【编者按】2015年7月，英国皇家学会发布《观测地球：关于英国环境观测的专家观点》（Observing the Earth：Expert views on environmental observation for the UK）报告。本文给出报告的决策者摘要和附图。

　　观测自然和人为建造环境对于英国非常重要，因为环境因素与我们的民族幸福、繁荣和安全紧密相关。稳健的观测系统对于理解、管理和预测环境变化至关重要。这样的观测对于支撑政府进行及时准确的科学决策，实现公众利益最大化亦非常重要。

　　关于城市和乡村发展对于生活质量的影响的认知只能通过全面、持续和不断更新的多源观测数据获得。环境系统的特性决定了观测不能仅限定在国家范围内，而是涉及地方、区域和全球各种尺度。综合环境观测也需要在各种时间尺度上进行，从短期事件的基于小时或天尺度的观测，到长期的气候和地质变化。

　　我们需要适应不断变化的环境，不断增加观测的参数和范围，以输入日益复杂的模型。从观测数据和模型获得的信息为政府部门进行基础战略、政策和战术决策提供了更为全面的资讯。这些决策可以在英国经济发展、公民健康和安全方面产生重大影响。

　　对于英国，有很多机会进行环境观测，包括部署星座（deploying constellations）和/或网络传感器、加强数据处理和存储能力、加强研究基础设施和基础技能等。本报告的目的是展示环境观测的现状以及未来。

　　环境观测曾用于减轻自然灾害影响。同时，环境观测可用于提高农业生产、城市规划、商业分析以及其他广泛的用途。为了告知政府部门观测的范围、价值和应用用途，本报告提供了专家概述。

　　本报告基于英国环境观测的优先事项，分为如下章节：（1）气候；（2）空气；（3）海洋和冰；（4）陆地和淡水；（5）自然灾害；（6）国际。每章均涉及该领域在未来5～10年的技术优势、机遇和挑战，并提供了这些观测如何帮助英国实现优先事项的案例。对于那些对环境观测不太熟悉的读者，以及那些希望深入挖掘技术背景的读者，本报告在附录中提供了技术入门知识。

　　每个主题领域都需要一系列来自不同平台的观测，包括卫星、航空和实地观测。报告在最后介绍了环境观测的价值及其国际背景。

　　（1）气候

　　《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）和政府间气候变化专门委员会（IPCC）一直强调，世界气候的变化以及人类活动对气候的影响是当代必须解决的重要问题。世界领导人和决策者的重要决策越来越依赖准确的全球环境观测。气候领域需要精确的可溯源的观测，以及解读长时间尺度上的微小变化的能力。

　　稳定的、持续的和精确的数据可以帮助政府制定有据可依的气候变化政策。这些观测需要确保长期性，才能提供趋势变化的信息，例如全球海平面上升的区域影响、温室气体的贡献以及空中交通对太阳辐射收支的影响等。

　　利用这些数据还存在很多挑战，不断增加的数据库需要存储、处理和转换成有用的信息产品。由于气候观测是全球性的和长期性的，需要建立互操作性的国际标准，使数据能够全球共享和使用。

　　随着搭载平台的发展，传感器和仪器技术迅速发展。为了实现效益最大化，迫切需要建立一个综合的持续的国际气候观测系统，在该方面英国可以发挥领导作用。

　　政策相关的信息举例：

　　• 趋势数据，例如海平面上升跟踪、极地冰帽和森林的缩减（图1）。

　　• 区域数据，确定特定区域问题以及量身定制的解决方案（图2）。

　　• 制定能达到理想效果的减缓和适应政策的数据。

　　• 合规性数据（Compliance data），支撑协议进展监测。

　　• 规划数据，为政府和商业规划者提供持续的及时的信息，以降低不确定性。

　　（2）空气

　　空气观测在国民生活质量和经济繁荣中发挥着重要作用，空气质量监测对于国家决策、基础设施规划和环境服务至关重要。政府决策需要来自空气观测的坚实证据，无论是在应对火山云、城市污染、交通管理还是天气预报中。英国在该领域拥有强大的研究能力，由英国气象局执行。

　　更加综合的大气和空气质量观测系统将为决策制定提供更好的证据支撑，同时，通过处理设备支撑，数据更容易获取，将为政府和商界用户提供更好的信息资讯。本报告列出了整合多源观测的系统设计和执行需要考虑的问题，以及支持未来观测和预报的展望。

　　实施成本-效益系统的国际合作是必要的，优化和维护长期观测、发展新系统和成本分担的合作是不可避免的。

　　政策相关的信息举例：

　　• 支持多部门规划的预报，例如交通、农业、保险、能源和保健。

　　• 高时空分辨率的空气质量数据，例如空气污染源属性。

　　• 合规性数据，监测条约进展，例如气候、平流层臭氧损耗、空气质量和污染转移条约。

　　• 降雨和风观测，提供早期预警和应对破坏性事件，例如洪水和风暴。

　　（3）海洋和冰

　　作为食物的重要来源以及气候驱动器，海洋环境对于英国国家安全和经济发展至关重要。来自各种平台的环境观测对于与海洋和冰相关的政策和监管非常关键。这些数据可以帮助我们监测海岸带、海平面高度、冰盖变化、海洋生物和其他。

　　与先进的数据分析和模拟相结合，这些观测对于提取信息非常有用。然而，当前对海洋和冰的卫星观测还非常有限，需要实地表面下观测（in situ subsurface measurements）作为补充。通常，海洋和冰都采样不足，因为其时空尺度变化很大，因此提高观测水平很必要。

　　利用海洋和冰观测还存在很多挑战。需要建立起“价值链”，以确保相关信息能够送达关键用户和利益相关者。当前，持续的海洋和冰观测的职责和资金来源尚不明确。为了确保最好地利用这些数据，需要发展基础技能以收集合适的数据，并将之“翻译”成决策者可用和可访问的信息。

　　政策相关的信息举例：

　　• 海洋预报。

　　• 盐度和温度观测以评估海洋环流。

　　• 实时追踪船舶位置，例如观测国家渔业队活动、海盗行为。

　　• 海洋颜色监测，以评估海洋生物，例如检测有害的藻华。

　　• 海岸带区域海平面、浪高和风速观测，可提高海岸洪水预报水平。

　　（4）陆地和淡水资源

　　智能的城乡政策，如果框架正确，可以使英国优化使用有限的土地和淡水资源。这依赖于陆地观测系统，该系统使用者覆盖广泛的领域，包括资源管理、城市规划、农业、林业、水路、地形制图、土地使用权和国际区监测等。

　　认识陆地观测系统潜力的通常障碍包括：不同的国家和国际观测技术方法阻碍了互操作性和数据共享、对日益复杂的观测技术缺乏理解和整合能力、政府部门之间的数据共享有限、缺乏数据处理专业知识以萃取信息和与决策者共享信息的有效途径。

　　本报告确定了未来加强土地观测系统的五个步骤。随着数据连续性规划，目前的观测可以更好地整合进操作系统（operational systems）。欧洲哥白尼计划的好处应该在英国的国家优先事项中得以充分利用。新技术可以用来集成系统和建立冗余（例如部署低成本传感器和创建传感器网络的组合）。可以开发和利用新的数据处理方法。国家资源和环境观测的能力可以更好地联合起来，以满足英国的观察需求。

　　政策相关的信息举例：

　　• 光学成像提供作物生长状况评估（图3）。

　　• 土壤水分观测结果可以显示随着土壤类型、气候和植被的变化所呈现的土壤水分和温度的变化（图7）。

　　• 卫星和航空影像结合地面调查可以跟踪森林的变化轨迹（图5-6）。

　　• 立体、多视角航空成像与激光雷达一起，映射和重新映射城市和城区，生成三维城市模型构架（图4）。

　　• 基于车辆的探地雷达和激光雷达技术用于再堆焊操作的路面管理评估。

　　（5）自然灾害

　　自然灾害会对人类健康、公共安全、基础设施和环境服务等产生深刻的环境和经济影响。例如，2013/14年冬天发生的恶劣的天气，使13000多户居民和商户受到影响，造成公路、铁路和防洪设施的严重损坏。到2080年，英国因洪灾造成的损失每年可能超过270亿英镑。

　　环境观测是预测、监测、响应和评估自然灾害恢复的关键。英国面临的挑战是扩大自然灾害风险管理的重点，从早期预警系统到一个更为全面和综合的方法，更强调减少风险和防范。对于英国来说，这一愿景成功的关键是测量相关的环境要素。有一个有效的手段监测自然灾害事件和影响，使观测和产品可实时获得用于预报，以及为社区和政府决策者提供建议和信息至关重要。

　　环境观测需要解决那些可能影响英国政策优先事项的国内和国际灾害。以协调的方式应对自然灾害，英国应该展示这方面的领导力。为使英国在高影响自然灾害研究领域保持前沿地位，对于环境观测的未来发展，政府的支持是非常重要的。

　　政策相关的信息举例：

　　• 气象数据、土壤水分和地表水状态是用来衡量河流水位和流量的数据，可以帮助预报洪水。

　　• C波段天气雷达或雨量计的降水观测。

　　• 天基雷达高度计绘制海平面地形、海面的丘陵和山谷。

　　• 监测森林火灾和测绘洪水范围的卫星图像。

　　• 卫星雷达干涉测量监测构造和火山过程。

　　（6）国际

　　获取地理空间数据和服务与各种经济和政策目标相交织。环境观测对于实施土地使用权、国际援助、粮食安全、难民、减少灾害风险和适应气候变化等问题至关重要。英国在其中许多方面都起着重要的作用，对于全球观测系统如何使用，以帮助解决国际环境政策问题，英国做出了重要贡献。

　　国际合作对于获得全面的数据集和科学利用环境观测也至关重要。英国必须继续开展合作建设新的能力，确保系统和方法的互操作性，以实现环境观测在政策、科学、创新和贸易方面的效益。获得国际数据集还依赖于英国能够通过国家环境观测能力做出宝贵的贡献。

　　需要大力发展那些需要从国外收集的对于英国至关重要的数据，以及当前计划中没有涵盖的数据。在这种情况下，应与国际宪章“空间和重大灾害”（Spaceand Major Disasters）国际伙伴一道，推动国际社会以与英国同样的方式积极共享资源、专业知识和能力。英国也有机会通过提供政策和商业活动信息，在提供商业服务方面处于领先地位。在为各部门提供终端到终端的服务方面，英国拥有显著的出口和经济增长潜力。

　　对环境观测的关键考虑：

　　• 对未来的规划基于理解过去、现在和环境趋势。

　　• 广泛的观测系统是我们当前理解自然和人为建造环境的基础。

　　• 英国在收集和利用观测数据方面拥有强大的历史成果和能力。

　　• 观测的机会和手段由于快速发展的技术而迅速增长。

　　• 维持和扩大数据收集能力，与更好地利用跨政府部门的数据集一道，应该成为确保国家幸福、繁荣和安全的优先事项。

　　相关国际背景：

　　• 许多与英国利益相关的数据源是在国际平台上产生和协作的。

　　• 观测系统的潜在政策和经济利益往往与国家利益和国际政治背景联系在一起。

　　• 一些政策和法律方面的环境观测系统只能在国际背景下得到解决。

　　• 许多国际协定和任务依赖于高质量、不断更新的地理空间数据。

　　（7）结论

　　快速发展的技术和数据可获取性正在使环境观测发生转变，为英国提高环境观测能力创造了机会。利用正确的观测基础设施、基本技能和国际伙伴关系，从这些系统收集的信息可以推动社会政策和经济增长议程。

　　对于致力于开发信息产品和服务的企业家和中小企业（SMEs）而言，更好地获得数据和确保数据的连续性是至关重要的。维持服务和研究，并在未来的监测和预测中取得必要的进展需要稳定且长期的资金支持，以及配套的明智的观测方法管理政策。对自然环境理解的提高，加上更强的天气、气候和相关灾害的预测能力，为确保英国工业在不断发展的全球市场中处于强有力的地位创造了机会。

　　本报告揭示了在成功利用环境观测系统方面的一些至关重要的共同因素：

　　• 整合各种观测能力和模型的综合系统。

　　• 从研究到业务部署过渡的新技术。

　　• 在政府部门、机构和商业实体间共享公共和私人观测数据。

　　• 为更好的数据开发提高数据分析技术和对信息的获取能力，以产生可执行的知识，特别是在政府部门层面。

　　• 提高劳动力的技能，以利用数据和开发新的传感器，延长或减少环境观测的成本。

　　• 国际合作，确保地理空间数据能够应用于国家和国际优先事项。