HJ 1213—2021 滨海核电厂温排水卫星遥感监测技术规范（试行）.pdf

1、中华人民共和国国家生态环境标准 HJ 1213 2021 滨海核电 厂温排水 卫星遥感 监测 技术 规范（试 行） Technical specification to thermal discharge monitoring for coastal nuclear power plants based on satellite remote sensing （on trial ） 本电子版 为正式 标 准文本， 由生态 环 境部环境 标准研 究 所审校排 版。 2021-11-26 发布 2022-03-01 实施 生 态 环 境 部 发 布 HJ 1213 2021 i 目 次 前 言 .

2、 ii 1 适 用范 围 . 1 2 规 范性 引用 文件. 1 3 术 语和 定义 . 1 4 任 务目 标与 要求. 2 5 技 术流 程与 方法. 2 6 质 量控 制 . 6 7 成 果形 式要 求. 6 附录 A （ 资料 性附 录） 滨海核 电厂 温排 水卫 星遥 感监测 产品 示例 . 8 HJ 1213 2021 ii 前 言 为贯彻 中华 人民 共和国 环境保 护法 中华 人民 共 和国海 洋环境 保护 法和 中华 人民共 和国 核 安全法 ，指 导滨海 核电 厂 温排水 卫星遥 感监 测工作 ，规范 滨海核 电厂 温排水 卫星遥 感监测 方法 ，制 定 本标准 。 本标准

3、规定 了滨 海核 电厂 温排水 卫星 热红 外遥 感监 测的技 术流 程与 方法 。 本标准 的附 录 A 为资料 性 附录。 本标准 为首 次发 布。 本标准 由生 态环 境部 核电 安全监 管司 、法 规与 标准 司组织 制订 。 本标准 起草 单位 ：生 态环 境部卫 星环 境应 用中 心 。 本标准 生态 环境 部 2021 年 11 月 26 日 批准 。 本标准 自 2022 年 3 月 1 日 起实施 。 本标准 由生 态环 境部 解释 。HJ 1213 2021 1 滨 海核电 厂温排水 卫星遥 感监测技 术规范 （试行） 1 适用范围 本标准 规定 了滨 海核 电厂 温排水

4、卫星 热红 外遥 感监 测的技 术流 程与 方法 。 本标准 适用 于滨 海核 电厂 温排水 产生 的表 层海 水热 影响的 监督 性监 测。 其他向 水体 排 出 工业 用水 产生的 热影 响监 测可 参 照 本标准 执行 。 2 规范性引用 文件 本标准 引用了 下列 文件或 其中的 条款。 凡是 注明日 期的引 用文件 ，仅 注日期 的版本 适用于 本标 准 。 凡是未 注日 期的 引用 文件 ，其最 新版 本（ 包括 所有 的修改 单） 适用 于本 标准 。 GB 3097 海水水 质标 准 GB/T 13989 国家基 本比 例尺 地形 图分 幅和编 号 GB/T 15968 遥感影

5、 像平 面图 制作 规范 GB/T 34514 陆地观 测卫 星遥 感数 据分 发与用 户服 务要 求 HJ 1037 核动力 厂取 排水 环境 影响 评价指 南（ 试行 ） 3 术语和定义 下列术 语和 定义 适用 于本 标准。 3.1 温排水 thermal discharge 用于输 送废 热的 冷却 水和 工业过 程用 水， 其水 温高 于排放 区自 然水 体的 温度 。 来源：HJ 1037 2019, 3.9 3.2 潜排区 potential thermal plume area 温排水 在空 间上 可能 出现 的温升 包络 范围 ，即 潜在 可能发 生温 排水 排放 的范 围

6、。 3.3 基准温 度 reference temperature 为客观 提取 和评 价温 排水 的影响 区域 和强 度而 设定 的一个 评价 基准 ，以 符 号 T 0 表示 。 3.4 温升区 temperature rising area 由温排 水引 起的 受纳 水体 温度超 过该 区域 自然 水体 温度的 范围 。 3.5 离散多 点平 均法 average temperature method of multi-discrete points 当具 备 0.5 潜 排区 边界 线时 ， 以 该边 界线 为参 考 ， 否 则以 当前 影像 不少 于 100 km 2 范围 内高 于

7、遥 感反演 平均 温 度 0.5 区 域的边 界线 为参 考， 在 参 考边界 线 外 200 m 500 m 缓冲区 内， 按相 等间距 布HJ 1213 2021 2 设基准 参考 位置 ， 将 此基 准 参考位 置 内 遥感 反演 的平 均温度 作为 基准 温度 的方法 ， 称 为离 散多 点平 均 法 。 注：离散多点平均法属于位置参考类型的方法，每景影像独立提取。 3.6 临近区 域替 代法 average temperature method of adjacent replaceable area 在遥感 反演 历史 温度 数据 统计基 础之 上， 选 定 0.5 潜排区 之外

8、的最 为相 近的 临近稳 定区 域作 为 基 准参考 位置 ， 将 此基 准参 考位置 内遥 感反 演 的 平均 温度作 为基 准温 度 的 方法 ，称为 临近 区域 替代 法 。 注：临近区域替代法属于位置参考类型的方法，每景影像独立提取。 3.7 海湾平 均温 度法 average temperature method of gulf area 在海湾 空间 范围 内， 将 扣 除潜排 区范 围后 遥感 反演 的 平均 温度 作为 基准 温度 的 方法 ， 称 为海湾平均 温度法 。 注：海湾平均温度法属于数值统计类型的方法，每景影像独立提取。 4 任务目标与 要求 4.1 任务目标 利用

9、卫 星热 红外 遥感 数据 ，反演 获得 核电 厂附 近海 表温度 ，依 据 5.2.6 获得 相 应的基 准温 度， 并 根 据 5.2.7 从 热红 外遥 感监 测 的海表 温度 结果 中提 取温 排水空 间范 围和 不同 强度 空间分 布。 4.2 监测指标 本标准 的 监 测指 标有 两个 ： a ） 温 排水 表层 温升 空间 分布范 围； b ） 不 同温 升 强 度表 层分 布面积 。 4.3 遥感数据源 要求 核电厂 温排 水遥 感监 测对 热红外 卫星 遥感 数据 源的 要求应 满足 如下 条件 ： a ） 空 间分 辨率 ：根 据实 际情况 选用 ，至 少能 获取 一级温

10、升强 度（ 见 表 1 ） 影响的 空间 范围 ； b ） 波谱 范围 ： 海表温 度 反演选 择 8.0 m12.5 m 谱段范 围 ， 水 陆分 离宜 选 择 0.39 m2.53 m 谱 段范围 ； c ） 噪 声等 效温 差：8.0 m12.5 m 谱段 的噪 声等 效温差 宜0.5 K ； d ） 绝 对辐 射定 标精 度：8.0 m12.5 m 谱段 的绝 对 辐射定 标精 度宜 1 K ； e ） 数 据范 围： 应完 全覆 盖核电 厂温 排水 潜排 区； f ） 云 量： 核电 厂潜 排区 上空的 云层 覆盖 率不 宜超 过 5% ； g ） 其他 ： 应避 免有 条带 的 数

11、据参 与处 理 ， 或 采用 影 像官方 发布 单位 提供 的条 带修复 方法 处理 后的 无条带 数据 。 5 技术流程与 方法 5.1 监测技术流 程 核电厂 温排 水卫 星遥 感监 测技术 流程 见 图 1 。 HJ 1213 2021 3 空间裁剪 几何校正 绝对辐射定标 水陆分离 单通道海表温 度反演 基准温度提取 温升区分布 提取与统计 遥感数据 多通道海表温 度反演 满足质量要求的 热红外谱段数量 1 海面同步测量 相对偏差验证 不同温升强度 及分布面积 否 是 图1 核电 厂温 排水 卫星 遥感监 测技术 流 程图 5.2 监测技术方 法 5.2.1 空间裁剪 空间裁 剪范 围

12、设 定技 术要 求如下 ： a ） 以 核电 厂温 排水 排放 口为中 心， 空间 上应 完全 覆盖温 排水 影响 区域 ； b ） 应 兼顾 制图 时表 达周 边标志 性地 理要 素需 求， 适当扩 展空 间裁 剪范 围。 5.2.2 几何校正 几何校 正技 术处 理要 求如 下： a ） 宜采用 WGS84 UTM 、西 安 80 、CGCS2000 等 常用的 投影 方式 ； b ） 宜 采用 参考 影像 或空 间点位 坐标 信息 进行 几何 校正， 校正 精度 应控 制 在 1 个像 元以 内 。 5.2.3 绝对辐射定 标 绝对辐 射定 标技 术操 作步 骤如下 ： a ） 从 卫星

13、 数据 头文 件或 卫星官 方网 站获 取不 同谱 段对应 的绝 对辐 射定 标系 数； b ） 利 用卫 星给 定的 绝对 辐射定 标公 式， 将图 像灰 度值转 换为 表观 辐亮 度。 5.2.4 水陆分离 水陆分 离技 术处 理要 求如 下： a ） 对 于不 受潮 汐影 响的 固定水 岸， 通过 固定 边界 线进行 水陆 分离 ，获 取水 陆掩膜 ； b ） 对 于易受 潮汐 影响的 水岸， 每景影 像单 独利用 可见光 、近红 外及 热红外 影像， 通过监 督分 类 、 水体指 数、 角距 相似 度指 数等， 获取 水陆 掩膜 。 HJ 1213 2021 4 5.2.5 海表温度反

14、 演 5.2.5.1 基本 要求 根据传 感器 热红 外谱 段本 身数量 ， 以及 各谱 段绝 对 辐射定 标精 度 、 噪 声等 效 温差能 否达 到要 求 （见 4.3 c ） 、d） ）， 选择 单 通道 海表温 度反 演方 法或 多通 道海表 温度 反演 方法 （ 见 5.1） ， 条件 同时 满足 时， 优 先使用 多通 道海 表温 度反 演方法 。对 于典 型的 海表 温度反 演方 法具 体技 术步 骤 见 5.2.5.2 、5.2.5.3 。 5.2.5.2 单通道海表 温度 反演 只有一 个热 红外 谱段 的卫 星遥感 数据 采用 单通 道海 表温度 反演 模型 ， 单 通道

15、海 表温度 反演 模型 宜 采 用辐射 传输 方法 ，技 术步 骤及要 求如 下： a ） 依据 大 气辐 射传 输模 型，计 算大 气透 过率 、大 气上行 辐射 和大 气下 行辐 射三个 基本 参数 ； b ） 按 照公 式 （1） 计算 经 海表发 射率 校正后 的等 效黑 体 辐亮 度 ， 即海 表温 度为 T s 的黑 体辐 亮度 。 L (1 ) down s sensor up L T LL （1 ） 式中 ：L(T s ) 等效 黑体 辐亮度 ，W/(m 2 sr m) ； T s 遥 感影 像反 演的 海 表温度 ， ； L sensor 表 观辐 亮度 ，W/(m 2 sr

16、 m) ； L up 大气 上行 辐亮度 ，W/(m 2 sr m) ； L down 大气 下行辐 亮度 ，W/(m 2 sr m) ； 大 气透 过率 ，无 量纲 ； 海表 比辐 射率 ，无 量 纲 。 c ） 按 照公 式 （2） 和 公式 （3） 建立 热红 外谱 段黑 体 温度 T i 与 等效 黑体 辐亮 度 B eff( T i) 查找表， 从中 查找海 表的 等效 黑体 辐亮 度 L(T s ) 对应 的海 表温度 T s 值，实 现等 效黑 体辐 亮 度 向 温 度 的 转 换 。 建表过 程中 ，温 度步 长 取 0.1 K ，温度 区间 涵盖 273.15 K 至 318

17、.15 K ，即 0 至 45 。 max min max min () () , i eff i f f BT BT （2 ） 式中：B eff (T i ) 黑 体温 度 为T i 时 的等 效黑 体辐 亮度 ，W/(m 2 sr m) ； ( ) 通道 响应 函数 ，无 量纲； min , max 通道响 应 的波长 区间 ，m ； B( ,T i ) 温度T i 、 波长 的黑体 辐亮 度 ，W/(m 2 sr m) ； 5 1 2 / , exp / 1 i i c BT cT （3 ） 式中：B( ,T i ) 温度T i 、 波长 的黑 体辐 亮度 ，W/(m 2 sr m) ；

18、 通道 响应 的波 长 ，m ； T i 黑体 温度 ， ； HJ 1213 2021 5 c 1 常 数项 ，取 值1.19104 10 -16 W/(m 2 sr) ； c 2 常 数项 ，取 值14387.7 m K 。 5.2.5.3 多通道海表 温度 反演 具有两 个及 以上 热红 外谱 段的卫 星遥 感数 据宜 采用 多通道 进行 海表 温度 反演 ， 多通道 海表 温度 反 演 宜采用 劈窗 算法 形式 ，以 两个谱 段数 为例 ，其 他多 个谱段 数可 同理 参考 ，技 术步骤 及要 求如 下： a ） 利用 等效 黑体 辐亮 度- 温度查 找表 ， 将两 个热 红外 谱段的

19、表观 辐亮 度 L sensor 分别转 换为 表观亮温； b ）按 照公 式（4 ）将 两个 热红外 谱段 的表 观亮 温转 换为海 表温 度。 T s =A 0 +A 1 T i1 +A 2 T i2 （4 ） 式中 ：T s 遥感 影像 反 演的海 表温 度， ； T i1 谱段i1 的 表观 亮温 ，K ； T i2 谱段i2 的 表观 亮温 ，K ； A 0 、A 1 、A 2 与 传感 器 相关的 反演 模型 系数 。 5.2.6 基准温度提 取 对于同 一个 核 电 厂， 遥感 监测温 排水 基准 温度 提取 方法 应 保持 一致 ， 基 准温 度提取 方法 包括 位 置 参 考

20、类型 （ 见 3.5 、3.6 ）和 数值统 计类 型（ 见 3.7 ） 。 技术步 骤及 要求 如下 ： a ） 判 别海 域类 型， 选择 相应的 基准 温度 提取 方法 ： 1 ） 开放 式海 域 ： 采 用位 置 参考类 型方 法 ， 判 断核 电 厂首台 机组 首次 临界 前是 否存在 至少 一年 热红外 遥感 影像 数据 ， 若 存在则 采用 临近 区域 替代 法获取 基准 参考 位置 ， 若 不存在 则 采 用 离散多 点平 均法 获取 基准 参考位 置。 2 ） 半 封闭 式海 域： 采用 数值统 计类 型方 法， 即海 湾平均 温度 法。 b ） 根 据选 定的 基准 温度

21、提取方 法， 从待 监测 海表 温度反 演结 果影 像上 提取 或统计 基准 温 度 T 0 。 5.2.7 温升区分布 提取 与 统计 依据遥 感反 演的 海 表 温度 ， 按照 公式（ 5 ） 提 取温排 水的 温 升区 分布 ， 并 通过 分级来 标识 温升 强 度 ， 分级规 范参 见 GB 3097 对 水温温 升的 等级 要求 。温 升强度 分级 及专 题图 对应 的色标 （RGB 值） 参见 表 1 ，成 果报 告内 容示 例 参 见 附录 A 。 T=T s T 0 （5 ） 式中： T 温升 ， ； T s 遥 感影 像反 演的 海 表温度 ， ； T 0 遥感 影像 提取

22、的基 准温度 ， 。 根据各 级温升 水 体所 占的 像元数 及影 像的 空间 分辨 率大小 ，计 算各 级温升 的 分布面 积 和 所占 比例 。 表1 温升 强度 分级 与制 图规范 温升强度 逐级强度 累计强度 温升范围（ ） R 值（红） G 值（绿） B 值（蓝） 温升范围（） 一级温升 +1 ，+2 ） 255 255 0 1 二级温升 +2 ，+3 ） 255 0 195 2 三级温升 +3 ，+4 ） 255 170 0 3 四级温升 +4 ，+5 ） 255 0 0 4 五级温升 5 115 0 0 5 HJ 1213 2021 6 5.2.8 海面同步测 量 利用有 效海

23、面同 步测 量试 验， 进 行卫 星遥 感监 测与 海面同 步测 量试 验的 比对 与互验 。 海 面同 步 测 量 技术要 求如 下： a ） 应 不早 于 卫 星过 境前 2 h 且不 晚于 卫星 过境 后 2 h ，完成 海面 星地 同步 测量 试验； b ） 测 量范 围应 覆盖 全部 潜排 区 ，测 量点 位应 “近 密远疏 ” ， 即越 靠近 排水 口 测量点 位越 多； c ） 测量 距 水面 0 cm 50 cm 深度处水 体温 度， 同一 点位测 量频 率应 不低 于 5 次； d ） 同 步定 点测 量试 验时 段内的 水体 温度 序列 ， 并 利用该 序列 对测 量试 验

24、的 水体温 度进 行自 然 变 化 校准。 5.2.9 相对偏差验 证 海面同 步测量 结果 与遥感 监测结 果采用 相对 偏差值 来评估 二者一 致性 ，相对 偏差按 照公式（6 ）计 算，总 面积 相对 偏差 宜 在 15% 以 内。 S = | | 100% （6 ） 式中： S 总面 积相 对偏 差，无 量纲 ； S RS 遥感 监测 的温 升总 面积或 各强 度面 积，km 2 ； S FE 海面同 步测 量的 温 升总面 积或 各强 度面 积，km 2 。 6 质量控制 不同技 术环 节质 量控 制主 要指标 要求 如下 ： a ） 空 间裁 剪： 不同 时相 影像裁 剪后 空间

25、范围 应保 持一致 ； b ） 几 何校 正： 满 足 5.2.2 b ） ； c ） 绝对辐射 定标： 采用 最接近卫星 过境时 刻发布 的绝对辐射 定标系 数，绝 对辐射定标 精度应 1 ； d ） 水 陆分 离： 水陆 混合 像元应 划归 为陆 地部 分； e ） 海 表温 度反 演： 宜采 用相对 精度 进行 评估 ，相 对精度 应0.5 ； f ） 基 准温 度提 取： 同一 电厂应 采用 同一 基准 温度 方法， 基准 温度 提取 的准 确 性采用 5.2.9 进行评 估 和验 证； g） 温升 区分 布提 取与 统 计： 不同 级别 温升 区空 间 上不得 交叉 重叠 ， 同一

26、级 别温升 区在 空间 上应 保 持连续 ； h ） 海面 同步 测量 ： 海面 同 步测量 所使 用的 仪器 设备 应定期 进行 维护 和校 正 ， 质量管 理应 遵循 所在 实验室 质量 管理 体系 的相 关要求 ； i ） 相对 偏差 验证 ：对 于 不满足 5.2.9 精 度指标 要 求的遥 感监 测结 果， 应重 新调整 基准 温度 提取 方 法。 7 成果形式要 求 7.1 滨 海核 电厂 温排 水卫 星遥感 监测 工作 成果 应包 括：监 测数 据、 专题 图以 及报告 等。 7.2 监 测数 据应 包括 原始 遥感数 据 、 预 处理 后遥感 数 据、 海表 温度 反演 结果数

27、 据 和 温升 监测 结果 数据 ， 相关要 求 见 GB/T 34514 和 5.2.7 表 1。 7.3 专 题图 制作 应符 合 GB/T 13989 和 GB/T 15968 的规定 ， 具 体作 法可 参 见 附录 A 图 A.1 。 HJ 1213 2021 7 7.4 报告编 制应 包括 监测 区域内 容与 指标 、数 据来 源和成 果内 容等 信息 。 HJ 1213 2021 8 附 录 A （资料 性附 录） 滨海核 电厂 温排 水卫 星遥 感监测 产品 示例 图 A.1 给出 了某核电 厂某 次温排水遥 感监测温 升空 间分布及各 等级温升 的逐 级强度分布 。表 A.1

28、 给出了 基于 该次 卫星 遥感 监测结 果逐 级强 度的 面积 和比例 统计 ， 表 A.2 给出 了 基于该 次卫 星遥 感监 测 结 果累积 强度 的面 积和 比例 统计 。 图A.1 某 核电 厂温 排水 遥感监 测 温 升分 布 表A.1 某 核电 厂 遥 感监 测逐级 温升 强度 统计 温升强度 面积（km 2 ） 面积比例 （% ） 一级温升 0.68 47.55 二级温升 0.54 37.76 三级温升 0.14 9.79 四级温升 0.06 4.20 五级温升 0.01 0.70 HJ 1213 2021 9 表A.2 某 核电 厂遥 感监 测累积 温升 强度 统计 温升强度 面积（km 2 ） 面积比例（% ） 一级温升 1.43 100 二级温升 0.75 52.45 三级温升 0.21 14.69 四级温升 0.07 4.90 五级温升 0.01 0.70