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《全球生态环境遥感监测2013年度报告》解读

2014-09-24 10:45:37    来源: 中国矿业报    作者:

全球生态环境变化的真实状态是什么样的?回答这一问题也是全球科学家们不懈努力的方向。科学技术部国家遥感中心日前对外发布了《全球生态环境遥感监测2013年度报告》。为了解读报告中的内容,记者近日采访了参与报告制定的几位科学家:中国科学院地理科学与资源研究所研究员、博士生导师刘闯,清华大学地球系统科学研究中心主任、全球变化研究院副院长宫鹏,北京师范大学全球变化与地球系统研究院首席科学家梁顺林,中国科学院遥感与数字地球研究所研究员吴炳方。 

记者:请专家介绍一下为什么要利用遥感技术来呈现地球的生态变化? 

刘闯:1998年,中国科学院几位院士提出,要把中国从一个地学大国变成地学强国,就要研究世界。我们之前经常把注意力集中在国内,对国际的自然环境、生态环境关注比较少,主要是科技手段上也达不到。去年,科技部开始组织进行全球遥感监测。世界上很多国家都在做这个工作,几十年卫星积累的数据为全球生态环境的监测分析提供了必要的手段和基础,所以用遥感来研究全球,尤其是生态环境,就成为可能。因为生态环境是多因素组成,要分解成不同的要素来研究。去年我们刚起步,用两个指数,一个是植被的情况,一个是水域面积的情况,今年又增加了两个,人和人地关系,其中很重要的一部分是粮食。 

记者:要想了解全球生态变化情况,就要站在卫星上,利用遥感技术。刚才刘研究员讲到了主题的变化,那么到底应该选择什么样的指标才能更准确地反映地球生态环境的变化? 

刘闯:变化有长期的、中期的、短期的,有百年尺度的、十年尺度的、年度的、月度的、每天的,甚至是每分钟以及瞬时的尺度。要研究生态的话,要素尺度又很多,光植被就很多,还有水、大气等,大气中的化学成分、物理特性又有很多。遥感提供了这些不同要素的传感器,科学家把不同要素传感器的算法融合,得出一个科学结论,这就到了大数据时代。目前发布的这几个报告都是在1000倍以上的数据基础上能够提炼出其中的千分之一,甚至100万倍的数据基础上提炼出百万分之一的结论。所以科技部从2007年就开始筹备遥感数据的共享,叫“国家综合地球观测数据共享平台”。 

2008年,汶川地震后,增加了遥感快速反应这部分内容;2010年,启动了国家遥感的数据共享,以致于2012年中国在地球观测组织中的作用越来越大。再加上我们国家这几年卫星发射取得了振奋人心的成就,推动了数据共享平台的工作,才使得今天的报告能够使中国科学家站在全球的角度来审视全球问题,在全球的层面来看我们自己。我觉得这是很了不起的进步。 

记者:宫教授参与了报告数据监测分析以及撰写的过程,现在报告发布了,请您谈谈此刻的心情。 

宫鹏:我觉得这是令人非常振奋的时刻,遥感拓展了人的能力,用眼睛不敏感的波段去探测世界上各种各样的自然界现象。以前我们观测的是自己周围的环境状况,其实在世界上如果能够做到对全球环境状况有所了解,而且发布出权威性的信息资料的话,这体现了一个国家举国的能力。刚才刘闯教授已经谈到我们国家发射了那么多卫星,这是我们最近这些年国力提升的一个很重要的指标。但是怎样把卫星获取到的数据转化成有利于人类生产生活的信息,这里面有大量的工作要做。全世界的科学家都在努力做这件事情。一个国家走到这一步,能够把全球的环境指标拿出来,把自己的数据展现给全世界,跟全世界分享,这是达到了一定发展水平的标志。 

记者:四位专家都是这份报告的专家组成员,请问这个报告的发布以及在撰写过程中,是不是对您所在领域的发展也有很好的推动作用呢? 

吴炳方:应该是这样,因为发布不是个人的行为,而是纳入到国家遥感中心发布体系之下,我们做每件事情都得精益求精,四个指标的选择也不是随意选的,是经过慎重的论证,把全球关注的热点问题挑出来,进行精细的分析。我们做这个工作的过程中,要承担更多的责任和义务。 

梁顺林:我们是专家组成员,但是支撑整个报告的是好几百人,经过无数次讨论,讨论的过程中又发现了很多问题,这些问题又反馈到研究的层面,这些分析都促进了我们的思考。另一方面我们都是科学家,但是编制这个报告的主要目的还是给普通老百姓、政府官员来看,所以如何把科学成果转化成大众化的信息,对我们也是一种挑战。 

记者:报告中用遥感技术得到的数据,其应用前景怎么样? 

刘闯:这个数据目前来看分三层,第一个就是原始数据的来源,这项报告的特点就是来自于数据,它属于大数据时代,数据集约型的科学研究时代的一个显著特点。在数据的基础上,就像大海捞针一样捞出一些关键性的思想,通过这些创新的科学思想再提炼出进一步的结论。比如水有水的算法,植被指数、叶面积指数也有它的算法,怎样算得更准确,这是科学家的贡献。第二层是数据拿出来之后对它进行进一步分析,就形成了第三层分析的结果,这个数据结果就是这个报告。 

所以整个数据是大海捞针,就像大浪淘沙一样,比如梁教授的500多个TB的数据,到了第二层就是600多GB的数据,这就差了1000倍了,而体现在报告里面就是几个MB的文字。这就使科学研究的整个方法发生了根本性的变化,现代的科学家本身也是大数据的分析科学家。 

梁顺林:科技部国家遥感中心用“863”计划地球观测与导航技术领域项目支持了我们的几个项目,特别是我们所做的植被的工作。我们生产了一套GLASS数据集,2012年代表中国向全世界发布。以前我们拿的都是国际宇航局和欧洲的环境监测数据进行研究,这次是中国第一次用自己的方法和生产系统做出具有自主知识产权的数据,向全球进行发布,而且数据共享是免费的,从这个意义上来说是有里程碑意义的。而且我们所做的工作都是基于大量研究的,数据集在国外是用英文发表的,有坚实的科学基础。这对全球整个环境以及气候变化研究都会产生重大的影响。 

吴炳方:我这个报告有一点特殊性,因为大宗粮油作物具有很明显的季度性,我们是分季度监测。每次发布季度报告的时候全球下载量是非常大的,很多期货公司、联合国组织,包括科研单位、研究人员都会用这个信息来分析全球粮食价格的发展趋势,用户还是非常多的。 

记者:中国发布的有关粮食方面的研究报告,会不会让全世界的关注度更高? 

吴炳方:目前来说,大多数国家都没这个能力去监测全球的大宗粮油作物生产成果。因为全球大宗粮油作物作为粮食安全来说是国家的头等大事,我们国家每年进口的粮食数量是很庞大的,需要了解世界上不同地区的粮食生产形势是怎样变化的。另一方面,世界上大多数发展中国家都是粮食进口国家,他们没有能力也不了解世界上其它地区粮食生产形势,也就无法做好进出口的计划。所以,这个信息发布以后,有助于这些发展中国家客观地判断世界粮食生产形势,更好地保护他们的利益。 

记者:报告的四个方面都反映了地球生态环境发生的变化,比如陆地植被生长状况,和去年比在报告内容上有什么差别?有哪些数据能够反映出地球的生态环境发生了什么样的变化? 

梁顺林:去年报告主要反映的是2011年之前的数据,今年这个数据延伸到2013年,时间跨度拓宽了,数据的质量也提高了。另外,我们花了大量的时间和精力做了一些成因分析,地表的植被一直在变化,但是我们要知道到底是什么原因导致了它的变化。原因无外乎两大方面:一是气候变化的自然原因和森林大火等导致的;二是一些人为的因素,比如国家的政策,中国生态工程如三北防护林、退耕还林、退耕还草等,改善了地区的植被环境和状况。 

另外,我们也在分析城镇化或者其他的人类活动到底对生态环境产生了什么样的影响。所以这次报告中很大的亮点就是,我们不仅可以告诉大家变化在什么地方,是什么样的变化,而且可以揭示是什么原因导致了这种变化,这种变化到底对整个地球系统、对人类产生什么样的影响。更多的用户会沿着这个思路做下去,用我们的数据把这个报告的广度和深度拓展下去。 

记者:这些造成植被变化的原因给了我们什么样的启示? 

梁顺林:国家政策是很重要的,因为我们人类是居住在陆地表面上的,陆地生态系统需要很好的环境支撑,所以国家投入了大量的资金和人力来改善我们的生态环境。全球植被增长最多最快的,最近这十多年主要是在亚洲,在中国。当然,我们人类和自然总是矛盾的,人类需要从自然界当中获取很多的资源,同时对自然环境也造成一定的影响。比如城市化这个问题,可能会对生态环境、特别是植被的变化产生影响,因为会侵占一些农田。从国家政策的角度上,也需要很好地协调这两者之间的关系。 

记者:对于大型陆表水域面积分布状况这部分,监测结果已经显示出鄱阳湖和咸海等湖的面积呈现萎缩的趋势。请宫教授分析一下造成这种现象的原因以及它产生的危害。 

宫鹏:人口在增加,生活在改善,不管是粮食生产还是生活用水量都在增加,工业生产也需要大量用水。所以当人口增加的时候,一个区域的水资源肯定构成了比较大的压力。另外一个原因就是自然界气候的变化。现在有一种情况就是,干的地方在变干,湿的地方在变湿。在干旱、半干旱地区,如果没有好的生态工程和节水措施,就可能出现降雨量相对减少的情况。在一种平衡体系下,一个湖泊、自然汇水区域,随着人的采集量的增加,变干了以后蒸发也多,降水量也少,最后就会使水面越来越小。而且这确实会使局部在特定的时间里产生一种正反馈,就是生态变得越来越脆弱。 

所以现在在咸海东部,一个完整的中亚地区的咸水湖泊分成两块,在过去的十年里面,东部已经有水面很小的情况,很令人担忧。我们国家鄱阳湖是一个通江的湖泊,在长江水顶峰的时候会倒灌给鄱阳湖;如果长江水位比较低,鄱阳湖的水也会流到长江干流里面。鄱阳湖的变动实际上是牵一发而动全身,几乎是江西全省面积97%的汇水流域的水资源状况都会受到整个长江水流的影响。这些年,随着长江中下游用水量的增加,再加上不断有干旱的现象,使鄱阳湖的水有一个大的减少的趋势。我们也希望这个能有所恢复,不然会造成生态上的破坏。 

记者:那么我们应该做一些什么呢? 

宫鹏:节水是必须做的。不管是发展工业还是农业,都应该做到节水,在水资源的调配上更多注重区域的综合管理,加强协调。我们要想办法在用水方面裁源节流,在做工程设施的时候要充分考虑怎样让水资源不过分流失。 

吴炳方:干旱、半干旱地区,像咸海萎缩主要还是上游地区的农业耗水量太大,所以需要在这方面控制农业的发展规模,否则的话湖泊会越来越萎缩。 

记者:对于大宗粮油作物生产形势,当初把这个部分挑进来作为2013年度报告的四大部分之一,是出于什么样的考虑?有什么样的意义? 

吴炳方:首先粮食安全是我们国家的头等大事。我记得去年的经济工作会议上定义的2014年第一项政府任务就是保护国家的粮食安全,所以科技部选择这一项也是有这样的考虑。我国是世界上最大的粮食生产国、最大的粮食进口国、最大的粮食消费国,我们需要了解世界上其他地方的粮食生产形势,以便准确把握在进口过程中的品种选择。这也体现了科技部国家遥感中心领导的高瞻远瞩。 

第二方面,通过监测,世界上粮食生产形势是起起伏伏的,因为我们国家面积比较大,东西可以互补,所以整个粮食生产形势是比较平稳的。但是世界上不同地区的情况都不一样,比如2012年,美国玉米减产量很大,因为受到旱灾影响;俄罗斯因为受旱灾影响,粮食减产量比较大,因为都是雨养农业为主。根据最新一期报告,2014年,全球粮食生产形势是比较乐观的,去年小麦增产,水稻、玉米、大豆和2012年相比也持平,再加上今年年初南半球的小麦和玉米都增产,北半球像西欧、东欧,包括中国的小麦丰收可期,应该说目前的粮食生产形势是相当好的。 

记者:数据发布之后,其他国家在使用的时候是不是很好用呢? 

吴炳方:这个需要我们不断地改进。应该说根据我们得到的反馈信息,报告发布以后,非洲一些国家、像尼日利亚等国都第一时间从网站上下载信息。不光是发展中国家,像发达国家的美国、欧洲有很多研究者,也需要通过不同来源的信息来判断全球的粮食生产形势。 

梁顺林:遥感数据放在这个地方并不是所有人都能用的,发达国家教育程度比较高的会用得很简单,发展中国家有的还不一定会用。所以这就是为什么我们投入时间和精力去写书,把基本原理先讲清楚,另外我们也在组织举办一个培训班,把你请过来教你怎么用这些数据,怎样评价这些数据,这个对数据的充分使用会产生更大的经济效益。   

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