（国家遥感中心）
一、引言
近年来，“地球环境变化”已成为国内外报刊及学术讨论会上的热门话题，如极地上空臭氧层减薄、大气二氧化碳增加与温室效应、热带雨林破坏、沙漠化发展、自然灾害的频繁发生、土地资源与水资源的减少、地球能源和矿产资源的耗竭、动植物属种的迅速减少、水质变化等等。看来，地球环境变化的后果正在对人类生存形成严重的威胁。这一点，已经引起世界各方面人士，包括科学家和决策者的极大重视_随之而来的问题是，人类面对自然界的这种挑战，究竟应该怎么办？显然，这些全球环境变化问题是十分复杂的跨学科问题，是任何单学科不能解决的综合性问题，必须把地球作为一个完整的动力系统，进行地球系统科学的全面研究。
全球环境问题，顾名思义，其空间表现形式具有宏观的特点，其相互联系和影响是全球性的；而从时间特征上看，它具有长 - 短不同时间尺度的动态性。全球环境问题的另一个重要特点便是，人类活动的干预正在加剧这种变化的进程。因此，它不仅仅是一个自然科学的问题，而且与人文社会科学、与政治经济及政策均密切相关。
今天，高技术的发展已经在很大程度上增强了人类与大自然斗争的能力_它涉及到两方面的问题，一是认识全球环境变化的实质与现状，包括其变化原因、空间分布、影响范围与程度，并预测它的发展；二是在此基础上提出改善环境变化进程的途径、措施、决策和建议。在解决这些问题的过程中，高技术对于传统学科来说是一种补充，一种技术支持系统。它在保证信息获取、加强信息处理与分析能力方面越来越成为必不可少的一部分。
空间技术，尤其是遥感对地观测技术等现代高技术无疑为全球环境研究提供了十分关键的必要手段，它确保了能从空中和地面进行全球尺度的观测和全球变量的测量，并提供了对这些观测现象和数据的分析、解译、计算能力。通过获取、存贮、处理全球信息，来研究和模拟全球变化的过程，深刻认识其变化原因，从而预测全球变化的发展趋势。
应当看到，为了对付地球环境变化这样一个世界各国共同面临的全球性问题，各国有关部门与科学家的密切合作与共同努力是必不可少的。这也是确定“国际空间年”的背景。
1989年12月8日，在联合国44次大会决议中，正式确定1992年为国际空间年（ISY），其宗旨是：增进人们对空间活动，特别是对空间获取的地球观测数据在科学研究和应用中所产生效益的了解；加强国际上空间机构及科学家之间在全球变化研究方面的合作。国际空间年的目标可以归结为“行星地球使命”，也就是说、把利用空间技术保护和改善全球生存环境作为主要使命。
二、正在变化着的地球环境
全球变化是地球圈层结构（地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈）各组成部分相互作用和反馈的结果，地球作为一个完整的动力系统，在其内外能量的作用下，发生着复杂而持续的变化。如地壳内部的放射能和原始热能引起地壳结构的演化、地壳运动等地球系统内部变化过程；太阳能作为外部能量给予地球以生命，引起海洋、大气的运动、气候变化、生物地球化学循环、风化、侵蚀、堆积作用、土壤的形成与发育等地球系统外部变化过程。
地球的自然变化过程，人类是可以去认识、利用的，然而由于它们之间相互交织在一起形成复杂的体系，涉及到地球科学的各个领域，并与气象学、生物学、天文学、化学、物理学等多方面学科密切相关，目前，尚有许多问题，甚至是一些基本问题，人们的认识还是很贫乏、肤浅的。例如，云在辐射平衡中究竟起多大作用，热传输中海洋 - 大气的作用如何，大气究竟如何影响海洋循环，海洋环流又如何影响表面温度场；作为全球一部分的水是如何具体循环的，它又怎样影响着地球系统的其它组成部分；碳是生命的基础，大气圈 - 生物圈 - 海洋间如何进行碳交换，植被与土壤释放多少二氧化碳，海洋又能吸收多少二氧化碳；在碳氮循环中，海洋和海洋生物究竟起多大作用，气候变化中植被效应如何；自然生物多样性到什么程度才能保持全球环境的平衡；极地上空出现臭氧空洞的原因及影响究竟是什么，……许多问题需要人们去探索。
人类实际上是地球系统的一部分，而且是地球环境变化的重要动力之一。问题是，前述地球系统自然变化过程，本来就有着许多疑难问题需要人们去认识，加上人类活动的干扰，就变得更加复杂、更难以准确描述和预测。
这些全球性环境问题涉及到许多变量，包括地球系统外部能量——太阳能；重要的微量气体——CO2、O3、N2O、CH4、CFMs、H2O、CO、气溶胶等；大气变量——温度、压力、降水等；地表变量——植被指数、土壤湿度、地表特征、土地利用变化、水体、雪被等；海洋变量——海温、海压、海冰、海洋风场、海洋叶绿素、海平面等；地球物理变量——重力、地磁、大地水准面等；以及这些变量相互关系。只有经过长期持续的全球同步观察和全球变量测量，了解这些变量间的相互作用过程、建立起一些概念、数字模型，才能改善对这些现象、这些复杂相互作用机理与过程的描述和估算，才能提高人们对复杂自然过程加上人为干扰过程的认识和预测能力。
空间技术，特别是遥感技术，从外层空间和高空获取关于地球表层的信息，把地球作为一个行星、整体来进行综合研究，它使人类对宇宙和地球本身的认识产生了革命性的变化。空间遥感通过不同轨道平台，使用覆盖从紫外 - 可见光 - 红外 - 微波光谱范围不同的传感器，采用不同的时间周期对地球表面进行动态、定量观测；并在遥感专题信息提取与地面观测数据的支持下建立不同地球系统过程的概念与数学模型；综合不同来源与不同时相的数据，建立全球性的环境信息系统，进行地球系统的综合分析与评价。从某种意义上可以说，空间技术也是唯一能够实现这种对地球大气层和地面覆盖进行全球同步观测的一种技术手段。
三、应用空间技术研究全球环境变化的主要国际计划
围绕着国际空间年的宗旨和目标，联合国及许多国家正在和将要实施一系列应用空间技术探测地球环境变化的研究计划。
1. 国际空间年计划
尽管国际空间年确定为1992年，但实际上各国围绕国际空间年活动所提出和组织的计划与项目却都延伸到今后的10~15年，其影响将是长期的。
国际空间年活动的一个重要特点是各项活动均由各成员国主动作出贡献，并通过联合国外空司及另一个协调组织“国际空间年空间机构论坛（SAFISY）”协调与组织有关的各项计划，这些活动主要集中在以下几个方面：（1）地球资源与环境管理方面的研究项目；（2）教育与培训；（3）有关讨论会。通过这些活动可以加强人们对于通过空间活动，特别是由空间对地观测数据，获得重大应用效益的认识，加强各国空间组织和科学家在全球环境现象方面的国际合作。联合国外空司的活动着重于教育与培训，以促进空间技术应用知识在发展中国家的传播。有关研究计划则主要通过SAFISY会议进行协调组织。这些研究计划包括三个方面（表1）：
（1）空间数据应招于全球变化研究（SDFGC）
（2）全球信息系统实验（GIST）
（3）“全球变化”图集等（GCO）
2. 主要空间国家的遥感观测地球系统计划
下面所确定的国际空间年研究项目主要利用现有的遥感卫星空间观测能力。由于这些卫星观测系统尚不能满足全球环境变化研究中涉及的变量观测要求，一些主要空间国家正在努力发展新的空间观测能力。
美国政府已经批准了一个“地球观测系统（EOS）”计划。这是近年来，也是未来10年国际上最宏大的一项遥感观测地球计划。它也是一个国际合作计划，以美国NASA为主，欧空局及日本、加拿大等国的空间机构参加。它将保证现有全球观测数据的连续性，并提供15—20年的长期观测能力，从而可以跨越绝大部分环境变化的时间尺度。EOS的目的是要通过获取和分析数据，建立可靠的、精确的地圈生物圈预测模型，应用于长期环境规划。EOS主要包括五个大型极轨平台（其中三个由美国建造，其余两个分别由欧空局与日本建造）、一个小型地球探测系统及一个地面数据处理系统。EOS通过数据和信息系统的连结来支持多学科的地球系统研究。EOS计划中的极轨平台为：
（1）EOS - A
轨道高度705公里，覆盖周期16天，由NASA于1998年发射。传感器和探测仪：大气红外探测仪、微波探测器、微波湿度探测器、热发射与反射辐射计、云及地球辐射能测量仪、地球观测扫描极化计、高分辨率动态分度探测仪、闪电成像传感器、多频成像微波辐射计、多角度成像光谱 - 辐射计、中分辨率成像光谱仪、对流层污染探测器等。目的：监测地球辐射平衡、大气循环、海气相互作用、生物生产力、陆地表面性质等。
（2）EOS - B
轨道高度705公里。由NASA于2001年发射，传感器和探测仪：远红外大气光谱仪、平流层气溶胶实验装置、平流层风红外分度探测仪、对流层发射光谱仪、高分辨率成像光谱仪、中分辨率成像光谱仪、大气层风激光探测仪、地磁观测系统、电离层等离子体和电动力学探测仪、X射线成像仪、太阳恒星辐照度比较仪、测高计、激光测距仪等。目的：作为对EOS - A的一种补充，研究平流层臭氧、监测对流层大气化学、观测海洋环流及海气相互作用、冰盖消长平衡及地震研究等。
（3）EOS SAR
轨道高度620公里，首次发射为1999年。包括L、C、X三个波段，多极化，覆盖周期5天，可对全球80%表面进行制图。制图方式：地方高分辨率制图——扫描幅度30~50公里，空间分辨率20~30米；区域制图——扫描幅度100~200公里，空间分辨率50~100米；全球制图——扫描幅度350~500公里，空间分辨率250~500米。目的：监测全球森林砍伐及其对温室效应气体的影响，监测土壤湿度、雪被范围、洪水淹没范围，及其与全球水循环的关系，观测海冰特征及其对极地热通量的影响等。
（4）ESA POEM
为欧空局的极轨地球观测计划，包括M和N两个系列。前者主要用于环境监测和气象，后者用于地面资源监测、大气化学与气溶胶分布研究，第一个POEM使命为M系列中的EPOP – M1（POEM - 1），轨道高度790公里，计划于1997年发射。传感器：微波探测器、AVHRR - 4、高分辨率红外探测器、ARGOS数据采集系统、合成孔径侧视雷达、散射计、中分辨率成像光谱仪。被动Michelson干涉大气探测仪、雷达测高计等。其运行气象仪器部分将代替NOAA卫星系列的上午卫星服务，以保证NOAA数据的连续性，其余仪器部分将用于观测和测量海洋和海岸带的生物、物理特征。
（5）JEOS为日本计划的地球观测系统，将于1卯8年首先发射极轨平台JPOP。传感器包括雷达测高计、多频微波辐射计、激光雷达、成像光谱仪、多波段光学辐射计、测雨雷达、近红外高分辨率光谱仪等。目的：监测全球水文循环、能量流、大气化学组成等。
根据不同地球环境特征变化速率不同这一情况，EOS计划按三个时间尺度进行仪器的同步观测：（1）在轨仪器每隔1~3天进行全球性重复观测；（2）部分仪器分组用来对对流层、平流层、地面的一些专门目标进行1分钟以内的同步观测；（3）对某个部分（主要是陆地植被）进行1小时以内的同步观测。
结合EOS系统有关传感仪器的应用，NASA还正在组织美国和其它一些国家的科学家进行多学科综合研究。确定的研究项目涉及到：
* 南部海洋耦合的大气/海洋过程和主要生产力；
* 全球水循环；
* 四维大气/海洋/陆地BOS数据（知识）吸收系统的开发与应用；
* 亚马逊地区生态系统（从模式到过程）的长期监测；
* 海洋/大气界面的生物地球化学通量；
* 北部生物圈观测与模型实验；
* 全球及区域尺度数据模型建立与EOS观测的连结；
* 高山季节性积雪地区的水文学、水文化学模型，及遥感；
* 大气层中辐射、化学及动态相互作用的观测与模型研究；
* 全球碳、能量及水文循环的年际变化；
* 气候、海洋环境、生物过程及可再生海洋资源相互关系的多学科研究；
* 海洋上空的气候过程；
* 安第斯造山中构造、气候动态，及晶体发育；
* 干旱与半干旱地区水文循环和气候过程；
* 全球水文过程与气候；
* EOS大气如外探测仪、高分辨率多频微波辐射计、中分辨率成像光谱仪、大气层风激光探测仪数据在热带及南半球区数字天气预报中的处理与评价；
* 海气交换和海洋环流在气候易变性方面的作用；
* 生物地球化学循环变化监测；
* 活动火山、火山灾害、火山对大气层输入的全球评价；
* 同气候过程有关的大气/海洋/陆地系统研究；
* 中大气层和热成层的化学、动态、辐射相互作用；
* 极地海面交换：海洋、冰、大气的相互作用；
* 利用多传感器数据建立限制全球草地碳平衡因素模型；
* 平流层化学与动态变化；
* 生物圈 - 大气圈相互作用；
* 利用冰球系统监测加拿大全球性变化；
* 中低纬海洋易变性研究；
* 地球系统动力学：利用EOS确定和解译全球角动量平衡；
* 云与地球辐射能系统的多学科研究。
除了美国等西方国家外，另一个空间遥感大国苏联也正在积极发展对地观测系统。除了已有的“联盟号”、“礼炮号”、“和平号”、“宇宙号”、“流星号”宇宙飞船进行地球资源环境监测外，去年，苏联空间研究院还宣布了一项新的ECOS计划，包括一系列极轨平台，用于收集大气化学、辐射场和污染影响的数据。
四、中国的国际空间年活动
中国在应用空间技术进行地球资源与环境管理方面已经开展了很多工作、包括利用卫星和航空遥感数据调查土地资源、森林资源、草场资源、水资源的动态变化，调查沙漠化、高山冰雪覆盖的演变，监测洪水、林火、水土流失、干旱等自然灾害，取得了很好的社会、经济效益。为了响应国际空间年活动，中国已于1989年成立了国际空间年中国委员会，由宋健教授任名誉主任，王大珩、庄逢甘教授分别任正副主任。
1991年9月，中国结合联合国外空应用计划在北京举办了“联合国应用空间技术对抗自然灾害讨论会”，1992年2月，中国作为东道国将在北京主办国际空间年地球科学专家委员会议，协调各国应用空间技术研究全球变化的科学项目。
我国对于应用空间技术进行环境变化监测、研究已经给予越来越多的重视。经过“六五”、“七五”的努力，我国已经建立多层次遥感数据获取、处理与分析技术系统，我们除了发展自己的气象卫星、资源卫星外，还在北京建立了遥感卫星地面站，接收美国陆地卫星遥感图像数据，在北京、广州、乌鲁木齐建立了气象卫星接收网，接收我国“风云”、美国NOAA、日本GMS等气象卫星数据。我国还发展了自己的航空遥感技术系统，遥感光谱范围覆盖了紫外、可见光、红外、微波等波段；应用卫星通信技术，发展遥感信息实时传输技术、并结合遥感图像处理、地理信息系统技术，逐步完善我国全天候遥感资源、环境、自然灾害监测系统。在发展空间对地观测技术应用能力的基础上，各有关部门正在开展全球环境监测的研究，包括：
大气环境监测；
土地覆盖变化及其对全球变化的影响；
海洋环境监测；
生态环境系统（脆弱带）的监测；
人类活动对环境的影响；
西藏高原对全球变化的影响等。
五、结束语
正如前面所述，国际空间年的活动实际上将影响到今后10年至15年国际空间技术和全球环境研究的发展。对我国来说，1992年的国际空间年活动既是一次挑战，也是一次机会，应当看到我国在空间对地观测技术方面与国际上先进国家相比，还有着相当的差距，结合国际空间年活动，建立并实施较完整的应用空间技术进行全球性环境变化研究计划，将会对我国空间应用技术的发展产生重大的影响。
全球环境问题的解决，只有在今天高技术，尤其是空间对地观测技术高度发展的时代才有可能，从空间研究地球环境，是把地球作为一个整体、系统来对待，这也使地球环境研究上升到一个全新的阶段。在这种新的情况下，地球科学、环境科学的各个领域必须注意到新的使命，引入新技术和地球系统科学的新概念，迎接新的科学变革。应当说明的是，尽管空间平台提供了同步宏观地监测环境变化的数据，但这并不排斥从地面观测等手段获取的数据。一方面，地面观测数据是遥感数据校正、分析结果验证的基础，另一方面，它还是空间分析模型中一个重要部分。在这里，更多地需要的还是不同学科之间的相互理解和补充。
地球是全人类共同的家园。地球环境问题是全人4共同面临的问题、因此，无论是发达国家，还是发展中国家都需要作出努力，作出相应的贡献。在这一领域，需要各国科学家的共同努力，国际合作将是十分必要的。