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论江西省生态环境监测与信息服务系统建设
魏 丽
（江西省环境预报中心，江西
南昌
330046）
摘 要：主要论述了生态环境监测与信息服务的必要性，国内外保护生态环境的国际公约和科学计划；从长期定位监测与遥感动态监测两个方面，提出了江西省生态环境监测与信息服务的初步想法。
关键词：
生态环境 监测 信息服务 构想
中图分类号：Ｘ84 文献标识码：Ａ 文章编号：1007－9033（2003）03－0005－08
1 生态环境监测与信息服务的必要性
20世纪中叶以来，人类生存环境普遍恶化，生态系统全面发生危机。1968年意大利生态协会发表了1份报告——《增长的极限》，生态学家们在报告中应用全球模型，把地球看作是1个系统，考察了现代技术中5个最终决定和限制我们星球增长的基本因素，即人口、工业生产、农业生产、自然资源的消耗和污染。过去的300
ａ间，这些因素都呈现了指数增长，如果人口、工业化、污染、粮食生产和资源消耗按照现在的趋势继续下去，地球上增长的极限将在今后100
ａ中发生，人口、生产力将出现不可控制的衰退。
生态危机的基本事实和影响主要表现在：气候变暖，我国三大作物（小麦、玉米、稻米）将减产5%～10%；海平面上升使咸水侵入沿海淡水的蓄水层，破坏性风暴增多；过量抽水导致地下水的枯竭，地下水位下降，显著增加了供水的费用；过度耕作和放牧，土地承载力下降，影响以耕地、渔场、牧场、森林为业的人的生活；人类经济活动开始后，现在物种灭绝的速度至少是天然速度的1000倍；土地资源和水资源缺乏的国家粮食进口需求增加；森林面积减少世界上森林面积每年以2000亿ｍ2的速度从地球上消失；目前全世界约有10亿人口生活在SO2超标城市，13亿人口居住在颗粒超标的城市；海面温度上升1
℃，会导致珊瑚死亡，海洋生态系统势必受到影响，等等。
生态环境问题不仅是一个科学问题，还涉及到经济、社会、政治、外交等各个方面，例如全球变暖已成为国际环境外交中的热点问题。我国专家曾有过评价：气候公约谈判不亚于入世（WTO）谈判的难度。“环境外交”这个词已经成为人类发展进程中１个越来越受到关注的新生词汇。我们人类居住的地球生态环境不断恶化，是不争的事实；生态环境恶化危及人类的生存和生活质量，衍化为诸多经济、社会问题，不是危言耸听。为了人类的可持续发展，加强生态环境监测与信息服务的必要性是显而易见的。
2 保护生态环境的国际公约和科学计划
在人们认识到生态危机的半个世纪以来，联合国共组织签定了240个从保护候鸟到保护臭氧层的国际环保公约。我国政府在《国民经济第十个五年计划纲要》中明确指出：要加强生态建设、遏制生态恶化，加大环境保护和治理力度；先后制定和颁布了《全国生态环境建设规划》、《全国生态环境保护纲要》等120多部关于人口与计划生育、环境保护、自然资源管理、防灾减灾等法律法规；建立了中央政府和地方政府多部门参与、多层次运作的组织管理体系。同时，中国加入了一系列国际公约，并决定核准《京都议定书》，积极参与国际环境合作。各相关部门也采取了一系列的行动，为保护生态环境而努力。
2.1 中国科学院的工作
1988年开始筹建了中国生态系统研究网络。已建立29个农业、森林、草原、湖泊和海洋生态系统定位研究站，水分、土壤、大气、生物和水体5个学科分中心以及１个综合研究中心。该研究网络的目标是以地面网络式观测、实验为主，结合遥感、地理信息系统和数学模型等现代化手段，实现中国各主要类型生态系统和环境状况长期、全面的监测和研究。
2.2 国家环保局的工作
1972年以来，建立了国家、省、市、县4级监测站2251个，构成全国环境保护系统，进行大气、地面水、噪声、酸雨、放射性和生态监测。
2.3 农业部的工作
农牧业系统已建站约700个，开展农业环境监测、污染事故处理、生态农业指导、基本农田保护、污灌普查、农业环境信息发布等工作。
2.4 国家林业局的工作
1992年建立了森林生态系统定位研究网络，由分布于不同气候带的15个生态站组成。其中有6个国家级生态站，网络东西、南北两端主要站点直线距离超过3700
km，主要进行野生动物、荒漠化、森林资源、湿地监测。
2.5 水利部的工作
建立中国水土保持监测网，进行土壤侵蚀监测。工作包括对大流域、大范围、大类型区的水土流失面积、分布、强度等监测，局部地区水土流失发生、发展、侵蚀量、水土保持效益监测分析。
2.6 国家海洋局的工作
开展全海域海洋环境质量监测，近岸重点海域海洋环境质量监测，重点陆源排污口、邻近海域、水产养殖区、典型海洋生态系统、大气、放射性、赤潮等监测。
2.7 国土资源部的工作
开展地质环境监测。全国已建29个地质环境监测总站、186个分站，主要对地下水动态、地下水污染、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害进行监测。
2.8 中国气象局的工作
气象部门现有气象观测站2653个。其中地面气象观测站网中基本天气站530个；基准气候站143个，一般气候站1736个，大气辐射站98个，酸雨观测站86个，沙尘暴监测站46个（一期），土壤湿度观测站433个，农业气象观测站624个，大气本底站4个；高空气象观测站网124个；已建成新一代多普勒天气雷达站26个。主要开展基本气象要素、大气环境要素、灾害性天气、农作物长势、生物量、产量结构、土壤湿度等监测、预报和服务工作。
3 江西省气象部门生态环境监测与信息服务系统建设方案和设计思路
3.1 现状分析
3.1.1 江西省生态环境存在的问题
江西是全国生态环境保护较好的省份，但受全球气候变化等综合因素的影响，生态环境还存在非常脆弱的一面。江西是南方水土流失较为严重的省，全省现有水土流失面积3.52万km2，占土地面积的21.1%；年土壤侵蚀量达2亿多ｔ；森林植被质量差，残次林面积占21.2%，生态公益林面积仅占林分面积的4.5%；江河湖区水域面积季节变化很大，最大年较差可达3000多km2；重度洪涝灾害3 ａ
1遇，干旱几乎年年都有；与气象灾害和气候变化有关的地质、病虫等次生灾害发生频率高，严重年份损失可达数10亿元人民币
。
3.1.2 气象部门开展生态环境监测与信息服务的优势与不足
优势表现在具有分布广、代表性强的长期定位观测站网；业务化、规范化观测；监测信息加工处理、实时准确的信息传输；为各级政府和相关部门信息服务的优势，生态环境的宏观动态遥感监测以及区域以上大尺度生态系统监测等方面的优势。不足之处表现在：对生物个体、种群、群落等生态系统和具体农田、森林、草地、湿地、水体、荒漠等生态系统的专业监测，在更加精细的取样化验、更加全面详尽的全国普查、高空间分辨率的遥感监测等方面不具备相应的专业优势；在生态环境内涵、生态环境问题及其影响缺乏深入的认识；生态环境领域人才匮乏；有关生态环境的科研基础不足；地面气象观测还局限在传统的观测场“围栏”之中；没有形成生态环境产品、加工和服务体系。
3.2 生态环境监测与信息服务的目标原则
3.2.1 总体目标
在充分利用现有大气环境探测系统的基础上，从气候系统观点出发，依托生态因子长期定位观测和生态环境遥感动态监测，实现对江西省森林、水域、农田、城市等典型生态环境系统的生态系统过程进行监测、分析评估和预测，逐步认识和掌握生态环境自然变化规律和人类活动引起的生态系统突变规律，为生态系统平衡和可持续发展提供服务。
3.2.2 原则
坚持长期定位监测和遥感动态监测相结合的原则；以现有大气探测系统为基础，拓展江西省典型生态环境系统的气候和有关生态因子监测；以社会公益服务为主导，以提高对生态环境变化的科学认识为基础，以满足社会需求和可持续发展为目标，逐步开展生态环境监测与信息服务工作。
3.3 监测内容与站点布局
江西省生态环境监测由生态因子长期定位监测和生态环境遥感动态监测两部分组成。
3.3.1 生态因子的长期定位监测
3.3.1.1 农田生态系统监测
(1)
监测内容：包括生物因子、土壤因子、气候因子及其它。
①
生物因子：作物物候，作物生长状况，叶面积指数，作物生物量，产量结构，病虫灾害动态变化，光合、呼吸、蒸腾等生理指标。
②
土壤因子：土壤水分，耕作层土壤碳、氮、磷、钾含量，土壤ｐＨ值，土壤有机质含量，土壤结构与土壤容重，土壤中农药、重金属及其它有毒物质的累积量。
③
气候因子：农田小气候，农业气象灾害。
④
其它：种植制度，作物分布，农产品中农药、重金属、硝酸盐、亚硝酸盐等有毒物质的含量，化肥、有机肥、化学除草剂的施用量。
（２）
站点布局：国家级农业气象试验站。
3.3.1.2 森林生态系统监测
（１）
监测内容：包括生物因子、土壤因子、气候因子及其它。
①
生物因子：物候、林分、生长状况、蓄积量、凋落物量、树木胸径、高度、种类组成、郁闭度、密度、群落结构、年轮。
②
土壤因子：土壤水分，土壤碳、氮、磷、钾含量，土壤pH值，土壤有机质含量，土壤结构与土壤容重。
③
气候因子：森林小气候，森林气象灾害。
④
其它：森林面积，森林采伐，林火，病虫害，生物多样性等。
（２）
站点布局：井冈山，武夷山。
3.3.1.3 湿地生态系统监测
（１）
监测内容：包括水文因子、生物因子、气候因子和其它。
①
水文因子：地表水位，地下水位，水深，盐度，水温，水质等。
②
生物因子：物候，植物种类，生长状况，生物量。
③
气候因子：湿地小气候，湿地气象灾害。
④
其它：湿地及水体分布、面积，生物多样性。
（２）
站点布局：鄱阳湖湿地保护区。
3.3.1.4 城市生态系统监测
（１）
监测内容：包括气候因子、环境质量及其它。
①
气候因子：城市气候，城市热岛。
②
环境质量：酸雨，大气污染，噪声污染，水污染，光化学污染，其它特种观测项目。
③
其它：城市范围的动态变化，城市绿地面积等。
（２）
站点布局：１１个设区市。
3.3.1.5 典型生态系统水分循环监测
大气降水的再分配受植被、地形、土壤等因子的共同影响。水分循环是影响水土流失、土壤侵蚀、地质灾害、山洪灾害、干旱的重要因子。水分循环监测有助于提高对上述生态过程的认识和模拟，也可为制定防御生态灾害措施提供决策依据。
（１）
监测内容：水汽，云，降水，蒸发，渗漏，地表径流，地下水，土壤水分。
（２）
站点布局：在森林、湿地、农田等生态系统选择代表点进行相关监测。
3.3.1.6 典型生态系统主要温室气体变化监测
CO2、CH4等温室气体是引起气候变暖的主要因素。CO2、CH4在大气中含量的变化与生物生命活动有关，工业生产和农田（尤其是水田）也是温室气体的排放源。了解大气中CO2、CH4浓度变化，不仅能定量地分析植物生命活动中碳循环过程，即生态系统中物质的循环与流动，还可为气候模拟提供参数。
（１）
监测内容：二氧化碳，甲烷，一氧化碳，氮氧化物等。
（２）
站点布局：国家级农业气象试验站，井冈山。
3.3.1.7 重点旅游区生态环境监测
旅游生态系统是受工业活动影响较小的生态系统，生态环境监测的目的不仅为旅游经济提供信息服务，同时还可获取旅游区自然生态环境因子变化的科学数据。
(１)
监测内容：风，温，湿，紫外线强度，负离子浓度，花粉浓度和酸雨。
(２)
站点布局：国家和省级重点旅游区。
3.3.2 生态系统的卫星遥感监测
卫星遥感是宏观生态环境系统动态监测的重要手段。在过去的10多
ａ中，我省气象部门在遥感服务中取得了显著的效益。但现有的NOAA和FY1C遥感资料的分辨率还不能满足生态环境监测的需要，应在以EOS/MODIS为主的中分辨率卫星遥感资料的基础上，结合高分辨率资源卫星资料，开展宏观生态环境动态监测。
3.3.2.1 土地利用（土地覆盖）遥感监测
（１）
监测内容：水田，旱地，林地，草地，水域，未利用土地，城镇居民用地面积。
（２）
监测时间：2
ａ 1次。
（３）
资料来源：陆地卫星TM资料。
3.3.2.2 江西河湖库水域面积季节变化监测
（１）
监测内容：江西省五大河流、鄱阳湖、重点水库水域面积动态变化，分析雨情、水情对水域面积变化的影响，为防御洪旱灾害、兴修水利提供依据。
（２）
监测时间：每季、月至少1次。
（３）
资料来源：EOS/MODIS资料。
3.3.2.3 植被指数监测
（１）
监测内容：江西省主要农作物和森林植被指数监测。
（２）
监测时间：每旬１次。
（３）
资料来源：EOS/MODIS资料。
3.3.2.4 洪涝、干旱、森林火灾监测
（１）
监测内容：对洪涝、干旱进行灾前、灾中、灾后的连续监测，分析灾害发生面积、发生程度。监测林火发生时间、地点、过火面积。
（２）
监测时间：不定期地洪涝、干旱监测。10月1日～次年4月30日林火监测。
（３）
资料来源：EOS/MODIS资料。
3.3.2.5 水土流失、土壤沙化监测
水土流失、土壤沙化是一个长期的生态过程，降水、风是江西省水土流失、土壤沙化形成的主要环境因子。
（１）
监测内容：水土流失、土地沙化强度、面积、地区分布。
（２）
监测时间：5
ａ 1次。
（３）
资料来源：陆地卫星TM资料。
3.3.2.6 鄱阳湖湿地、草洲监测
湿地被誉为“自然之肾”，是重要的生物资源栖息地。鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊，具有长江中下游最典型的湖泊湿地，其湿地面积已经超过我国五湖之一的洞庭湖或太湖的全湖面积。
（１）
监测内容：湿地、草洲季节变化。
（２）
监测时间：定期每季１次，另视天气情况加密监测。
（３）
资料来源：季节变化采用EOS/MODIS资料，年变化采用陆地卫星TM资料。
3.3.2.7 地表温度监测
地表温度遥感监测是分析高温、干旱、城市热岛的基础，也可为数值天气预报提供初始场资料。
（１）
监测内容：地表亮温。
（２）
监测时间：每条过境轨道。
（３）
监测资料：EOS/MODIS、NOAA资料。
3.3.2.8 气溶胶、CO2、O3等大气化学成分监测
EOS/MODIS卫星36个监测通道中设置了气溶胶、CO2、大气化学成份监测通道，其反演模式及业务化有待进一步开发。应加强与卫星气象中心及相关科研院所的联系，争取尽早开展大气气溶胶、CO2、O3等大气化学成份遥感监测业务。开展此项监测主要采用EOS/MODIS资料。
3.4 生态环境信息服务内容
3.4.1 生态环境长期定位监测信息服务基本内容
(1)
不同区域范围历史气候演变规律分析，未来气候变化情景对生态环境保护与建设的警示，科学制定生态环境保护与建设规划、计划的分析与建议；
(2)
不同区域范围天气气候条件对生态环境保护与建设利弊评价与预测，按照天气气候规律实施生态环境保护与建设的分析与建议；
(3)
主要生态区甲烷、氮氧化物、二氧化碳的排放通量及大气中主要温室气体变化分析与相关建议；
(4)
旱涝、强降水、土壤湿度等的预测预警；
(5)
主要生态系统结构、功能及相关资源时空分布的分析与对策建议；
(6)
区域生态环境状况及其变化趋势预测分析与相关建议；
(7)
区域资源、环境与经济可持续协调发展的途径分析与建议；
(8)
可再生资源利用潜力评价及生态环境退化与改善分析和建议；
(9)
生态系统退化预警及恢复与重建的分析和建议；
(10)
待开发地区资源利用与环境保护模式的分析与建议；
(11)
陆地生态系统生产力、生产潜力的评估分析与相关对策建议；
(12)
生态交错带生态环境脆弱状况的分析与相关对策建议等。
3.4.2 生态环境遥感监测信息服务内容
(1)
定期遥感监测公报。包括土地利用遥感监测2
ａ
1次与水土流失和土壤沙化监测5
ａ 1次。
(2)
不定期遥感监测公报。包括江河湖库水域面积变化监测，植被指数监测，洪涝、干旱、森林火灾监测，鄱阳湖湿地、草洲监测。
3.4.3 参与生态风险评估和规划
(1)
生态风险评估。生态风险评估是利用生态学、环境化学及毒理学的知识，定量地确定环境危害对人类的负效应的概率及其强度的过程，目的是对生态环境保护和管理作出贡献
（图１）。
(2)
生态规划。生态规划是运用生态系统整体优化的观点，对规划区域内城乡生态系统的人工生态因子和自然生态因子的动态变化过程和相互作用特征进行分析，研究物质循环和能量流动的途径，提出资源合理开发利用，环境保护和生态建设的规划对策，促进人与自然、人与环境的协调发展
（图２）。
图2 生态规范流程图
3.5 有关科技开发项目
3.5.1 生态环境监测业务体系建设
3.5.1.1 制定监测标准和规范
按照地面气象监测标准、大气化学监测标准、卫星遥感监测标准、中国生态系统研究网络观测分析标准，制定江西省气象部门生态环境监测标准与规范。
3.5.1.2 站网布局
从气候、生态、区位原则出发，进行合理分工，依托现在的观测站网、通信等优势，扩充监测内容，并保证新增设的监测站点与当地气象观测站有畅通的通信渠道。
3.5.1.3 信息传输
气象部门生态环境监测信息通过卫星通信系统或公共通信网向省生态环境中心传送，新增自动监测站通过程控拨号或无线通信进行传输。与相关部门共享的生态环境资料采用Internet/Intranet传输。
3.5.2 生态环境信息服务系统建设
3.5.2.1 生态环境监测数据库管理系统
基于GIS技术，结合支持网络运行的数据库管理系统，建设包括地理信息、生态环境监测信息、遥感信息为一体的生态环境分布式数据库管理系统，进行生态环境监测信息的实时采集、质量控制、查询和分析。
3.5.2.2 生态环境预测方法研究
以大气—生物过程为对象，采用生态动力学方法，在生态因子长期定位监测和遥感动态监测的基础上，进行生态环境预报方法研究。
3.5.2.3 生态环境评估预警方法研究
通过长期定位监测和调查，建立生态环境对人体和其它生物环境影响的评价指标体系，及时发布生态环境预警信息。
3.5.2.4 生态环境信息服务产品制作与分发
建立人机交互的信息分析和产品制作系统。信息服务产品应融入现行的业务服务体系，通过卫星通信系统和Internet/Intranet实时向决策部门、媒体、内外网站发布。
3.5.3 3S集成技术在生态环境监测与信息服务中的应用研究
在已往工作的基础上，加强与国家卫星气象中心、中国科学院遥感所、大气所等部门的联系，引进或联合开发遥感资料在天气气候要素、大气化学成分、CO2、O3等方面的反演技术和业务化工作。
3.5.4 典型生态系统气候变化及影响研究
进行森林、农田、湿地、水域和城市等生态环境系统气候效应研究，为保护和合利利用生态资源、生态环境建设提供科学依据。
3.6 省市县任务分工
省以下各级气象部门生态环境监测和信息服务任务的设置，应该按照气象业务技术体制改革原则实现图3。
图3 生态环境监测与信息分工
3.7 保障措施
(１)
生态环境监测与信息服务应纳入基本业务与服务体系，加强标准化、规范化管理。
(２)
加强生态环境监测、研究和业务人员的培训，引进相关人才。
(３)
加强与水文、环保、国土资源、农业、林业、卫生防疫等部门的合作，实现部门间生态环境监测资源共享。
(４)
加强与有关院校、科研院所的合作研究，提高江西省气象部门生态环境监测与信息服务的科学水平。
4 结语
生态环境监测与信息服务是一个长期、复杂、综合性强的工作，做好这项工作，需要有高度的社会责任感和忧患意识，需要不断地学习新知识、新技能，需要我们从现在做起。气象部门在生态环境建设和保护中，应当处于辅助决策和信息保障的重要地位。特别是在基础性、公共性信息服务和长期规划、重大战略和事先决策方面，应处于不可缺少、不可替代的关键地位。
参考文献
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10 中国气象局总体规划研究室“生态环境”专题组．国内相关生态环境综合监测现状及分析[Ｊ]．气象软科学，2003，(1)．
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收稿日期：2003年07月16日
作者简介：魏 丽（1961－），女，高级工程师，博士在读，主要从事应用气象与遥感技术应用研究。 |
