空间观测海上丝绸之路沿线海岸带资源环境格局
张丽1, 林珲2, Mazlan bin Hashim3, Dewayany Sutrisno4, Myint Myint Khaing4, Mohamad S. Hossain5, Zin Mar Lwin3, 张鸿生5, 朱岚巍2     
1. 中国科学院遥感与数字地球研究所 数字地球重点实验室 北京 100094;
2. 香港中文大学 太空与地球信息科学研究所 香港 999077;
3. 马来西亚理工大学 可持续环境研究所地理科学和数字地球中心 柔佛州新山市 81310;
4. 地理空间信息机构/印尼遥感学会 Cibinong 16911;
5. 甸曼德勒科技大学 遥感系 曼德勒 999091

海上丝绸之路是一个贸易路线网络,其正式建立于中国明代,借助商业连接了古代世界各区域,是一条通往现代化的道路,开通了贸易、商业和文化交流。“ 21世纪海上丝绸之路”是国际贸易和文化交流的海上通道,从中国东南沿海,经过中国南海和东盟诸国,穿过印度洋,进入红海,抵达东非和欧洲,途经亚非欧国家的25个主要港口。“ 21世纪海上丝绸之路”倡议的实施将深刻影响沿线区域或国家进一步融入全球经济,促进中国、东南亚和其他国家之间的互联互通。

作为“一带一路”倡议的重要组成部分,21世纪海上丝绸之路将通过优化海洋资源的获取方式发展当地海洋产业,开展合作,并鼓励产业、能源和资源开发领域的贸易和投资。对地观测具备信息量大、观测范围广、精度高、数据更新速度快等明显优势,将成为21世纪海上丝绸之路建设和规划的重要工具。2016年5月16日发布的《一带一路空间观测国际合作北京宣言》指出“一带一路”倡议是沿线各国应对未来发展挑战的一项重要举措。该《宣言》呼吁推行“数字丝路科学计划(DBAR)”,在科技领域展开合作,优化对地观测的使用,促进沿线地区的可持续发展。

D B A R海岸带工作组(简称“ D B A R-COAST”)是DBAR的7个工作组之一,将在多个领域为海上丝绸之路沿线国家之间的合作提供支持平台,以达到联合国SDG-14“保护和可持续利用海洋和海洋资源以促进可持续发展”的目标。DBAR-COAST工作组将致力于以交换空间数据和信息产品、技术及服务等的方式与海上丝绸之路沿线国家在海岸带和海洋资源及生态保护等优先领域进行合作,服务于可持续发展和管理。

DBAR-COAST工作组进展 任务和计划

DBAR-COAST工作组设定的宗旨:

(1)提升与合作国家组成的海丝之路网络,以提高获取海岸带和海洋环境监测、保护和管理方面的最新科学数据、技术和知识能力;

(2)充分利用对地观测的空间观测优势,用于研究“海上丝绸之路”沿线国家或区域沿海资源和环境(图 1)。

图 1 DBAR-COAST工作组宗旨:空间观测服务于“海上丝绸之路”

DBAR-COAST工作组的初步计划如下:通过国际合作建立研究人员、实践人员和政策决策者参与的国际网络;鼓励交流和共享对地观测数据和信息;联合研发海岸带相关卫星信息产品,服务于DBAR地球数据共享平台的发展;联合启动试点研究和示范项目,或针对典型地区或海上丝绸之路沿线国家制定一系列研究计划;组织和支持学者与学生的教育和培训,以提高参与组织的能力;加强与参与国各行业、学术界和专业部门的联系和协调;制定技术咨询报告,以支持各国使用地球大数据并促进“海上丝绸之路”可持续发展;提供参与方共同决定的其他合作形式。目前,DBAR-COAST工作组包括来自中国、印尼、马来西亚、缅甸、斯里兰卡和泰国6个国家的成员。DBAR-COAST工作组是开放的,“海上丝绸之路”沿线各国以及其他国家感兴趣的专家均可加入。

海岸带空间观测 生态系统监测

沿海生态系统,如珊瑚礁、红树林、盐沼、海带和海草对海洋健康至关重要,它们高产并且可以提供沿海保护。尽管如此,沿海生态系统却面临着严重的威胁。红树林在平衡热带和亚热带地区的区域生态系统方面起着重要作用,被认为是连接陆地和海洋生态系统的重要碳汇。然而,红树林生态系统遭受了严重的破坏。近年来,随着公众对红树林生态价值认识的提高,红树林湿地的恢复工作已经展开,并取得了一些进展。图 2显示了1991-2011年期间深圳后海湾红树林变化情况,后海湾的红树林面积显著增加,25年间从约100公顷增至350多公顷。

图 2 1991年(左)和2011年(右)深圳后海湾红树林分布
沿海环境管理

现有的港口和航道被认为是促进贸易提升的主要因素,一些海峡两岸的国家通过其航运基础设施和水道促进国际贸易和经济。但是,参与航运活动和沿海开发的国家往往过分关心直接的经济收益,而忽略了沿海和海洋生物的多样性保护。图 3显示了因沿海开垦工作导致的近期马来西亚柔佛海峡沿岸儒艮栖息地的时空变化。柔佛海峡的西端连接马六甲海峡东侧,东端通往南海西侧,受海上丝绸之路影响很大。

图 3 马来西亚柔佛海峡在多个时间点的变化。(a)近期儒艮的发现(2015年);(b)柔佛海峡的沿海开垦项目;(c)-(e)儒艮栖息地关于水深,海草生物量和距海岸线距离的概率模型;(f)最适宜儒艮生存的栖息地;(g)捕捞压力和儒艮保护 资料来源:Hashim等人,2017
沿海基础设施和海港开发

港口及港口城市在“海上丝绸之路”的建设中发挥着重要作用。在港口城市快速扩张的压力下,城市和海岸带的土地利用类型和环境发生了变化。作为海丝之路最重要的节点之一,斯里兰卡拥有着大型的人工港口和横跨印度洋最重要的运输中转站--科伦坡。基于Landsat和MODIS NDVI数据开展对科伦坡港土地变化情况研究,发现从1992-2016年(尤其是2010-2016年),科伦坡港呈现迅速扩张的趋势(图 4),同时科伦坡2016年建成的土地面积是1992年的3倍。随着城市化进程,2010-2016年的植被绿度总体呈现下降趋势,其显著降低的区域与城市显著扩张的区域表现出较高的一致性。

图 4 1992—2016年斯里兰卡科伦坡(a)城市建成土地面积;(b)港口;(c)植被绿度的变化情况
沿海经济追踪

对地观测技术可以提升“海上丝绸之路”沿线关于贸易、产品和服务枢纽的海运航道、运输航道沿线海洋和海岸带自然资源及其开采情况的观测能力,并且可以预测沿海航线贸易和资源的经济价值。可见光红外成像辐射仪(VIIRS)的昼夜云图观测通道(DNB)及以前采用的国防气象卫星计划线性扫描器(DMSP OLS)能够根据夜间可用的红外线辐射监测船只运动;综合运用船舶监测系统(VMS)与雷达卫星技术能够监测非法渔船,并帮助减少沿海航行非法捕捞造成的经济损失(图 5)。

图 5 非法、未上报的、无管制(IUU)捕捞监测 资料来源:Purnomo等人,2015
灾害监测

由于地貌原因,缅甸极易遭遇洪水、山崩、地震、火灾、飓风、风暴潮和海啸等自然灾害的袭击,且大部分的灾难性危害是由飓风和海啸造成的。在每年4-5月的季风前期和10-12月的季风后期,常常发生严重的飓风相关灾害,造成大雨、洪水和风暴潮。如今,缅甸与全球及地区性伙伴进行减灾合作,成为一个抗灾力强的国家。基于卫星数据的洪水监测已被证明是快速和精确获取淹没区域的有效方法(图 6)。

图 6 2016年7月14日卫星监测到的乡镇洪水水位强度 资料来源:Floods in Rakhine Sate, Myanmar: Situation Analysis Preliminary Report. United Nations Institute for Training and Research (Unitar, Unosat)
区域代表的认识和感受 马来西亚
Mazlan bin Hashim,马来西亚理工大学教授 马来西亚理工大学可持续环境研究所资深主任,地球科学与数字地球中心会员。他在行星与地球科学领域遥感应用方面是排名前三的作者之一,被马来西亚科学院誉为高级研究科学家之一

DBAR计划对马来西亚意义重大,有助于通过共享数据与方法,为基于地球观测的海洋和海岸带资源清查等提供可持续的服务。马来西亚理工大学、国家地理空间研究所和马来西亚遥感机构(遥感马来西亚)等研究机构都从事遥感研究。然而,这些机构均不具备处理地球观测元数据的公众门户。马来西亚理工大学和遥感马来西亚都有专门的体系来发展自己的研究计划;但是在制定研究计划时,均未充分考虑终端用户或管理者的需求。在海洋保护区的保护方面,缺乏终端用户互动机制。因此,需要制定一个可行的机制,使海岸管理者和其他利益相关者共同参与研究问题的诊断。建议DBAR-COAST工作组提出一个能实现上述互动的机制。

马来西亚理工大学独立处理地球观测数据的能力依旧有限。因此,倡议通过建立联合计算中心等在DBAR计划过程中形成一套成熟的独立运行单元。马来西亚理工大学可能成立一个专门的任务组来解决海洋生物学和生态学的研究问题。目前他们在对研究结果宣传上的一个主要限制因素就是缺乏组织架构。因此,DBAR-COAST工作组可在协调科研计划发展和监测进展两方面充分发挥能动力。

中国香港
林珲,香港中文大学教授 陈述彭地理与资源管理系地理信息科学教授,香港中文大学太空与地球信息科学研究所所长,是著名的国际华人地理信息科学协会(CPGIS)创始主席,亚洲遥感协会(AARS)理事会成员,国际自然与文化遗产空间技术中心(HIST)科学委员会成员,国际数字地球学会(ISDE)中国国家委员会副主席

“一带一路”计划将全面打开中国对外开放的大门,促进中国与其许多邻国和合作伙伴的长期经济合作。这一计划得到香港特区政府的大力支持。“海上丝绸之路”沿线的大多数国家主要位于热带和亚热带地区,空间观测技术为实施这一倡议显示了巨大的潜力,也面临一系列的挑战。与中高纬度地区相比,热带和亚热带地区呈现全年多云和多雨的气候特征,雨季非常长,即使在短期旱季也有丰富的降水。特别是“海上丝绸之路”沿线许多国家是发展中国家,遥感技术能力非常有限。因此,迫切需要建立一个探讨和促进该地区遥感技术应用和发展的综合平台。DBAR可为所有相关国家提供一个理想的平台,以促进“一带一路”倡议的实施。香港地面站的运营使中国香港地区能及时提供卫星数据以监察自身及周边地区的环境。香港站自2005年开始运作以来,对“海上丝绸之路”沿线国家的土地利用和基础设施、环境监测和灾害风险评估、城市和区域规划以及自然资源管理问题的调查等发挥了重要的作用。

印度尼西亚
Dewayany Sutrisno,印尼遥感协会主席 空间信息系统专业教授,海岸带管理学博士,有着深厚的遥感与环境空间建模背景。主要研究方向为空间规划,发展了多个灾害、环境及管理决策的空间模型

郑和将军带着美好愿景的海上航行,推动了遥感与对地观测技术在现代海上丝路经济领域的作用。古丝绸之路受坐标投影及人工绘图的影响,在经济价值估算上有很大的不确定性。遥感技术可收集“ 21世纪海上丝绸之路”沿线区域的地球物理、化学及生物信息,包含对空间数据的收集、分析以及呈现,同时还可用于自然环境与人居环境的监测和评估,从而以最小化的代价改善社会和经济福祉。对地观测技术的发展可为“ 21世纪海上丝绸之路”的经济价值评估等提供信息。通过遥感数据获得的船只信息并进而反演的贸易活动可为经济价值评估提供参考信息,还有其他诸如影响渔业和海洋资源生产力的经济评价方法。通过使用遥感影像反演的准确地图单元,许多方法可用于预测和评估“海上丝绸之路”沿线资源。

缅甸
Myint Myint Khaing,缅甸曼德勒科技大学副教授 缅甸曼德勒科技大学的副教授和遥感系主任。她本科和硕士均主修海洋科学专业,获得了University of Computer Studies, Yangon遥感技术系的博士学位。在遥感领域有超过15年的丰富研究经验,也是海洋科学与遥感协会的成员之一

提供可靠的对地观测数据是灾害风险管理过程中最艰巨的挑战之一。像缅甸这样的发展中国家,提供能够用于本国内减灾的数据和技术是巨大的挑战。“海上丝绸之路”建设将给缅甸的发展带来经济上的机遇,从而在这个国家的发展过程中起到重要作用。尽管在交流合作过程中会存在许多政策上的限制因素,但作为一个发展中国家,缅甸将会从中获得巨大的收益。由于缅甸面临着解决许多海岸线问题的挑战,同时缅甸国内港口分布在“海上丝绸之路”沿线的中部地区,因此缅甸在助力“海上丝绸之路”发展中也扮演着重要的角色。DBAR计划所关注的重点中政策因素是最重要的一点,其次如高速铁路之类的基础设施建设也是十分重要的关注点,其他诸如贸易往来、人文经济往来等方面同样不可忽视。

中国
张丽,中科院遥感与数字地球所研究员 海南省地球观测重点实验室副主任。2005—2008年,曾在美国地质调查局(USGS)地球资源观测与科学中心(EROS)担任环境科学家职务。共主持过10余项国家级和省级项目,发表超过80篇学术论文(其中40多篇SCI)。主要从事植被生态遥感、碳循环模拟和海岸带生态环境监测研究

“海上丝绸之路”的建设对港口吞吐量和运输功能需求将大幅度提升,进而导致主要港口城市的扩张。港口的快速扩张,加上港口城市人口变化和土地利用变化,将会对港口生态系统和环境带来巨大挑战。全球环境变化带来的海平面上升将会增加很多沿海地区的洪水风险,尤其是人口密集分布的低洼地区。沿海的快速发展会影响到海岸带的快速发展和海岸带的资源环境承载能力。“海上丝绸之路”沿线国家都将对其沿海和海洋生态系统的可持续发展和管理表现出极大兴趣。2015年10月,“海上丝绸之路空间认知国际研讨会”通过了《关于建立海上丝绸之路对地观测合作网络的意向书》和《关于开展海上丝绸之路建设国际合作的三亚宣言》(简称《三亚宣言》)。《三亚宣言》强调对地观测技术在应对减少贫困问题,降低国家之间的发展差距,防灾减灾,城市化,生态保护,自然资源管理和气候变化等方面的战略性贡献,这迫切需要提高“海上丝绸之路”沿线国家的对地观测技术。这些成果和共识促进了国际、国家和地区水平的DBAR-COAST网络建设。DBARCOAST工作组将重点促进中国与沿线国家或地区的合作,推广和展示地球大数据的应用,以支持沿海和近岸地方、国家和地区各级人民和经济的可持续发展。