与NPP-VIIRS空具有较高的一致性，但“罗家1号”能观察并捕捉到更细微的发光信息。不同土地利用类型的夜光污染平均亮度差异较大，其中高污染主要位于商业服务区、机场和工业区，而夜光污染较少的区域主要是农田、水库和农村住宅区，城市道路的夜光污染随着与道路距离的增加而显著降低。通过对武汉、首尔、海法和墨西哥的光污染格局调查，发现首尔的光污染高值区大于墨西哥，而武汉和海法的光污染区较小。结合社会经济数据，发现光污染面积与国民生产总值正相关。本研究有助于为相关领域的科学家应用罗家1号的数据提供参考。

虽然科学家们利用夜光遥感技术对夜光污染的调查和夜光污染对人类和自然界动植物影响的评估做了大量的研究，但夜光遥感数据分辨率粗糙，量化程度不够高，在一定程度上影响了评估的准确性。此外，缺乏对夜光污染风险阈值的实证研究。未来有必要结合卫星遥感观测和地面调查开展夜光污染定量风险评估，探索夜光污染对人类和自然界动植物的影响机制。通过相关研究，可以为城市基础照明设施的建设提供科学合理的建议，既能服务于城市居民的生活，又能保护城市夜晚的宁静空。