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

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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