环境健康遥感研究室

一、环境健康遥感诊断的概念
    “环境健康遥感”是指利用多源遥感数据实现对影响环境健康因子的宏观把握,并对环境健康进行综合评价,从而有效地分析全球及区域尺度环境健康的时空特征及其发生与演化的驱动机制,客观评价重点区域的环境健康状况。
曹春香研究员根据人类健康的理论提出了“环境健康”的概念,把对待环境问题提到像对待人类健康问题一样的重视高度。人类的健康问题,我们可以到医院看医生,医院里通过各种现代化的设备对人类健康状况进行判断,这个过程称为“健康诊断”。那么环境健康问题,该如何去把握、判断,使用什么方法,如何为解决环境问题提供一个迅捷、可靠、经济的判断依据,基于此曹春香研究员面向全球在2011年召开的首届“环境健康遥感诊断”国际学术研讨会上首次提出了“环境健康遥感诊断”的概念并推动建立“环境健康遥感诊断”交叉学科方向。
    “环境健康遥感诊断”的提出把环境健康与遥感技术有机地结合到一起,使传统的环境健康评价技术产生根本性变革,推动了环境健康研究从定性到定量、从静态到动态、从简单描述到综合评价、从单一尺度到尺度的发展,在很大程度上改变了环境健康研究的方法,为环境健康研究提供了极为有效的评判工具。

二、环境健康遥感诊断学科发展
    为了科学规范“环境健康遥感诊断”学科发展,产出更多原创性科研成果,环境健康遥感研究团队从生态环境健康状况、大气健康状况、水体健康状况、灾害影响程度及人类活动状况5个方面着手构建了环境健康遥感诊断指标体系,并围绕环境健康遥感诊断研究中的科学问题及关键技术,在森林健康遥感诊断、湿地健康遥感诊断、大气健康遥感诊断、人类活动遥感诊断4个研究方向取得了卓越的成果。

                                                                                图1 环境健康遥感诊断指标体系

                                                                              图2 环境健康遥感诊断当前重点聚焦方向
    森林健康方面,基于光学、激光雷达和SAR等主被动多源遥感数据实现了森林树高、胸径、冠幅、郁闭度、叶面积指数和生物量等参数的高精度反演和估算;以大兴安岭森林火灾为例,对灾后植被恢复状况进行了遥感诊断和评价;以栎树猝死病为例,对森林病虫害在中国的适生性以及爆发风险进行了预测预警;针对内蒙古5大沙漠和5大沙地区荒漠化状况进行了遥感动态监测,并分析了其变化趋势,为森林健康诊断和森林资源可持续利用提供了技术支撑。
    湿地健康方面,从湿地生态系统健康、功能、价值三个方面选取了13个一级指标和28个二级指标,构建了科学、合理、可操作性强的湿地生态系统评价指标体系,并在全国范围内围绕湿地面积提取、湿地生态系统健康评价及湿地针对旱涝灾害的响应分析等开展了一系列示范应用,形成了可用于实际操作的《指标体系》和《技术手册》,填补了我国湿地生态系统定量监测诊断领域的空白。
    大气健康方面,结合多源遥感和地面数据综合分析北京沙尘暴期间气溶胶光学特性和气象参数的变化;首次基于卫星气溶胶产品对比分析空气污染指数和空气质量指数;估算了北京中心区域长时间序列PM2.5,以及由于长期暴露于PM2.5的过早死亡数。大气健康遥感诊断使大气监测从局部走向宏观,从地面升到空中。
    人类活动方面,围绕全球重大传染病疫情的监测与预警,在禽流感时空传播风险预测、中国霍乱发病危险分区、鼠疫疫源地划分、手足口病环境危险要素分析、地震灾区传染病爆发风险评估、甲流感全球早期传播模拟等方面做了大量应用研究,研发了传染病可视化与预测预警系列软件,为公共卫生应急响应提供了空间信息技术支撑服务。
    基于以上科研成果的基础,团队围绕研究方向开展了全面深入的建设工作:

                                                                                   图3 围绕研究方向的建设工作

    积极挖掘国内外遥感基础研究及应用领域的知名专家的潜力,本着协同拉动团队成员面向产出国际一流的科研成果而努力工作的原则,构建一支环境健康遥感诊断研究的国际顶尖团队。

                                                                                   图4 “环境健康遥感诊断”研究国际顶尖团队
    与科学出版社签订《环境健康遥感诊断》、《环境健康遥感诊断指标体系》、《环境健康遥感诊断关键技术》、《环境健康遥感诊断系统》、《全球环境健康遥感诊断》、《中国环境健康遥感诊断》系列专著,其中第1本《环境健康遥感诊断》已于2013年出版,其余五本也将陆续推出。

    在《Science China-Earth Sciences》(中国科学D辑)上组织专刊“Key technologies in application of HJ-1A/B satellite Data(HJ-1A/B卫星应用关键技术研究)”;在《International Journal of Remote Sensing》(国际遥感)上组织专刊“Prior knowledge-based retrieval and validation of information from remote-sensing data at various scales(基于先验知识的多尺度遥感定量反演及验证)”。

    在2011-2015年连续主办5届“环境健康遥感诊断”国际学术会议,推动了环境健康遥感诊断交叉学科的发展和国际人才团队的建设。

    近5年来,团队先后承担了国家重大专项、973、863、民用航天预研项目等项目20项,横跨了遥感领域的所有国家级科研项目类型,为我国遥感科技发展做出了相应的贡献。获得软件著作权7项,申请发明专利6项,面向国家重大战略需求提出的建议报告中有4份得到省部级以上领导批示,获得辽宁林业科学技术一等奖(2014)、国家林业局调查规划设计院优秀成果一等奖、鞍山市科技进步一等奖(2013)各1项。团队在数据积累、硬件设备研发、应用软件研建、科研项目承担和成果产出方面取得了显著成绩。

    “环境健康遥感诊断”团队领军人曹春香研究员已在本土培养研究生20余名,其中博士后2名,获得博士学位11名,获得硕士学位3名,毕业学生均去往中国科学院系统、国家航天部门、国家林业系统工作;招收来自泰国、尼泊尔、巴基斯坦留学生7名,与美国波士顿大学、德国马普学会、日本京都大学、福井大学、北海道大学等国际知名高校和学术机构均有学生交换交流合作;毕业及在读研究生获得奖励包括中国科学院院长奖学金1人,中国科学院所长奖学金 2人,中国科学院研究生院优秀毕业生称号2人,中国科学院大学三好学生称号7人,遥感所三好学生标兵1人。

三、环境健康遥感未来发展展望
    为了响应白春礼院长在中科院2014年度工作会议上提出的“中科院要以实施‘率先行动’计划为主线,着力提升创新能力,服务创新驱动发展;着力深入推进改革,激发创新发展活力;着力强化统筹协调,促进事业全面发展”的要求,这支年轻的国际研究团队拟从虚拟走向现实,以公共卫生领域空间信息技术应用研究中心作为主要研究载体,通过整合现有的环境健康遥感领域软硬件资源,并为进一步发挥空间信息技术、生态环境、公共卫生等领域杰出专家学者及青年人才的主观能动性创造良好平台,已向上级主管部门建议成立“国家环境健康遥感诊断中心”。“国家环境健康遥感诊断中心”将综合利用空间信息技术对丝绸之路经济带进行空间认知,实现区域环境信息资源共享,为该区域环境保护与可持续发展提供空间技术支持和保障;同时致力于东南亚传染病疫情时空传播分析与模拟研究,建立灾后传染病预测预警系统,为东南亚各国公共卫生应急响应提供技术支持;整合我国现有的环境健康相关遥感、地理、环境、公共卫生历史及现状数据,形成综合性更强的“环境健康大数据”,为推动我国“大数据时代”的环境健康遥感诊断研究起先行表率作用。

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