§2.5 卫星对环境的监测
对全球环境监测最大的贡献来自于卫星对地球的观测。图2.5.1分别是1969年5月和目前从卫星上观测到的地球外观。目前的卫星观测在分辨率上有了很大的提高，在信息的处理上更加直观明了。
图2.5.1 1969年5月（左）和目前（右）从卫星上观测到的地球外貌
我国发射的两种气象监测卫星，包括风云一号和风云二号。风云一号是极轨气象卫星，风云二号是静止气象卫星。图2.5.2是1999年5月10日11:17时（北京时）风云一号C星第一轨道展宽云图。这幅图上较好地展示出了我国新疆和西藏地区的冰雪和云系分布。
图2.5.2 1999年5月10日11:17时（北京时）风云一号C星第一轨道展宽云图
图2.5.3给出的是我国风云二号B星第一幅可见光图像。这是从赤道上空静止气象卫星上观测到的海洋和陆地分布及云系的分布。
图2.5.3 风云二号B星第一幅可见光图像
气象卫星可以对大气要素进行垂直廓线的观测，还可以对某些层次的观测，如云顶向外长波辐射（OLR）的观测、水汽亮温的观测等。目前和未来10年中，卫星大气遥感探测可能达到的水平在不断提高。对温度廓线的观测，目前精度的均方根误差在2°,10年后精度的均方根误差将达到1°以内。对湿度廓线的观测，目前精度均方根误差为20%,10年后精度均方根误差将在10%以内，还可以反演大气污染气体浓度。通过卫星观测还可以获得地面以上的总可降水量。最大的总可降水量地区是在热带印度洋到热带西太平洋地区。
静止卫星云导风是利用连续几个时次静止气象卫星图像，追踪或示踪云或水汽特征图像块的位移，判定其所在的高度，以获取该层风矢量的估值。彩图2.5.4给出的是1998年10月18日的一张卫星云导风分布。红、绿、蓝色分别表示150～340hPa、350～600hPa和700～950hPa层的风矢量。
卫星可以在全球范围内对平流层上的气溶胶浓度分布进行观测。火山爆发后对平流层上的气溶胶浓度有较大的影响。强火山喷发可形成维持数年的，能够强烈散射和反射太阳辐射的平流层气溶胶（SVA）。SVA影响各种辐射传输过程，导致平流层增温、对流层降温。1991年6月菲律宾皮纳图博火山大喷发是世界上百年一遇的强火山喷发，对全球气候产生了巨大的影响。这次喷发大约有超过20 Mt的SO2进入平流层18～30km 高度。卫星观测到，进入平流层的火山尘和SVA随着平流层纬向风运动，大约在喷发后3周内SVA就自东向西环绕地球一周，其后向南北两侧扩散。卫星对其他的大气成分也可以进行观测，如对CH4的观测。发现CH4在N15°从对流层到平流层都处于极高的浓度。CH4是汽油发动机燃烧排放产生的副产品，它也来自于动植物的腐烂。
卫星上的甚高分辨率辐射计（AVHRR）可以实现从空间对陆地表面植被动态变化的观测。彩图2.5.5是对非洲1982年4月12日—5月2日，7月5日—25日，9月27日—10月17日，1982年12月20日—1983年1月9日的生物量季节变化观测。从季节变化上可以看到，生物量的范围随着季节有南北方向上的变化，特别是北边缘的变化特别明显。生物量的变化监测可以较好地反映当地谷物短缺和干旱状况。连续的观测可以检测到非洲Ethiopia和Sahel地区的饥荒威胁。目前的这种技术已经应用于对全球的生物量的观测上。
卫星能够连续地对土地覆盖和土地利用进行观测。甚高分辨率辐射计可以获得1km 和10天分辨的标准差植被指数（NDVI）的合成数据。利用NDVI数据，人们可以对全球的植被分布，植被变化的气候响应，植被变化对环境的影响进行研究。如在对气温和降水的响应，对沙尘暴发生的影响等方面做了很多的研究工作。卫星还可以对陆地表面反射率和表面温度进行连续的观测。
MODIS卫星资料可以反映海温和海流状况。彩图2.5.6是MODIS获得的2001年5月2日大西洋墨西哥暖流区域的壮观图像。虚拟颜色表达的是在大气顶观测到的亮温。亮温值反映的是从海面和上层湿大气的热辐射。红色像素反映的是暖海域（大约25℃），绿色是中间值（12～13℃），蓝色是相对低的值（小于10℃）。这里可以看到墨西哥暖流区中出现的涡旋及海流的旋转。这个图像是MODIS探测器对11 μm波长的感应。亮温实际上是在这一波长下对光量子的测量，但表达的是温度单位。由于它的观测反映的是海温状况与大气水汽状况的综合效果，所以它能够反映复杂的海气相互作用。
彩图2.5.7给出了在我国渤海观测到的MODIS海冰图像。整个辽东湾被海冰所覆盖，但海冰是成块状的。东部海冰比较成形，而西部多破碎，反映出东部的海冰厚，东部比西部冷。
卫星云图在天气预报中有着广泛的应用。卫星云图的最大特点就是能够直观地反映天气和系统的变化情况。最初，我们是将天气形势图和云图结合在一起来理解天气和天气系统的分布，后来仅仅从云图上也能判断出天气系统的演变。
卫星观测还能反映出城市热岛的特征。彩图2.5.8中分别是2000年9月1日极轨气象卫星反映的北京、天津等华北城市和2000年7月11日上海等周边城市的热岛状况。显然，北京成为华北地区发展最大的热岛。一些小县城也是一些热点分布。华北东部平原上的城市热岛与西部山区形成明显的对比。在长江三角洲地区，以上海为最大的热岛形成了多点城市热岛分布。苏州、无锡、常州城市热岛已经与上海连成一线。
连续多年的对比观测就可以对某一现象的发展有定量的估计。全球高时空分辨率的对地观测离不开卫星。如果世界各国无序地大量发射卫星，若干年后我们地球的外层空间也会成为新的环境污染圈层。