衛星遙感，揭秘全球夜光

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據中國科學院消息，中科院空天信息研究院中國遙感衛星地面站博士江威等首次利用國產「珞珈一號」夜光遙感衛星數據，開展了夜光污染調查工作，未來結合地面調查數據，可開展全球高解析度夜光污染製圖研究。

全球夜光分布圖

上世紀70年代開始夜光遙感監測

隨著社會經濟的發展，夜間照明設施逐漸普及。夜晚燈光的強弱，直接彰顯了人類活動區域的發達程度。基於這個特點，夜光遙感的作用開始凸顯。

簡單地說，夜光遙感就是利用遙感技術從太空觀測夜間地球的光芒。夜光遙感最早起源於上世紀70年代美國軍事氣象衛星計劃，該計劃的初衷是希望捕捉夜間雲層反射的微弱月光，從而獲取夜間雲層分布信息，但意外發現該衛星可以捕捉到無雲情況下夜間城市區域發光。

科研人員意識到了這一作用，通過對每天衛星採集的影像進行合成處理，研製出了無雲的夜光遙感數據，這個數據被全球的科學家廣泛應用，從而促使夜光遙感逐漸成為遙感領域發展活躍的一個分支。

世界上第一顆夜光衛星(DMSP-OLS)是由美國國防部主導發射，而後該系列衛星一直延續到2013年，提供了迄今最長時間序列(1992年-2013年)的年度夜光遙感數據。

隨著NPP-VIIRS衛星2011年發射成功，該衛星能夠獲取新的夜光遙感影像，空間解析度也提高到500米左右，而且發布了月度合成產品。這兩個夜光數據由美國海洋大氣局開展處理分發，並免費開放獲取，這樣就促使更多科學家加入到了夜光遙感研究中，並不斷拓展其應用領域。

除了這兩套夜光遙感數據，美國、阿根廷、以色列等國的衛星及國際空間站也能獲取夜光遙感衛星數據，但這些數據較少，且不易獲取。

近年來我國頻頻發射夜光遙感衛星，突破了夜光遙感數據源依賴國外的局面，其中「吉林一號」是國內首顆能夠獲取夜光影像的商業衛星，其解析度可達到亞米級，而今年6月成功發射的「珞珈一號」是我國首顆專業夜光遙感衛星，理論上15天就能獲取一期全球較高解析度的夜光影像。

「一帶一路」沿線夜光合成圖

夜光遙感影像直接彰顯人類活動

相比於大多數白天成像的可見光衛星和雷達衛星，夜光遙感衛星通過獲取地表發射的可見光-近紅外電磁波信息，主要反映的是地表人類活動狀況，最主要的是人類夜間燈光照明，同時也包括石油天然氣燃燒、海上漁船燈光、森林火災以及火山爆發等來源。

相比於普通的遙感衛星影像，夜光遙感能夠提供以人類活動為中心的獨特視角，能夠直接揭示地表人類活動的潛在規律，因此在社會科學領域有廣泛的應用。

例如，科研人員利用夜光遙感影像所直觀反映的社會經濟發展差異，進行社會經濟參量估算。利用DMSP-OLS時序夜光遙感合成全球夜光圖，其中白色亮區為經濟發展水平較高區域，而黑色則是經濟發展水平較低或者無人類居住區。

北美、歐洲、印度、中國和日本的夜光亮度較大，反映出經濟發展水平較高，而南美、非洲、中亞大部分區域則處於黑暗中，整體經濟水平較低。由此，科學家利用夜光數據開展了較多社會經濟參量估算，如人口、GDP、能源消耗、碳排放、貨運量和貧困度。使用夜光遙感數據估算社會經濟參量，具有空間細節豐富、時效快和統計口徑一致等優勢。

城市監測是夜光遙感的典型應用領域。由於城鎮在夜間利用照明設施發出亮光，夜光遙感能夠有效捕捉燈光輻射信息，中國遙感衛星地面站的科研人員利用夜光遙感影像能夠快速重建「一帶一路」沿線國家城市化過程。

利用多時相合成的「一帶一路」地區夜光遙感圖，白色表示夜間燈光不變區，紅色表示夜間燈光擴展區，藍色和綠色表示夜間燈光下降區。從該圖可以看出，日本和西歐發達國家夜間燈光較穩定，而中國、印度以及東歐發展中國家夜間燈光呈明顯增長趨勢。

利用夜光遙感可直觀反映城市化空間擴展過程，有助於分析城市群和城市空間結構演化規律。此外，利用歷史時序數據可重建過去20年「一帶一路」沿線國家城市化發展歷程，為沿線國家城市化規劃和區域城市網路體系發展提供科學支撐。

中國遙感衛星地面站的科研人員還利用夜光遙感影像評估戰爭危機等。例如葉門戰爭發生後，導致夜光發生驟變。

通過時序夜光遙感數據挖掘分析葉門戰爭前後的夜光變化，可以發現夜光下降明顯。通過定量化分析，葉門戰爭前後夜光總值減少了7成，其中下降幅度最大是在2015年3月到4月，該時間與沙特空襲葉門時間(2015年3月26日開始)一致，下降區域主要位於中東部省份。

通過夜光遙感能夠客觀準確評估戰爭造成葉門人道主義危機的範圍和程度，有助於國際社會開展援助。

夜光污染問題不可忽視

隨著全球城市化進程加快，城市夜間照明設施快速發展，為城市居民生活和出行帶來了極大方便。但與此同時，整夜被燈光所籠罩的「不夜城」，也將導致不可避免的夜光污染，不僅造成了能源的浪費，還會對人類健康、動植物的棲息繁殖和天文觀測等活動造成一定的負面影響。

有調查表明，過度夜光照射可能增加人類健康風險，並可改變動植物生長習性等。例如可能增加乳腺癌、前列腺癌發病風險，可能改變海龜的繁殖習慣和影響鳥類飛行軌跡。夜光遙感影像為健康風險評價提供了科學數據。

中國遙感衛星地面站衛星數據深加工團隊在國內較早開展了利用夜光遙感監測夜光污染的工作。研究發現，全球夜光污染主要在北半球中高緯度，東亞、歐洲和北美是夜光污染高值區。亞洲和南美洲在近20年夜光污染增速較快，全球大部分國家夜光污染在增加，部分國家如美國、烏克蘭和敘利亞夜光污染處於下降趨勢。

中國夜光污染高值主要集中在經濟發達地區，但經濟欠發達地區夜光污染增長速度較快，中國東西部夜光污染差異性較大。

保護區建設對於生態多樣性和生態系統可持續發展具有重要意義，現有研究表明夜光污染會直接或間接影響生態系統。因此，該團隊調查了中國保護區夜光污染變化特徵，發現我國超過一半的保護區有夜光污染增加趨勢，主要集中於華東、華中地區和西部局部地區；41%的保護區屬於穩定夜光污染或無夜光污染，而高增長高密度夜光污染的保護區占所有保護區的9%。結合高解析度光學衛星遙感數據和社會經濟統計數據，發現中國保護區夜光污染增加主要因為礦產開發、旅遊發展和臨近城市。

這項工作的開展有助於了解目前我國保護區夜光污染現狀，並為今後保護區的夜光污染防範和治理提供科學支撐。

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