今年5月12日是我國第12個全國防災(zāi)減災(zāi)日，5月9日至15日為防災(zāi)減災(zāi)宣傳周。特殊地理位置決定了我國是世界上受自然災(zāi)害影響最為嚴重的國家之一：災(zāi)害種類多、災(zāi)害發(fā)生頻度高、災(zāi)害損失嚴重。我國自20世紀90年代以來，年受災(zāi)人口越來越多，所造成的經(jīng)濟損失更是不斷增長。當(dāng)災(zāi)害從天而降，我們到底有何應(yīng)對之法？

　　本期首都科學(xué)講堂之極簡科學(xué)課，邀請北京師范大學(xué)李京教授為我們介紹中國自然災(zāi)害與應(yīng)急管理，揭秘守護地球的“保護神”——遙感技術(shù)。通過遙感“天空之眼”的全程監(jiān)測，除了對災(zāi)害發(fā)生前進行預(yù)警，還可準確獲取災(zāi)區(qū)實時影像數(shù)據(jù)，提供準確災(zāi)情信息，為防災(zāi)減災(zāi)提供強有力的支持，指導(dǎo)救援工作。目前，遙感技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各種重大災(zāi)害的減災(zāi)救災(zāi)工作中。

       主講嘉賓：

　　李京

　　北京師范大學(xué)風(fēng)險治理創(chuàng)新研究中心首席科學(xué)家，國家防災(zāi)減災(zāi)與可持續(xù)發(fā)展國際合作基地主任，國家減災(zāi)委員會專家委員會委員

　　中國的災(zāi)害與應(yīng)急管理

　　首先，我們介紹中國災(zāi)害與應(yīng)急管理的特點。災(zāi)害廣義上講是指一切對自然生態(tài)環(huán)境、人類社會的物質(zhì)和精神文明，尤其是人們的生命財產(chǎn)造成危害的天然事件和社會事件。而狹義上講，就是專指自然災(zāi)害。相應(yīng)地把人為事故造成的災(zāi)害稱為事故災(zāi)難，也稱作人為災(zāi)害。國外也有叫做技術(shù)災(zāi)難的。今天講的重點內(nèi)容，主要講的是自然災(zāi)害的防治。

　　前面講的廣義災(zāi)害，我們經(jīng)常面對的是突發(fā)公共事件。它的特點是發(fā)生非常突然，而且造成或者說可能造成重大的人員傷亡、財產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境破壞、社會危害，危急整個公共安全的應(yīng)急事件。

　　為了應(yīng)對這樣的事件，國家建立了突發(fā)公共事件的應(yīng)急體系。分了四大部分，自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生、社會安全。更詳細點的就是這樣，自然災(zāi)害指的就是我們經(jīng)常遇到的由自然因素引起的災(zāi)害，水旱、地震等等。事故災(zāi)難就是各種人為的事故，包括交通事故、工業(yè)事故等。公共衛(wèi)生事件包括急性傳染病，像現(xiàn)在正在應(yīng)對的新冠病毒。社會安全事件涉及到反恐，經(jīng)濟安全，比如說經(jīng)濟危機等這些事件。我們把所有的應(yīng)急事件分四大類，今天重點談的是自然災(zāi)害部分。

　　自然災(zāi)害大概的分類，目前分了幾類，第一類地震與地質(zhì)災(zāi)害，以前統(tǒng)一叫地質(zhì)災(zāi)害。由于地震頻繁，而且危害比較大，所以單獨分出來叫地震與地質(zhì)災(zāi)害。第二是氣象與水文災(zāi)害，包括臺風(fēng)、暴雨、干旱等。第三類是海洋災(zāi)害，重點在海上，主要是風(fēng)暴潮，赤潮。第四個是生物災(zāi)害，一般是各種病蟲害。第五類是生態(tài)環(huán)境災(zāi)害，包括水土流失等。我們經(jīng)常說的林火、草原著火等，現(xiàn)在都劃分到生態(tài)環(huán)境災(zāi)害。

　　由于我們國家特定的地質(zhì)構(gòu)造條件和自然地理環(huán)境，我們國家是自然災(zāi)害最嚴重的國家之一，在全世界居前列。

　　重大自然災(zāi)害頻發(fā)，分布廣，損失很大。我們看到兩張圖就是2008年的重要自然災(zāi)害，一是2月的雪災(zāi)，輸電線上結(jié)冰。當(dāng)時很多的輸電線就是這么斷掉的。這邊是汶川地震，可以看到我們國家自然災(zāi)害最嚴重的一年的圖片。

　　多嚴重？地震，20世紀，我們國家地震死亡大約是59萬人，占全球地震死亡的一半。1991年-2005年自然災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失，前10個國家排名中，中國是前3名。自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失在全球排前列。

　　損失非常重，是第一個特點。第二個特點，這種損失總趨勢在增加。災(zāi)難經(jīng)常是不同地區(qū)同時頻發(fā)。

　　上面這張圖是2010年為了向中央?yún)R報緊急做出的半個月災(zāi)情，當(dāng)時每半個月一次?？梢钥吹?，全國到處都在發(fā)災(zāi)，而且有旱災(zāi)、水災(zāi)同時發(fā)生，滑坡和地震都有同時發(fā)生。這是一張我們國家的水災(zāi)頻次分布圖，我們可以看到水災(zāi)的分布不僅在東部經(jīng)常受臺風(fēng)暴雨影響，包括西部干旱區(qū)都有很多水災(zāi)。這個原因就是水災(zāi)成因有所不同，西部比如說在這邊黃河流域的上游，這里有冰凌洪水，在冬季河道的冰峰造成的。在新疆干旱地區(qū)，這里有雪山，有融雪性洪水，就是冬季降雨很多很厚，到了春天溫度增加的時候突然融化?？梢钥吹酵粋€災(zāi)的特點在全國到處都分布，這也是我們國家災(zāi)害比較嚴重，發(fā)生頻次比較高的重要原因之一。

　　另外，災(zāi)害經(jīng)常帶來的問題，一個主要的災(zāi)害會帶來很多的次生災(zāi)害。比如說臺風(fēng)會帶來暴雨，而暴雨造成洪水等等。而且自然災(zāi)害還會由于這些重大災(zāi)害引起生產(chǎn)安全事故，造成事故災(zāi)難。風(fēng)暴潮的影響，可能造成了跨堤，海水污染機械事故。在陸地上也一樣，即使在下暴雨的情況下，大風(fēng)也可能帶來火災(zāi)，帶來結(jié)構(gòu)破壞。這都使得災(zāi)害非常復(fù)雜，而且造成損失很重。這張是地震的災(zāi)害鏈，地震會引起一系列的次生災(zāi)害，我們稱之為災(zāi)害鏈。舉個例子，一個災(zāi)害可能不是很大，但會造成很大的影響。冰島的火山，這是全世界所有自然災(zāi)害中唯一中國沒有的災(zāi)害。中國所有自然災(zāi)害都有，只有活火山?jīng)]有。2010年，冰島火山噴發(fā)，冰島地廣人稀，火山本身冰島本身其實造成的影響不大。但是，冰島所處的位置，使得歐洲一帶大量的航線受到了影響，造成了超過六萬航班取消，直接損失至少達到了8億歐元。也就是說一個小的災(zāi)害，有可能由于引起次生災(zāi)害，造成很大的危害。

　　日本的3·11大地震引起了海嘯。大地震本身造成的傷亡沒多少，倒塌房屋不多。大部分的死亡人數(shù)是引起的海嘯，而它引起的海嘯進一步造成了核泄露事故，十多年過去了都處理不完。

　　我國自然災(zāi)害趨勢的總風(fēng)險在增加。但同時，我國也下了很大的力量，提高了設(shè)防能力，災(zāi)害的設(shè)防能力也在提高。全球都有一個趨勢，巨災(zāi)風(fēng)險加大，全球氣候變化引起的極端氣侯事件非常高，巨災(zāi)發(fā)生的頻率劇增，損失加重。近十年的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，全球的災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)沒有增加，反而有所減少。但帶來的傷亡和損失迅速增加，也就是說，自然災(zāi)害的平均強度增大了。

　　災(zāi)害是制約我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素。它發(fā)生頻率很高，損失非常嚴重，災(zāi)害損失明顯上升。從區(qū)劃情況看，我國3/4的省會城市和2/3地級以上的城市，位于地震烈度7度以上的危險區(qū)。70%以上的大城市，半數(shù)以上的人口，3/4以上的工業(yè)產(chǎn)值分布在洪水、地震等災(zāi)害嚴重的地區(qū)。我國災(zāi)害分布廣泛，我們必須學(xué)會應(yīng)對災(zāi)害，和災(zāi)難共同生活。

　　我國目前已經(jīng)建立起比較完整的應(yīng)急管理體系。這個體系建設(shè)制定了一系列的應(yīng)對預(yù)案和國家的預(yù)警體系。同時，我們建設(shè)了基礎(chǔ)能力建設(shè)，也發(fā)布了國家級的減災(zāi)規(guī)劃。建立起完整的技術(shù)系統(tǒng)，包括支撐體系。建立了各種災(zāi)害的地面監(jiān)測，氣象海洋，衛(wèi)星系列，建立了減災(zāi)小衛(wèi)星系列，對自然災(zāi)害的預(yù)報、預(yù)警、評估信息服務(wù)的天地一體化監(jiān)測體系建設(shè)。

　　抗擊災(zāi)害的“天眼”如何工作？

　　遙感本身的英文含義是遙遠的感知，如果說更具體的定義，分廣義、狹義。X射線、地震波、重力探測都屬于廣義遙感，廣義遙感指的不接觸物體獲取物體信息，比如說人的視覺——我們沒有接觸物體只是看到了，但我們也獲得了信息。

　　狹義遙感是我們平常更熟知的電磁波遙感，紫外線、可見光、紅外、微波波段工作的遙感。遙感技術(shù)最重要的是傳感器，把傳感器放在衛(wèi)星上就形成了衛(wèi)星遙感技術(shù)。傳感器按照波段分，基本上就是紫外遙感，可見光遙感，微波遙感。微波遙感可以全天候工作，應(yīng)對隨時可能發(fā)生的災(zāi)害。

　　當(dāng)我們用遙感監(jiān)測時，挑選用什么樣的衛(wèi)星一個重要的標準，是空間分辨率。以相機像素舉例，每一個像素實際對應(yīng)的地面大小就叫空間分辨率。

　　國產(chǎn)的風(fēng)云2號衛(wèi)星的分辨率是1.25公里，在這樣的分辨率下，全球災(zāi)害性天氣的現(xiàn)象，氣旋和臺風(fēng)很清楚，但地表清晰度不夠。而高分四號衛(wèi)星作為中國第一顆這種高分辨率的同步軌道衛(wèi)星，也是世界上分辨率目前同步軌道分辨率最高的對地觀測衛(wèi)星，能從3.6萬公里外看見大油輪。它的主要用戶是救災(zāi)的主體民政、氣象、地震?，F(xiàn)在民政和地震都劃歸到了應(yīng)急部，現(xiàn)在主要是為應(yīng)急部服務(wù)。

　　另外一個分辨率概念是時間分辨率，即對同一個地方進行遙感觀測的時間間隔。比如說靜止衛(wèi)星成像一次半小時就可以得到，陸地衛(wèi)星對一個地區(qū)監(jiān)測1次需要16天才能回到這個地區(qū)再次監(jiān)測一次。我們專門為減災(zāi)研制的環(huán)境減災(zāi)星是4天一次，我們有了4顆星可以實現(xiàn)每天一次。這個時間分辨率對災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測非常重要。災(zāi)害監(jiān)測天氣預(yù)報常需以小時為單位，植被長勢和作物的分辨一般10天或者1天為單位，城市擴展、河道變遷這些以年為單位，我們需要的時間分辨率差異很大。

　　衛(wèi)星也是分成了兩大類，一類是極軌衛(wèi)星，這類的衛(wèi)星高度比較低，一般是500-1000公里，它的空間分辨率很高，符合要求，但時間分辨率低。為了提高時間分辨率，衛(wèi)星采取了很多辦法，一種是側(cè)擺：衛(wèi)星轉(zhuǎn)一個角度對這個地方進行監(jiān)測。還有一種方式：既然一顆星不行，多發(fā)幾顆星。

　　國產(chǎn)的減災(zāi)衛(wèi)星的星座設(shè)計就是，第一步發(fā)2顆光學(xué)小衛(wèi)星，還有一粒雷達星，2+1計劃。第二步是發(fā)2顆光學(xué)星，3顆合成孔徑雷達星，4+4計劃，最后就是8顆星。這樣時間分辨率就提高。

　　衛(wèi)星遙感：救災(zāi)“主力軍”

　　遙感減災(zāi)的主要特點是，可以觀測到任何受災(zāi)區(qū)。災(zāi)區(qū)一旦發(fā)災(zāi)，人很難到達。特別遇到大災(zāi)害的時候，即使地面布置很多監(jiān)測系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，也常被破壞，使得無法獲得準確信息，而這時，衛(wèi)星遙感就發(fā)揮了重要的作用。

　　國家減災(zāi)委建立了一套完整的信息監(jiān)測系統(tǒng)，24小時不間斷工作。其中包括各種地面調(diào)查信息，也包括衛(wèi)星監(jiān)測。我們根據(jù)信息就做出了一系列的產(chǎn)品，比如災(zāi)情專報，每次發(fā)生災(zāi)情以后，緊急報中央，有時一天報很多次。這里會把衛(wèi)星遙感監(jiān)測到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果放在里面一起報上去。減災(zāi)委經(jīng)常會開協(xié)調(diào)會，工作的技術(shù)小組會把各種影像資料和數(shù)據(jù)通通放在屏幕上，各部委的代表一起協(xié)商，分析討論數(shù)據(jù)看怎樣處理。

　　5·12大地震時，在趕赴災(zāi)區(qū)的飛機上就可以看到衛(wèi)星拍回 的現(xiàn)場影像。雅安地震時，李克強總理去到現(xiàn)場視察，24小時內(nèi)返回到北京，召開了國務(wù)院的抗災(zāi)會議。背后就是遙感影像資料作為參考和支持。

　　我國的國家減災(zāi)規(guī)劃明確指出，充分利用現(xiàn)代技術(shù)，推動實用科學(xué)技術(shù)和衛(wèi)星、遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等高新技術(shù)在減災(zāi)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。我國的國家衛(wèi)星減災(zāi)體系的規(guī)劃，包含了航天平臺有各種遙感衛(wèi)星，通訊平臺也是衛(wèi)星通行和衛(wèi)星導(dǎo)航。航空平臺和地面的各種監(jiān)測的車輛和儀器，形成一個完整的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)。

　　早期我國為了能夠建立這樣的一個減災(zāi)的天空地一體化的系統(tǒng)，設(shè)計了環(huán)境和災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報小衛(wèi)星，這是專門的災(zāi)害衛(wèi)星。原計劃是到2020年推動到4+4，共8顆星。但實際上，我國的衛(wèi)星發(fā)展速度遠比當(dāng)時規(guī)劃的時候快，現(xiàn)在大批的衛(wèi)星在天上運轉(zhuǎn)，已經(jīng)不再需要單獨的減災(zāi)衛(wèi)星，而是需要一系列的衛(wèi)星綜合的使用。利用衛(wèi)星遙感的數(shù)據(jù)分析以后，現(xiàn)在得到了包括監(jiān)測產(chǎn)品，評估產(chǎn)品，風(fēng)險產(chǎn)品和決策產(chǎn)品在內(nèi)，更多的應(yīng)用產(chǎn)品。

　　汶川地震是我們國家近年最大的一次地震災(zāi)害，也是災(zāi)害衛(wèi)星起非常大作用的一次。當(dāng)時根據(jù)雷達影像拍照，多期雷達影像做到汶川地震災(zāi)區(qū)地面形變的圖。這是地震的兩盤，上盤與下盤，上盤的變化很大，說明是逆沖斷層，上盤往上抬了。當(dāng)時我們國家分辨率最高的衛(wèi)星影像CBERS-2B發(fā)射了沒多久。它的分辨率是2.36m，在2008年是國產(chǎn)分辨率最高的。而現(xiàn)在我們有零點幾米的，這是對北川拍照的，可以看到到處都是地震以后的滑坡。這個滑坡把這條河流截斷了，這邊就是唐家山了，最大的地方在唐家山堰塞湖形成，它的位置和程度在衛(wèi)星影象上都可以看的清清楚楚。

　　防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，我國并未“獨善其身”，而是也“兼濟天下”，為國際上做出很多服務(wù)。

　　巴基斯坦2010年發(fā)生大洪水，聯(lián)合國教科文組織緊急的打電話與中國聯(lián)系，他們直接打到了首都師范大學(xué)，因為教科文組織在那與首都師范大學(xué)合作建立了水文信息教席。當(dāng)時教席主任是首師大的前任校長宮輝力教授，第一時間領(lǐng)著工作小組獲取分析影像。


　　這張圖像的藍色是正常水體，是沒有發(fā)洪水之前的；這張圖像紅色的是洪水，是災(zāi)害發(fā)生后，疊合到一起得到了洪水的分布圖，沿河兩岸的分析圖。影像迅速通過教科文組織發(fā)給了巴基斯坦，供他們做出了正確的決策。

　　今年震動全球的澳大利亞大火，其實基本年年都有發(fā)生。有一年大火的時候，我們的減災(zāi)衛(wèi)星剛發(fā)上去，他們馬上通過各種途徑與我們聯(lián)系，希望我們能夠提供一些影像。澳大利亞雖然是發(fā)達國家，但它沒有自己的衛(wèi)星。于是，我們迅速地調(diào)整了衛(wèi)星的軌道對相關(guān)地點進行拍照，及時提供了火災(zāi)的分布情況，對助力撲滅山火起到了關(guān)鍵性作用。

　　再比還有風(fēng)險評估和預(yù)警產(chǎn)品——災(zāi)害發(fā)生之前的提示，目前預(yù)警最成熟的就是臺風(fēng)預(yù)警。利用衛(wèi)星影像，原來看到的靜止衛(wèi)星影像不斷地拍攝，可以清楚看到臺風(fēng)怎樣移動，從而預(yù)報什么時候，會到達什么地區(qū)。利用中國風(fēng)云2號衛(wèi)星做出來的移動，可以根據(jù)臺風(fēng)過去的移動路徑和分析未來路徑，能夠就比較準確地預(yù)報出臺風(fēng)大概什么時候登陸，登陸時有多強。

　　發(fā)生災(zāi)害后，恢復(fù)重建效果的評價，利用衛(wèi)星影像也能有很好的效果。1987年大興安嶺火災(zāi)，四年以后的影像還看到很多的地方是禿的，十年以后基本上恢復(fù)了，十二年以后到1998年，基本看不出來痕跡了，大火燒過后已經(jīng)恢復(fù)過來了。

　　除了能看到恢復(fù)重建的房屋和基礎(chǔ)設(shè)施以外，我們經(jīng)常評價也包括災(zāi)后生態(tài)恢復(fù)了沒有。我們用9年的衛(wèi)星影像來判斷分析，汶川地震發(fā)災(zāi)以后，造成損失以后的生態(tài)是不是恢復(fù)了。


 
        之前的是實際觀測出來的，后面的則是根據(jù)觀測的結(jié)果，利用各種生態(tài)模型最后推算出來的，有的地方超過50年才可以恢復(fù)，有的地方根本就恢復(fù)不了，必須得人為干預(yù)才能恢復(fù)。根據(jù)這樣的圖，我們可以倒推下一步防災(zāi)減災(zāi)的重點。沒有恢復(fù)能力的地方和恢復(fù)的要大于50年的地區(qū)就是未來的防災(zāi)減災(zāi)的重點關(guān)注，根據(jù)這個可以看到在什么樣的地區(qū)，面積多大，占受損面積的多少，這個圖上可以一一做出來。

　　航空遙感：應(yīng)急“精銳部隊”

　　航空遙感主要是飛機、氣球類的傳感器進行遙感。航空遙感，因為它的高度比衛(wèi)星低多了，所以拍衛(wèi)星分辨率非常高，可以看到非常多的細節(jié)，對精準救災(zāi)起到重要作用。

　　特別值得一提的比如一般用于航空的激光遙感。

　　這是我們當(dāng)時利用激光遙感做的馬來西亞首都吉隆坡的三維地面模型，這種地面模型不是地形，而是把建筑高度也都測出來，用于城市的三維顯示。發(fā)生災(zāi)害的時候，可以利用這個模型做了洪水的模擬：發(fā)洪水的時候淹沒了什么地方。根據(jù)地形推算，根據(jù)歷史上的洪水進行模擬，對可能發(fā)生洪水大概會淹沒什么地方做出事先的模擬和預(yù)警。

　　自汶川地震以后，真正有人機的航空遙感，在應(yīng)急中就很少使用了。一方面是衛(wèi)星遙感發(fā)展迅速，大量衛(wèi)星對有人機的航空遙感數(shù)據(jù)需求量沒那么大。另一方面是無人機的崛起，開始大量應(yīng)用到救災(zāi)領(lǐng)域，彌補了衛(wèi)星遙感時間分辨率不夠的缺陷。當(dāng)有災(zāi)情發(fā)生時，常常一兩個小時之內(nèi)要報數(shù)據(jù)，這時衛(wèi)星不能保證，就得出動無人機解決。應(yīng)急期間，常有云霧覆蓋光學(xué)系統(tǒng)無法工作情況，雷達系統(tǒng)識別能力不夠，無人機效果就特別好。

　　當(dāng)然，除了我們說的自然災(zāi)害，我們其他的應(yīng)急工作，無人機也會發(fā)揮很大的作用。生產(chǎn)安全領(lǐng)域，2015年福建化工廠發(fā)生爆炸，應(yīng)急著火。省長和省委書記到現(xiàn)場指揮，立刻派出無人機進行監(jiān)測，可以低空進入到危險場所拍照取樣。天津新港地區(qū)大爆炸以后，也是無人機迅速拍攝了當(dāng)時現(xiàn)場實景。有些專門停放汽車的區(qū)，迅速地確認了受災(zāi)破壞的汽車數(shù)據(jù)。


        公共衛(wèi)生應(yīng)急方面，比較早的是2016年國際組織在盧旺達的第一個全球無人機配送服務(wù)，把急需的血液樣品，供應(yīng)運送到難以到達地區(qū)的醫(yī)院。我們在2009年也提出來，無人機目前主要當(dāng)做偵察機，其實也可以當(dāng)做運輸機往災(zāi)區(qū)直接運送緊急需要的物資。比如血樣，緊急需要的藥品，還有衛(wèi)星通訊裝置。雅安地震時，直升飛機由于天氣的原因降不下來，最后采用了空投的衛(wèi)星通訊設(shè)備。我們當(dāng)時也提要把無人機當(dāng)運輸機使用，利用無人機進行小型的通信設(shè)備的空投，也可以解決這些問題。

　　醫(yī)療和無人運貨看起來是一種運輸，和遙感有什么關(guān)系？其實大家可以看到，這樣的運輸機上肯定要裝遙感的攝像裝置，因為我們這樣的物資都要精確地投送，血樣和藥品要投送到人的手上，一定要先搜索這個人在哪或者說設(shè)備，或者說在地震災(zāi)區(qū)的帳篷指揮部在哪里，要清楚地找到人以后才能把物資投送，它們都需要與遙感結(jié)合起來。

　　未來，無人機在游戲和運動，醫(yī)學(xué)，搜索救援，警察和防務(wù)（社會安全），物流六個行業(yè)都將大有所為，其中，四個行業(yè)都與我們的防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急密切聯(lián)系。特別是防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，救災(zāi)時非常需要應(yīng)急物流，無人機在這個領(lǐng)域的應(yīng)用遠遠未到達到頂峰，發(fā)展前景可期。