環境健康遙感研究室

一、環境健康遙感診斷的概念
    “環境健康遙感”是指利用多源遙感數據實現對影響環境健康因子的宏觀把握,并對環境健康進行綜合評價,從而有效地分析全球及區域尺度環境健康的時空特征及其發生與演化的驅動機制,客觀評價重點區域的環境健康狀況。
曹春香研究員根據人類健康的理論提出了“環境健康”的概念,把對待環境問題提到像對待人類健康問題一樣的重視高度。人類的健康問題,我們可以到醫院看醫生,醫院里通過各種現代化的設備對人類健康狀況進行判斷,這個過程稱為“健康診斷”。那么環境健康問題,該如何去把握、判斷,使用什么方法,如何為解決環境問題提供一個迅捷、可靠、經濟的判斷依據,基于此曹春香研究員面向全球在2011年召開的首屆“環境健康遙感診斷”國際學術研討會上首次提出了“環境健康遙感診斷”的概念并推動建立“環境健康遙感診斷”交叉學科方向。
    “環境健康遙感診斷”的提出把環境健康與遙感技術有機地結合到一起,使傳統的環境健康評價技術產生根本性變革,推動了環境健康研究從定性到定量、從靜態到動態、從簡單描述到綜合評價、從單一尺度到尺度的發展,在很大程度上改變了環境健康研究的方法,為環境健康研究提供了極為有效的評判工具。

二、環境健康遙感診斷學科發展
    為了科學規范“環境健康遙感診斷”學科發展,產出更多原創性科研成果,環境健康遙感研究團隊從生態環境健康狀況、大氣健康狀況、水體健康狀況、災害影響程度及人類活動狀況5個方面著手構建了環境健康遙感診斷指標體系,并圍繞環境健康遙感診斷研究中的科學問題及關鍵技術,在森林健康遙感診斷、濕地健康遙感診斷、大氣健康遙感診斷、人類活動遙感診斷4個研究方向取得了卓越的成果。

                                                                                圖1 環境健康遙感診斷指標體系

                                                                              圖2 環境健康遙感診斷當前重點聚焦方向
    森林健康方面,基于光學、激光雷達和SAR等主被動多源遙感數據實現了森林樹高、胸徑、冠幅、郁閉度、葉面積指數和生物量等參數的高精度反演和估算;以大興安嶺森林火災為例,對災后植被恢復狀況進行了遙感診斷和評價;以櫟樹猝死病為例,對森林病蟲害在中國的適生性以及爆發風險進行了預測預警;針對內蒙古5大沙漠和5大沙地區荒漠化狀況進行了遙感動態監測,并分析了其變化趨勢,為森林健康診斷和森林資源可持續利用提供了技術支撐。
    濕地健康方面,從濕地生態系統健康、功能、價值三個方面選取了13個一級指標和28個二級指標,構建了科學、合理、可操作性強的濕地生態系統評價指標體系,并在全國范圍內圍繞濕地面積提取、濕地生態系統健康評價及濕地針對旱澇災害的響應分析等開展了一系列示范應用,形成了可用于實際操作的《指標體系》和《技術手冊》,填補了我國濕地生態系統定量監測診斷領域的空白。
    大氣健康方面,結合多源遙感和地面數據綜合分析北京沙塵暴期間氣溶膠光學特性和氣象參數的變化;首次基于衛星氣溶膠產品對比分析空氣污染指數和空氣質量指數;估算了北京中心區域長時間序列PM2.5,以及由于長期暴露于PM2.5的過早死亡數。大氣健康遙感診斷使大氣監測從局部走向宏觀,從地面升到空中。
    人類活動方面,圍繞全球重大傳染病疫情的監測與預警,在禽流感時空傳播風險預測、中國霍亂發病危險分區、鼠疫疫源地劃分、手足口病環境危險要素分析、地震災區傳染病爆發風險評估、甲流感全球早期傳播模擬等方面做了大量應用研究,研發了傳染病可視化與預測預警系列軟件,為公共衛生應急響應提供了空間信息技術支撐服務。
    基于以上科研成果的基礎,團隊圍繞研究方向開展了全面深入的建設工作:

                                                                                   圖3 圍繞研究方向的建設工作

    積極挖掘國內外遙感基礎研究及應用領域的知名專家的潛力,本著協同拉動團隊成員面向產出國際一流的科研成果而努力工作的原則,構建一支環境健康遙感診斷研究的國際頂尖團隊。

                                                                                   圖4 “環境健康遙感診斷”研究國際頂尖團隊
    與科學出版社簽訂《環境健康遙感診斷》、《環境健康遙感診斷指標體系》、《環境健康遙感診斷關鍵技術》、《環境健康遙感診斷系統》、《全球環境健康遙感診斷》、《中國環境健康遙感診斷》系列專著,其中第1本《環境健康遙感診斷》已于2013年出版,其余五本也將陸續推出。

    在《Science China-Earth Sciences》(中國科學D輯)上組織專刊“Key technologies in application of HJ-1A/B satellite Data(HJ-1A/B衛星應用關鍵技術研究)”;在《International Journal of Remote Sensing》(國際遙感)上組織專刊“Prior knowledge-based retrieval and validation of information from remote-sensing data at various scales(基于先驗知識的多尺度遙感定量反演及驗證)”。

    在2011-2015年連續主辦5屆“環境健康遙感診斷”國際學術會議,推動了環境健康遙感診斷交叉學科的發展和國際人才團隊的建設。

    近5年來,團隊先后承擔了國家重大專項、973、863、民用航天預研項目等項目20項,橫跨了遙感領域的所有國家級科研項目類型,為我國遙感科技發展做出了相應的貢獻。獲得軟件著作權7項,申請發明專利6項,面向國家重大戰略需求提出的建議報告中有4份得到省部級以上領導批示,獲得遼寧林業科學技術一等獎(2014)、國家林業局調查規劃設計院優秀成果一等獎、鞍山市科技進步一等獎(2013)各1項。團隊在數據積累、硬件設備研發、應用軟件研建、科研項目承擔和成果產出方面取得了顯著成績。

    “環境健康遙感診斷”團隊領軍人曹春香研究員已在本土培養研究生20余名,其中博士后2名,獲得博士學位11名,獲得碩士學位3名,畢業學生均去往中國科學院系統、國家航天部門、國家林業系統工作;招收來自泰國、尼泊爾、巴基斯坦留學生7名,與美國波士頓大學、德國馬普學會、日本京都大學、福井大學、北海道大學等國際知名高校和學術機構均有學生交換交流合作;畢業及在讀研究生獲得獎勵包括中國科學院院長獎學金1人,中國科學院所長獎學金 2人,中國科學院研究生院優秀畢業生稱號2人,中國科學院大學三好學生稱號7人,遙感所三好學生標兵1人。

三、環境健康遙感未來發展展望
    為了響應白春禮院長在中科院2014年度工作會議上提出的“中科院要以實施‘率先行動’計劃為主線,著力提升創新能力,服務創新驅動發展;著力深入推進改革,激發創新發展活力;著力強化統籌協調,促進事業全面發展”的要求,這支年輕的國際研究團隊擬從虛擬走向現實,以公共衛生領域空間信息技術應用研究中心作為主要研究載體,通過整合現有的環境健康遙感領域軟硬件資源,并為進一步發揮空間信息技術、生態環境、公共衛生等領域杰出專家學者及青年人才的主觀能動性創造良好平臺,已向上級主管部門建議成立“國家環境健康遙感診斷中心”。“國家環境健康遙感診斷中心”將綜合利用空間信息技術對絲綢之路經濟帶進行空間認知,實現區域環境信息資源共享,為該區域環境保護與可持續發展提供空間技術支持和保障;同時致力于東南亞傳染病疫情時空傳播分析與模擬研究,建立災后傳染病預測預警系統,為東南亞各國公共衛生應急響應提供技術支持;整合我國現有的環境健康相關遙感、地理、環境、公共衛生歷史及現狀數據,形成綜合性更強的“環境健康大數據”,為推動我國“大數據時代”的環境健康遙感診斷研究起先行表率作用。

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