文 ∣ 郭朝輝 鄧佳楠 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

一、Charter概況

空間與重大災(zāi)害國(guó)際憲章（International Charter Space and Major Disasters，Charter）是 1999年聯(lián)合國(guó)在維也納召開的第三屆和平利用外層空間會(huì)議之后，由歐洲航天局（ESA）、法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）和加拿大航天局（CSA）于1999年共同發(fā)起，2000年11月1日正式開始運(yùn)行的國(guó)際減災(zāi)合作機(jī)制，是當(dāng)今世界最為成功運(yùn)行的國(guó)際減災(zāi)組織之一。

Charter是一個(gè)不斷發(fā)展壯大的國(guó)際減災(zāi)組織，當(dāng)前共有歐洲航天局、法國(guó)國(guó)家空間研究中心、加拿大航天局、印度空間研究組織（ISRO）、美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局（NOAA）、阿根廷國(guó)家空間委員會(huì)（CONAE）、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、英國(guó)國(guó)家航天局（UKSA）、中國(guó)國(guó)家航天局（CNSA）、德國(guó)宇航中心（DLR）、韓國(guó)航空宇宙研究院（KARI）、巴西國(guó)家空間研究院（INPE）、歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）、俄羅斯聯(lián)邦航天局（ROSCOSMOS）、委內(nèi)瑞拉空間局（ABAE）、阿聯(lián)酋空間局（UAESA）17名正式成員，涵蓋了當(dāng)今世界主要航天強(qiáng)國(guó)或擁有較強(qiáng)陸地觀測(cè)衛(wèi)星資源的國(guó)家和組織。當(dāng)前可共享60余顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)資源。

自2000年正式運(yùn)作以來，Charter針對(duì)發(fā)生在世界范圍內(nèi)的洪水、地震、森林火災(zāi)、颶風(fēng)、火山噴發(fā)等重大突發(fā)性自然災(zāi)害實(shí)施了600余次遙感應(yīng)急監(jiān)測(cè)行動(dòng)，向140多個(gè)遭受重大自然災(zāi)害影響的國(guó)家或地區(qū)無償提供了衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、信息和服務(wù)，以協(xié)助受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)測(cè)、評(píng)估及災(zāi)害管理決策，最大程度地減輕災(zāi)害造成的損失。在這600余次應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)中，25次為我國(guó)發(fā)生并啟動(dòng)的災(zāi)害請(qǐng)求，包括淮河洪水、汶川地震、玉樹地震、甘肅舟曲泥石流、四川雅安蘆山縣地震、馬航MH370失聯(lián)、東北水災(zāi)、江蘇龍卷風(fēng)等重大災(zāi)害，我國(guó)得到了大量的國(guó)外遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)支持，從中充分受益。

二、我國(guó)加入Charter及對(duì)外提供的陸地觀測(cè)衛(wèi)星資源

2007年5月，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，中國(guó)國(guó)家航天局正式加入Charter組織，成為該機(jī)構(gòu)的第10個(gè)成員。這就意味著我國(guó)在發(fā)生重大自然災(zāi)害期間，可以獲得Charter其他成員值班衛(wèi)星的數(shù)據(jù)支援的同時(shí)，還應(yīng)履行加入Charter組織的承諾，利用我國(guó)提供給Charter的衛(wèi)星資源為世界減災(zāi)救災(zāi)提供服務(wù)。

按照中國(guó)國(guó)家航天局的安排，中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心承擔(dān)了“空間資源機(jī)構(gòu)”（PA）職責(zé)，即在世界重大自然災(zāi)害發(fā)生期間，響應(yīng)Charter輪值緊急事務(wù)官（ECO）的衛(wèi)星數(shù)據(jù)需求通知，在國(guó)家航天局的業(yè)務(wù)指導(dǎo)下，應(yīng)急安排調(diào)度我國(guó)加入Charter組織的衛(wèi)星資源對(duì)災(zāi)區(qū)成像并及時(shí)對(duì)外提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)。

2013年以前，我國(guó)為Charter提供服務(wù)的衛(wèi)星資源主要為中巴地球資源衛(wèi)星02B星（CBERS-02B）和實(shí)踐九號(hào)A衛(wèi)星（SJ-9A），衛(wèi)星數(shù)量及服務(wù)能力與其他發(fā)達(dá)國(guó)家（或機(jī)構(gòu)）相比明顯不足，為世界減災(zāi)救災(zāi)提供的服務(wù)相對(duì)較少，與我國(guó)航天大國(guó)的地位不相稱。

隨著我國(guó)高分系列衛(wèi)星的陸續(xù)發(fā)射，高分一號(hào)（GF-1）、高分二號(hào)（GF-2）、高分三號(hào)（GF-3）及高分四號(hào)（GF-4）相繼加入Charter，成為災(zāi)害發(fā)生期間為Charter提供服務(wù)的衛(wèi)星資源。我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星加入Chater時(shí)間及主要參數(shù)見表1。

表1 我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星加入日期及主要參數(shù)

從空間分辨率的角度來講，我國(guó)為Charter提供服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源涵蓋了亞米級(jí)（0.8）、米級(jí)（2m、3.2m、8m）和十幾米至幾百米空間分辨率區(qū)間，適應(yīng)監(jiān)測(cè)的災(zāi)害類型更為廣泛；從傳感器類型來說，覆蓋了光學(xué)和雷達(dá)，可以全天候應(yīng)對(duì)極端天氣下的災(zāi)害監(jiān)測(cè)，為世界減災(zāi)提供服務(wù)的能力大為提高。

三、Charter響應(yīng)的災(zāi)害類型及高分系列衛(wèi)星的需求適用

1.不同災(zāi)害對(duì)衛(wèi)星圖像的需求

Charter可以響應(yīng)的自然災(zāi)害類型包括：地震、洪水、滑坡、海冰、雪災(zāi)、暴風(fēng)雨/颶風(fēng)、海嘯、火山噴發(fā)和森林火災(zāi)，同時(shí)也對(duì)人為造成的災(zāi)害比如海洋溢油和工業(yè)事件進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)。一般來說，不同的災(zāi)害類型具有不同的特點(diǎn)，也對(duì)衛(wèi)星圖像有不同的要求（表2）。

表2 主要災(zāi)害類型的特點(diǎn)及衛(wèi)星圖像需求

2.高分系列衛(wèi)星適用的災(zāi)害監(jiān)測(cè)

高分系列衛(wèi)星搭載的載荷不同，可適用于不同的災(zāi)害監(jiān)測(cè)。

高分一號(hào)衛(wèi)星PMS相機(jī)具有2m分辨率全色和8m分辨率多光譜譜段，可在一般的災(zāi)害，特別是對(duì)空間分辨率要求不是特別高的災(zāi)害類型或地物監(jiān)測(cè)中均可發(fā)揮作用。另外高分一號(hào)衛(wèi)星還搭載了幅寬為800km、空間分辨率為16m的WFV相機(jī)，可在對(duì)空間分辨率要求相對(duì)較低，受災(zāi)范圍較大、或?qū)χ卦L要求較快的災(zāi)害，比如森林火災(zāi)（中期跟蹤）、海冰、海嘯、暴風(fēng)雨/颶風(fēng)（晴天后）等災(zāi)害的跟蹤監(jiān)測(cè)中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

高分二號(hào)衛(wèi)星PMS相機(jī)具有0.8m空間分辨率全色和3.2m空間分辨率多光譜譜段，可以在對(duì)空間分辨率要求很高的災(zāi)害監(jiān)測(cè)，如地震、滑坡、火山噴發(fā)、暴風(fēng)雨/颶風(fēng)（晴天后）、森林火災(zāi)（特別是災(zāi)后評(píng)估）、海嘯災(zāi)害的監(jiān)測(cè)中發(fā)揮作用，發(fā)現(xiàn)和提取更多的細(xì)節(jié)信息。

高分三號(hào)衛(wèi)星具有12種成像模式，空間分辨率從1m到500m。目前可為Charter提供服務(wù)的模式僅限于滑動(dòng)聚束（1m）、超精細(xì)條帶（3m）、精細(xì)條帶1（5m）、精細(xì)條帶2（10m）、標(biāo)準(zhǔn)條帶（25m）5種成像模式，可在地震、洪水、暴風(fēng)雨/颶風(fēng)、滑坡、海洋溢油、海冰、火山噴發(fā)災(zāi)害中發(fā)揮重要作用。

高分四號(hào)衛(wèi)星為地球同步軌道，搭載了一臺(tái)可見光50m/中波紅外400m分辨率、大于400km幅寬的凝視相機(jī)，采用面陣凝視方式成像，具備可見光、多光譜和紅外成像能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中國(guó)及周邊臨近地區(qū)的快速觀測(cè)。高分四號(hào)衛(wèi)星具備高時(shí)間分辨率和較高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)，可在森林火災(zāi)（早期火點(diǎn)紅外探測(cè)及中期火場(chǎng)態(tài)勢(shì)跟蹤）、雪災(zāi)、洪澇、暴風(fēng)雨/颶風(fēng)（監(jiān)測(cè)颶風(fēng)/臺(tái)風(fēng)中心位置及路線）及海冰等災(zāi)害中發(fā)揮作用。

四、高分系列衛(wèi)星的災(zāi)害監(jiān)測(cè)應(yīng)用

在高分一號(hào)衛(wèi)星加入Charter（2014年10月）以前，由于衛(wèi)星數(shù)量、空間分辨率及成像能力的限制，我國(guó)為世界減災(zāi)救災(zāi)提供的遙感衛(wèi)星圖像數(shù)量較少。隨著高分系列衛(wèi)星的相繼加入，我國(guó)對(duì)外助力減災(zāi)救災(zāi)的能力大大增強(qiáng)。2007～2013年，我國(guó)有效響應(yīng)災(zāi)害次數(shù)8起，提供衛(wèi)星圖像33景；2014年至今，有效響應(yīng)災(zāi)害次數(shù)55起，提供衛(wèi)星圖像442景。高分系列衛(wèi)星陸續(xù)加入Charter的5年，無論是有效響應(yīng)國(guó)際災(zāi)害次數(shù)，還是提供衛(wèi)星圖像數(shù)量，都大幅增加，其中提供衛(wèi)星圖像數(shù)量甚至是前五年的十倍以上。

從災(zāi)害類型上分析，我國(guó)有效響應(yīng)的60多起自然災(zāi)害覆蓋了森林火災(zāi)、洪水、地震、暴風(fēng)雨/颶風(fēng)/臺(tái)風(fēng)、海嘯、火山噴發(fā)、滑坡等常見的自然災(zāi)害；在地域上，涵蓋了歐洲、亞洲、非洲、北美洲、南美洲和大洋洲，涉及全球36個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

以下為我國(guó)衛(wèi)星在國(guó)際減災(zāi)救災(zāi)中的具體應(yīng)用實(shí)例。

（1）監(jiān)測(cè)俄羅斯森林火災(zāi)

2015年8月，應(yīng)急響應(yīng)Charter監(jiān)測(cè)俄羅斯森林火災(zāi)請(qǐng)求，安排調(diào)度我國(guó)高分一號(hào)衛(wèi)星對(duì)災(zāi)區(qū)成像。高分一號(hào)WFV傳感器具有800km的幅寬和快速重訪能力，在本次災(zāi)害中發(fā)揮了重要作用。圖1為高分一號(hào)衛(wèi)星俄羅斯火災(zāi)監(jiān)測(cè)成果圖。

圖1 高分一號(hào)衛(wèi)星俄羅斯火災(zāi)監(jiān)測(cè)成果圖（圖片來源：Charter官方網(wǎng)站）

（2）監(jiān)測(cè)美國(guó)夏威夷火山噴發(fā)

2018年5月，應(yīng)急響應(yīng)Charter監(jiān)測(cè)美國(guó)夏威夷火山噴發(fā)請(qǐng)求，安排調(diào)度我國(guó)高分二號(hào)衛(wèi)星對(duì)災(zāi)區(qū)成像，并成功獲取和提供了夏威夷火山區(qū)域圖像。從美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局制作的成果圖可見，火山噴發(fā)位置及周圍區(qū)域清晰可見（圖2）。

圖2 高分二號(hào)衛(wèi)星美國(guó)夏威夷火山噴發(fā)監(jiān)測(cè)成果圖（圖片來源：Charter官方網(wǎng)站）

（3）監(jiān)測(cè)美國(guó)颶風(fēng)

2017年8月的美國(guó)哈維（Harvey）颶風(fēng)災(zāi)害中，我國(guó)的高分二號(hào)衛(wèi)星拍攝的颶風(fēng)經(jīng)過以后的清晰圖像（圖3），為美國(guó)監(jiān)測(cè)該區(qū)域的洪水提供了技術(shù)支持，災(zāi)害監(jiān)測(cè)成果圖曾被德克薩斯州用來進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估。

圖3 高分二號(hào)衛(wèi)星美國(guó)哈維 （Harvey） 颶風(fēng)監(jiān)測(cè)成果圖（圖片來源：Charter官方網(wǎng)站）

五、展望

目前我國(guó)加入Charter組織的衛(wèi)星數(shù)量及種類越來越多，提供衛(wèi)星圖像數(shù)量大大增加，災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力越來越強(qiáng)?？梢灶A(yù)見，這一趨勢(shì)在今后還將持續(xù)，我國(guó)在國(guó)際災(zāi)害救援領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越大的作用，這勢(shì)必將進(jìn)一步提升中國(guó)航天的國(guó)際影響力。