遥感如何拯救地球

遥感如何拯救地球

2021-12-17 作者: xuzhiping 浏览: 685 次

摘要: 远程收集空间信息是了解和应对紧迫的人道主义和环境问题的有力手段。但是,多年来,由于遥感数据有限且难以获取,因此获取采取行动所需的信息具有挑战性。现在,随着新数据源、更快的分析和将结果提供给关键决策者的产品的结合,将遥感数据和工具用于广泛的应用变得切实可行。 遥...

远程收集空间信息是了解和应对紧迫的人道主义和环境问题的有力手段。但是,多年来,由于遥感数据有限且难以获取,因此获取采取行动所需的信息具有挑战性。现在,随着新数据源、更快的分析和将结果提供给关键决策者的产品的结合,将遥感数据和工具用于广泛的应用变得切实可行。

遥感在许多领域都很有价值,例如在考古学中检测废墟。然而,在本文中,我们关注的是空间信息如何帮助我们保护地球和应对气候变化。以下是几种用于检测和解决地球上不需要的变化的遥感应用:

灾害风险管理;生态与保育;森林消防行动;提高发展中国家的生活质量;土地覆盖;海洋资源;水土流失;城市增长监测。

灾害风险管理

根据联合国减少灾害风险办公室的定义,灾害风险管理和响应旨在“预防新的灾害风险,减少现有灾害风险并管理剩余风险,有助于加强抗灾能力和减少灾害损失”。

在全球范围内,极端天气事件正在增加,主要是由气候变化引起的。随着我们更好地追踪这些风暴,相关死亡人数正在减少,但仍有更多工作要做,官员们并没有忽视灾害风险管理的重要性。在仙台框架是在上减少灾害风险的第三届联合国世界会议在日本仙台,成立于2015年。其目的是到 2030 年通过七个组成部分 防止当前和新的灾害风险,包括减少死亡人数和受灾害影响的人数,以及提高“多灾种早期预警系统的可用性和可及性”。 ”

《国际宪章:空间与重大灾害》于 2000 年 11 月开始,由 17 个全球成员组成,其中包括美国地质调查局 (USGS) 和国家海洋和大气管理局 (NOAA)。其他合作伙伴,如 Planet 公司,通过提供遥感卫星数据并向消费者 提供洞察力来帮助实现宪章的使命。授权用户可以激活宪章,请求为重大灾害提供数据和支持。自成立以来,已为包括化工厂爆炸、火灾、洪水和石油泄漏在内的事件发起了 730 多次全球宪章活动。

在欧洲,欧盟委员会联合研究中心(JRC) 的研究人员 正在努力减轻灾害的影响,并在发生危机时提供援助。该团队依赖于全球人类住区层 (GHSL) 的使用,这是他们开发的一种工具,用于分析人们居住的卫星图像监测 及其迁移模式。了解与自然灾害路径相关的人们所处的位置 有助于研究人员预测人口将如何受到影响并尽最大努力减少损失。自然灾害发生后,可以查看破坏的图像,以确定最初最需要帮助的地方。

生态与保育

有很多机会将遥感和生态领域结合起来。随着工具的数量 和可访问性的水平,生态学家 Nicholas Murray 指出,现在是使用遥感数据进行生态研究的最佳时机。NASA、美国地质调查局和欧洲航天局都提供免费数据进行分析,同时也提供商业替代品。Murray 最近利用 Google 地球引擎 在不到一周的时间内查看了超过 700,000 张潮间带卫星图像,与之前必须依靠手动分析相比,能够更快地完成这项任务。

在最近的另一项研究中,生态学家使用美国橡树岭国家实验室 DAAC 的工具来检查安达曼群岛的植被。研究人员发现,在大象和梅花鹿被带入的地区,植物的生命恶化得更快。

遥感与保护规划之间有着密切的联系。LiDAR(光探测和测距) 有助于绘制珊瑚礁结构图并评估生活在那里的鱼类的数量和类型。每个栖息着大约 4,000 种鱼类以及许多其他物种,保护珊瑚礁非常重要,原因有很多:它们供应渔业;为旅游业提供吸引力;保护我们免受海浪、风暴和洪水的侵袭。

SmallSats 有可能彻底改变生态和保护工作。传统卫星主要用于该领域,但截至 2021 年 1 月已部署了 1,400 颗 纳米卫星,并且计划进行更多发射。纳米卫星比传统模型便宜,还提供高分辨率数据,生态学家和保护生物学家可能更容易获得这些数据。更重要的是,纳米卫星将比传统卫星更频繁地通过,允许连续跟踪。

森林消防行动

虽然野火可以归类为自然灾害,但只有10%是自然灾害。由于收集数据通常是危险的或不可能的,因此遥感在消防工作 中至关重要。NASA 和美国林务局使用飞机和无人机上的传感器 来跟踪火灾,并通过考虑风等变量来预测火焰接下来的走向。遥感数据还允许研究人员在比地面更大的范围内监测区域。

提高发展中国家的生活质量

遥感可用于帮助发展中国家,包括扩大电力供应。地球观测有助于评估当前的公用事业;评估人口密度以确定需求;规划电网基础设施,尽量减少对人口、道路和地理的影响。

另一个优势是开放获取遥感数据通常比地面数据便宜。其中一个示例是遥感“夜间灯光”。NASA 的开放获取 Black Marble 产品允许研究人员过滤掉月球并查看人造光,以便他们能够查看现有的人口中心和电力系统。

土地覆盖

环境遥感,包括监测土地覆盖—水、土壤、植被等,以及它如何随时间变化对于跟踪人类对环境的影响 以及自然变化非常重要。查看这些数据可以帮助管理 人员决定最需要保存和保护的区域。

示例之一是美国宇航局地球观测站随时间为内华达州的 沃克湖制作的卫星图像。在过去的 100 年里,由于“不可持续的灌溉方式以及与气候变化相关的极端干旱” ,该湖已经减少了 90% 的水量。Lahontan残酷的鳟鱼现在无法生活在那里。

与依赖地面数据相比,卫星图像减少了收集这些信息所需的成本和时间。

海洋资源

海洋遥感的一种用途是跟踪海冰水平的变化。由于空气和海洋温度升高,格陵兰和南极冰盖正在迅速融化。根据 NASA 的ICESat 和 ICESat-2捕获的数据,2003 年至 2019 年期间,这两个地区有超过 5,000 亿吨的冰融化,导致海平面上升 14 毫米。为了帮助人们正确看待 1 亿吨的规模,NPR 指出它“足以填满 400,000 个 奥运会规格的游泳池”。

科学家们继续监测来自 ICESat-2 的数据,以帮助确定液化冰的时间表及其对全球海岸线的影响。不断缩小的冰层还以多种其他方式影响地球,包括危及北极熊和雪鸮等野生动物、释放气候变暖的甲烷以及开辟更多的水路。

遥感技术还可以监测海洋环流和温度。Suomi NPP 卫星 上的可见红外成像辐射计套件 (VIIRS) 仪器由 Raytheon Intelligence & Space 创建,每天提供海洋温度读数。这些知识可以帮助科学家为厄尔尼诺和拉尼娜气候模式做准备,以及对抗对海洋生物的影响。

水土流失

来自遥感的土壤侵蚀数据可以为减轻土壤流失的努力提供信息。土壤侵蚀的影响包括洪水泛滥,以及受污染的水道增加。美国农业部提供有关使用遥感进行土壤调查的培训。

在全国合作土壤调查(NCSS)追求数字土壤制图,以“方便快速清点,重新清点,而土地的基于项目的管理在不断变化的环境。” 数字土壤图使用由像素组成的栅格层,而不是矢量图像,使土壤科学家能够对土地进行更精确的描绘。使用机器学习模型,对收集的地理空间数据进行排序以帮助识别空间模式。

GeoOptics 还将通过在 2022 年至 2027 年推出大约 50 个 新的小型卫星(CICERO-2,蜂窝地球远程观测社区倡议)做出贡献。这些卫星将为政府和商业客户收集有关土壤湿度和其他环境条件的数据。

土壤成分数据对农民也很重要。无人机提供有关土壤条件的信息,因此农民可以确定如何耕种土地,从而采取积极的农业方法。农民还可以利用这些数据来确定哪些新作物会茁壮成长 以及它们应该种植在土地的哪个位置。

城市增长监测

了解城市化如何改变环境,以及确定减轻影响的方法,是一个重要的研究领域。据估计,到 2050 年,世界上近70%的人口将居住在城市中。遥感工具可用于监测不断变化的景观。

一项研究追踪了 1973 年至 2014 年沙特阿拉伯吉达的增长情况。结果表明,在 41 年的时间里,城市扩张超过 68 英里,影响了土地利用,但对地表温度没有重大影响。

污染是发展中城市的另一个问题。虽然它们只占地球表面的不到 2%,但城市要为超过60% 的温室气体的产生负责。美国的几个城市,包括洛杉矶、新奥尔良、纽约市和匹兹堡,已承诺使用可再生能源而不是化石燃料。VIIRS 除了监测海洋温度外,还可用于跟踪空气质量并计算随时间的变化。

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