· 文 |中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 崔鵬 蘇鳳環(huán)
國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星在“一帶一路”自然災(zāi)害風(fēng)險管理中的應(yīng)用
· 文 |中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 崔鵬 蘇鳳環(huán)
崔鵬,中國科學(xué)院院士,陜西西安人,自然地理與水土保持學(xué)家,973項(xiàng)目首席科學(xué)家,博士,現(xiàn)任中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,曾任中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所所長、中科院云南東川泥石流觀測研究國家站站長。
“一帶一路”是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”的簡稱。包括陸地、海上五個走向?!耙粠А笔窃陉懙厣希腥齻€走向,從中國出發(fā),一是經(jīng)中亞、俄羅斯到達(dá)歐洲;二是經(jīng)中亞、西亞到波斯灣、地中海;三是從中國到東南亞、南亞、印度洋。“一路”是在海上,有兩個走向,一是從中國沿海港口經(jīng)過南海到印度洋,延伸到歐洲;二是經(jīng)過南海到南太平洋。
“一帶一路”涉及歐亞非三大洲65個國家,沿線區(qū)域的大部分國家處于災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)和頻發(fā)地區(qū),同時又是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū),多數(shù)為發(fā)展中國家。各類自然災(zāi)害頻發(fā)、損失嚴(yán)重,地震、干旱、洪澇、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)、海嘯、臺風(fēng)等自然災(zāi)害及其引發(fā)次生災(zāi)害時有發(fā)生,嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和人民和諧安寧生活。
1995-2015年,全球前10個因氣象災(zāi)害受災(zāi)的國家中,“一帶一路”沿線國家占了7個;1980-2015年,全球自然災(zāi)害很多發(fā)生在“一帶一路”沿線國家,其中,2000年,這個區(qū)域總共發(fā)生了235例(至少大于10人死亡,或經(jīng)濟(jì)損失超過千萬元)。
2004年12月26日,印度尼西亞蘇門答臘近海發(fā)生8.7級強(qiáng)震引起的巨大海嘯,波及東南亞、南亞和東非多國,共造成近30萬人死亡、7966人失蹤、超過100萬人無家可歸,成為20世紀(jì)以來造成人員傷亡最慘重的一次自然災(zāi)害。2010年中巴公路巴基斯坦境內(nèi)阿塔德巴德發(fā)生特大規(guī)模滑坡形成堰塞湖,掩埋和淹沒公路25km,導(dǎo)致中巴公路中斷5年之久,嚴(yán)重影響中巴經(jīng)貿(mào)往來。2013年6月16-18日,印度北部大部分地區(qū)連降暴雨,并引發(fā)泥石流和滑坡災(zāi)害,數(shù)百個村莊受災(zāi),傷亡人數(shù)達(dá)6000~10000人。
基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通是“一帶一路”建設(shè)的優(yōu)先領(lǐng)域。建設(shè)便利的基礎(chǔ)交通設(shè)施,提升沿線區(qū)域國家的道路通達(dá)水平,對于推動經(jīng)濟(jì)合作有重要的意義?!耙粠б宦贰毖鼐€地區(qū)的礦產(chǎn)、油氣等資源豐富,但地形地貌條件復(fù)雜多變。利用傳統(tǒng)手段進(jìn)行資源的調(diào)查與開發(fā)難度大。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用,能夠?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃提供地理信息技術(shù),優(yōu)化交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè);利用分辨率較高的衛(wèi)星影像,能夠獲取地址信息,確定不同礦產(chǎn)資源的地質(zhì)界線。
近年來我國發(fā)射了一系列資源和環(huán)境衛(wèi)星,特別是資源三號、高分一號、天繪等國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星的使用,使我國衛(wèi)星對地觀測能力大幅提高,為利用國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星進(jìn)行中、大比例尺地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、動態(tài)變化監(jiān)測等帶來契機(jī)。
隨著我國航天技術(shù)的成熟和地面應(yīng)用的快速發(fā)展,天空地一體化的衛(wèi)星綜合應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)在自然資源調(diào)查、國土空間監(jiān)測、礦產(chǎn)資源開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、地區(qū)維穩(wěn)、交通規(guī)劃等多個方面加大國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的使用。國產(chǎn)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)能夠?yàn)橥苿印耙粠б宦贰睉?zhàn)略的實(shí)施提供行之有效的基礎(chǔ)保障。
“一帶一路”沿途自然災(zāi)害發(fā)生頻繁,嚴(yán)重影響著沿線國家的安全和社會發(fā)展,制約著“一帶一路”重大戰(zhàn)略的實(shí)施。因此有必要利用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)對“一帶一路”沿途自然災(zāi)害開展風(fēng)險評價,對風(fēng)險防控進(jìn)行系統(tǒng)研究;為沿線國家、地區(qū)的自然災(zāi)害防御、重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、高效精準(zhǔn)救災(zāi)提供科學(xué)指導(dǎo);同時評估結(jié)果能夠?yàn)椤耙粠б宦贰苯煌ㄟ\(yùn)輸暢通、重大基礎(chǔ)設(shè)施安全、沿線各國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科技保障。
災(zāi)害周期的各個階段,如風(fēng)險評估、災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、災(zāi)后重建都需要遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)及服務(wù)。災(zāi)害發(fā)生前后,都需要快速響應(yīng)獲取災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的數(shù)據(jù),并及時交付用于災(zāi)害發(fā)展的持續(xù)監(jiān)測。首選解決方案是高分辨率光學(xué)數(shù)據(jù)。
我國以往開展的災(zāi)害管理中采用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)多以國外數(shù)據(jù)為主[1-4]。雖然國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,但因成本過高、受數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)覆蓋能力等限制,調(diào)查的時效性往往相對滯后,難以真正實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)控。
資源一號02C衛(wèi)星于2011年12月22日成功發(fā)射并持續(xù)有效在軌運(yùn)行,我國基于國產(chǎn)衛(wèi)星的國產(chǎn)資源遙感調(diào)查與監(jiān)測步入業(yè)務(wù)化運(yùn)行階段。隨著資源三號、高分一號、高分二號、天繪一號等國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星的成功發(fā)射,我國衛(wèi)星對地觀測能力大幅提高,已初步形成對地觀測網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)有的國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)滿足1∶2.5萬至1∶5萬災(zāi)害遙感調(diào)查需求,可替代國外衛(wèi)星數(shù)據(jù),而且國產(chǎn)數(shù)據(jù)豐富、獲取方便、易于管控,適合開展地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)化應(yīng)用和災(zāi)害風(fēng)險管理。在汶川地震、玉樹地震、蘆山地震、岷縣-彰縣地震、西藏昌都地震、尼泊爾地震、新疆公格爾九別峰冰川移動、深圳滑坡等災(zāi)害發(fā)生后,第一時間利用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查、險情評估、搶險救災(zāi)等工作,為災(zāi)害應(yīng)急管理提供了重要支撐。
1. 自然災(zāi)害風(fēng)險管理概述
聯(lián)合國人道主義事務(wù)部(UNDHA)于1991年和1992年兩次正式公布了自然災(zāi)害風(fēng)險的定義,認(rèn)為風(fēng)險是在一定區(qū)域和給定時段內(nèi),由于某一自然災(zāi)害而引起的人們生命財產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動的期望損失值。之后,國內(nèi)外研究學(xué)者Smith(于1996年)、國際地科聯(lián)(IUGS)滑坡研究組、Tobin和Montz(于1997年)、Deyle(于1998年)、Hurst(于1998年)、黃崇福(于2001年)等分別提出了相應(yīng)的災(zāi)害風(fēng)險的概念。同時針對不同的災(zāi)害類型,如泥石流、滑坡、山洪、干旱、雪災(zāi)等災(zāi)種,提出了相應(yīng)的災(zāi)害風(fēng)險評價和風(fēng)險管理體系和框架,但基本沿用了圖1所示的范式。
確定自然災(zāi)害的基本風(fēng)險因素是災(zāi)害風(fēng)險的風(fēng)險辨識、風(fēng)險評價和風(fēng)險管理的重要基本步驟。自然災(zāi)害的基本風(fēng)險因素包括以下幾個方面:
1)自然孕災(zāi)環(huán)境要素:主要包括地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣候與水文條件、土壤植被條件、土地利用、人類活動等。
2)致災(zāi)因子要素(或激發(fā)要素):災(zāi)害類型不同,其致災(zāi)因子亦不同。如泥石流。
3)承載體要素:主要包括人口要素(人口分布、人口數(shù)量、人口密度等)、經(jīng)濟(jì)要素(國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值、人均產(chǎn)值、資產(chǎn)總值、土地價值等)、室內(nèi)財產(chǎn)等要素、房屋等建筑設(shè)施要素、生命線工程要素、農(nóng)林牧副漁等要素。
4)災(zāi)情要素:主要包括人口要素、經(jīng)濟(jì)要素、空間要素、時間要素和損失率要素等。
圖1 自然災(zāi)害風(fēng)險評價和管理范式
5)防災(zāi)減災(zāi)管理風(fēng)險要素主要包括防災(zāi)抗災(zāi)要素、減災(zāi)救災(zāi)要素、管理決策要素等。
自然災(zāi)害風(fēng)險管理涉及領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,需要跨學(xué)科共同協(xié)作。目前的研究和應(yīng)用水平尚不能完全滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)管理的需要,主要表現(xiàn)在國家和地區(qū)之間研究發(fā)展不平衡、理論研究非常薄弱、評價成果沒有得到充分的實(shí)踐應(yīng)用和災(zāi)害風(fēng)險管理的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法仍不成熟。
2.國產(chǎn)衛(wèi)星的應(yīng)用
(1)“一帶一路”成災(zāi)環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫共享平臺建設(shè)
構(gòu)建系統(tǒng)、大比例尺的自然災(zāi)害成災(zāi)環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫,深入認(rèn)識成災(zāi)機(jī)理是開展風(fēng)險分析、減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)。如何聯(lián)合“一帶一路”沿線國家,收集整理已有典型災(zāi)害資料,開展自然災(zāi)害調(diào)查,建立成災(zāi)環(huán)境背景數(shù)據(jù)共享平臺成為當(dāng)務(wù)之急。而國產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星提供了重要技術(shù)手段,能夠根據(jù)不同研究尺度,選擇合適的遙感影像,利用遙感判識技術(shù)獲取地形、地貌、地質(zhì)、土地利用、植被、氣象等關(guān)鍵自然要素,建立共享數(shù)據(jù)庫平臺。
(2)“一帶一路”沿線國家地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查
“一帶一路”有4塊地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)對工程建設(shè)影響較為突出,其中以中巴經(jīng)濟(jì)走廊地質(zhì)災(zāi)害問題最為突出?!敖z綢之路經(jīng)濟(jì)帶”穿越的高寒山區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造活躍、地形高差懸殊、氣候空間分異明顯,是地震、滑坡、泥石流等災(zāi)害的高發(fā)、易發(fā)區(qū)。如中巴(中國-巴基斯坦)、中伊土(中國-伊朗-土耳其)兩條經(jīng)濟(jì)走廊途徑的帕米爾高原段及新歐亞大陸橋穿天山段。除此之外,南亞也是山洪、泥石流、滑坡等災(zāi)害集中發(fā)育的區(qū)域;而中蒙俄經(jīng)濟(jì)走廊則以多年凍土災(zāi)害為主。
利用高分遙感影像進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查,能夠節(jié)約大量的人力物力。在進(jìn)行人機(jī)交互解譯的同時,如何針對不同遙感影像特征及地質(zhì)災(zāi)害的成像特點(diǎn),開展不同地質(zhì)災(zāi)害類型的定量判識與定量應(yīng)用分析,是今后此研究方向的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
(3)“一帶一路”沿線國家承載體分布遙感調(diào)查
承載體要素是災(zāi)害風(fēng)險評價的重要因素。承載體信息的獲取,除收集整理各國已有資料外,高分遙感影像判識技術(shù)能夠提取資源調(diào)查、交通干線分布、重大工程分布、生命線工程要素等信息,同時利用多時相影像,能夠?qū)χ攸c(diǎn)研究區(qū)的資源變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。
(4)不同研究尺度的災(zāi)害風(fēng)險評價研究
“一帶一路”涉及區(qū)域廣袤,首先需要從宏觀尺度對沿線國家的災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行全面分析。
厘清不同災(zāi)害類型的主要分布區(qū)域,編制“一帶一路”宏觀尺度的災(zāi)害危險性分區(qū)圖。利用遙感影像提取的承載體信息及災(zāi)情分布,編制宏觀易損性評估圖。在上述基礎(chǔ)上,根據(jù)風(fēng)險的定量計算方法,得到一帶一路沿線國家的總體災(zāi)害風(fēng)險評估圖。根據(jù)風(fēng)險評估圖,能夠進(jìn)一步明確災(zāi)害風(fēng)險研究的重要研究區(qū)域。根據(jù)研究重點(diǎn)和區(qū)域特征,進(jìn)行中比例、大比例的風(fēng)險分析,為“一帶一路”的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供詳細(xì)可靠的評估報告。
“一帶一路”的共建無疑給我國的國產(chǎn)衛(wèi)星行業(yè)帶來廣闊天地,同時也為推動“一帶一路”的戰(zhàn)略實(shí)施提供強(qiáng)有力的空間信息保障。另一方面,一帶一路也為我國構(gòu)建重大自然災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急防控體系提出了迫切需求,為協(xié)商建立多國協(xié)調(diào)的巨災(zāi)風(fēng)險防控信息共享與減災(zāi)聯(lián)動機(jī)制提供了契機(jī),促進(jìn)中國與“一帶一路”沿線各國的災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、救災(zāi)、減災(zāi)的科技合作。
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