进入人类世以来，强烈的气候变化及人类活动引起地球表层环境发生重大变化，各类灾害事件持续增加^［1-2］，呈现覆盖地域广、发生频率高、影响范围大、经济损失重的特点，严重影响了人与自然的和谐与可持续发展^［3-4］。防灾减灾成为了世界共同关注的命题，同时也是新时代中国社会经济健康稳定发展的重大战略需求。开放科学时代，如何通过有效的合作充分调动并发挥不同国家和社会团队在重大自然灾害应急响应方面的能力，成为国际社会关心的热点命题^［5］。

大多数情况下，自然灾害往往不是以单一形式存在，而是以灾害链的形式存在，即一种自然灾害引发一系列次生灾害现象^{［3， 5-6］}。这在一定程度上增加了应急和处理自然灾害时的难度，更加全面的数据支撑能力以及灾害认知能力显得尤为重要。遥感技术的出现和发展为人类认识和探索自然界提供了重要技术手段^［7］。多源遥感数据观测范围广、时效性强、信息内容综合的特点为透彻认知灾害孕育、发展和演变规律并开展灾害应急响应提供了独特的对地观测多维视角^{［4-5， 8］}。

在联合国的倡导与推动下，基于遥感技术的全球性自然灾害治理取得一定进展和成效，形成了一系列应急响应机制^［9-10］，如空间与重大灾害国际宪章（CHARTER）^［11］、联合国训练研究所业务卫星应用项目（UNITAR/UNOSAT）^［12］、哥白尼应急管理服务（CEMS）^［13］、亚洲哨兵（Sentinel Asia）^［14］、联合国灾害管理与应急反应天基信息平台（UN-SPIDER）^［15］等。然而受自然灾害复杂性、多变性、地域性等特点的影响，全球应急保障能力面临诸多新挑战，特别是广大发展中国家利用空间技术开展灾害应急响应的能力还有待提升^{［1，3-4，8］}。

地球观测组织（GEO）是地球观测领域最大的政府间国际合作组织，是我国开展国际科技合作、践行人类命运共同体和地球生命共同体理念的重要平台。GEO一直将防灾减灾列为其优先发展事项之一，希望通过促进遥感等地球观测技术的发展支持落实《仙台减灾框架》，为全球灾害预警、应急响应和灾损评估提供服务。我国作为GEO的创始国之一和联合主席国，一直致力于建设中国地球观测系统，并依托该系统完善全球重大灾害应急响应工作。

本文在系统梳理多源遥感数据在重大自然灾害应急响应中的价值、当前国际重大自然灾害应急响应机制与不足等基础上，基于GEO的灾害治理理念，提出了中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制理论框架，并阐述明了中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制的优势。最后，结合汤加火山喷发和土叙地震两个应急响应案例阐述了中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制的应用成效。

忧思科学家联盟（The Union of Concerned Scientists， USC）卫星数据库统计结果显示（更新至2022年5月1日，https： ∥www.ucsusa.org/resources/satellite-database），全球目前在轨卫星有5 465颗，包括美国3 433颗，中国541颗，英国488颗，俄罗斯172颗，其他国家831颗。其中，低轨道卫星有4 700颗，中高轨道卫星有140颗，地球静止轨道卫星565颗，椭圆轨道卫星60颗。这些不同运行轨道和不同类型的卫星在太空中形成强大的对地观测能力，为重大自然灾害应急响应提供了丰富而多源的遥感数据和决策支撑依据。回顾近年来重大自然灾害应急响应中多源遥感数据的科学价值，可总结为以下几个方面：

卫星遥感监测具有观测视域广、数据采集快、可连续并重复观察等特点。在空间尺度上，卫星遥感已经形成了从全球到国别到地区到地方的全覆盖观测能力。以遥感数据图像中地理位置信息为媒介，多源卫星遥感数据产品在不同空间尺度上对应形成了从低到高空间分辨率数据产品^［16-20］。在时间尺度上，多星合作缩短了卫星遥感重访周期，数据产品已经形成从年到月到半月到日到小时的全覆盖能力。

重大自然灾害的复杂性和链生性决定了遥感技术在防灾减灾救灾过程中需要多源遥感协同合作^{［3， 5］}，以便提供更加全面的数据支撑和决策服务。基于多平台、多传感器获取的遥感数据，受云、雨等天气因素干扰减少，时空分布更加连续，可以为重大自然灾害提供更为全面、详实的灾害监测信息^［21-23］。

开放科学时代，多源异构数据融合分析、实时智能数据挖掘处理、有用数据反馈等研究方向已成为主流。随着计算机存储、算力、云计算等技术的不断发展^［24］，多源异构数据融合计算成为现实，大大提高了重大灾害应急响应的能力。与此同时，随着机器学习/深度学习算法的不断演化，多源异构信息的数据挖掘也在重大灾害应急响应中发挥了巨大作用^{［4， 26］}。

进入新世纪以来，全球自然灾害和生产安全事故发生频率呈现增加趋势，对全球各国可持续发展造成巨大的威胁^［8］。为积极应对不断增加的重大自然灾害等事件，全球和区域合作机制应运而生，并在突发事件全流程管理中发挥了重要作用。尽管当前重大自然灾害应急响应合作机制呈现不断丰富和完善的发展态势，然而，现有运行机制仍存在一些不足，主要体现在以下3个方面：

（1）应急响应程序启动多取决于用户权限和灾害发展程度。CHARTER和CEMS是全球范围内运行效率和服务稳定的两个代表性合作机制。CHARTER的应急启动必须满足两个基本条件：一是请求灾害监测方必须是其具有启动资格的授权用户；二是确定灾害已经发展到一定程度^［9］。CEMS的应急启动则需要授权用户填写申请表并通过电子邮件发送至欧洲响应协调中心，同时还需要电话确认^［9］。若审查不合格，CEMS有权拒绝启动应急响应。当前应急响应程序的复杂性也间接反映了其在灾害应急响应时效性方面的短板。

（2）参与应急响应机制需签署政府或主管部门合作协议。例如，CHARTER成员是通过签署协议加入的。其明确指出加入各方是在自愿的基础上开展合作，成员之间享有资源开放共享的权益。但若受灾国家/地区不是CHARTER的成员单位，则需要依靠成员单位间接申请参与应急干预^［9］。随着对地观测技术与信息地理学的不断发展，大量有应急减灾能力的非成员单位无法在现有机制中发挥自身优势。

（3）应急响应数据和产品的使用受制约。机器学习/深度学习等人工智能技术已经被广泛应用于地球科学领域并发挥了重要的作用。然而，当前已开放共享的先验样本数据数量有限，难以满足当前人工智能模型训练需求。例如，CHARTER的应急响应数据仅供其会员制单位下载和使用^［9］。CEMS的服务机制则优先满足来自欧盟的需求和关切，并通过授权用户提供无偿服务^［10］。

灾害发生区域（特别是广大发展中国家和地区）卫星发射及遥感监测能力不足（图1）、减灾数据的类型不够以及减灾响应的时效性差等问题和挑战，严重制约了当前重大自然灾害应急响应水平。因此，亟需建立新的全球重大灾害数据应急响应机制，充分发挥国际上多种卫星资源联合观测与信息共享服务优势。

在全球范围实现对重大自然灾害及其影响宏观、动态、快速、准确地监测与评估，遥感技术具有独特的优势，是灾害监测和评估不可或缺的重要手段，也是GEO战略执行计划的重要内容。针对当前应急响应机制亟待完善的重大国际需求，科技部国家遥感中心（GEO中国秘书处）提出了中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制（图2），建立了全球灾害数据应急响应合作网络（Collaborative network of Disaster Data Response，CDDR），旨在利用以中国卫星为主的天基观测资源开展快速及时的国际重大灾害应急救援工作，为受灾国政府和国际组织提供观测数据和灾损信息方面的援助。新机制具有3个明显特点：①启动程序简化，响应快速；②广泛动员，自愿公平公开的提供响应；③灾害应急期间的数据全部开放供科学家下载分析。

国家遥感中心在接到受灾国政府和国际组织灾害应急请求后，会从灾害发生时间、受灾范围、灾害类型和灾害目标等内容是否完整明确，决定是否启动中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制。当响应启动后，指定中国科学院空天信息创新研究院根据通过审核后的应急请求，统筹编制数据获取任务规划并通报给相关合作单位；各单位在获取数据获取任务规划后，即时启动应急模式，对非遥感卫星应急观测需求，各单位于24 h内将数据汇交至国家综合地球观测数据共享平台，对遥感卫星应急观测需求，要求各单位于获取数据后12 h内将其汇交至国家综合地球观测数据共享平台；国家综合地球观测数据共享平台负责应急响应数据的汇聚、整理、入库等工作，并以专题网站、云盘、邮件等形式通知受灾国政府、国际组织，以及产品合作单位及时下载数据。在结束响应后，中国科学院空天信息创新研究院负责收集基于上述数据加工生产的分析产品、专题图、科学论文和灾害简讯等成果，支撑国家遥感中心对本次灾害应急响应效果进行评价。

与目前联合国、其他国际组织、各国政府运行的各种减灾机制不同，该机制是应合作伙伴请求，面向国际特别是发展中国家突发的重大灾害事件，号召和组织各种遥感观测者、分析者自愿发挥应急观测能力和加工处理能力，通过全球合作网络共同开展灾害前后数据的获取、共享和分析，实现快速高效、公开透明、平等共赢的人道主义灾害援助和技术支撑。为了更好推动CDDR成为中国GEO服务于国际减灾的重要平台，并在国际上倡导一种更加开放和多元的减灾机制，目前已争取到33家国内单位及9家国际机构和组织签署合作倡议书（表1），进一步扩大CDDR。CDDR的先进性具体体现在以下3个方面。

由于重大自然灾害突发性强、波及面广、危害性大，对灾害应急响应的时效性要求高，及时的灾区现状和评估信息监测将为救灾提供辅助判断和决策依据。面对多源遥感卫星数据需求，CDDR以国家遥感中心为核心，建立了覆盖气象、海洋、高分和环境减灾等民用遥感卫星和吉林一号、珠海一号、北京二号、海丝一号等商业遥感卫星的数据汇聚网络（图3）。CDDR采用面向监测目标的任务规划技术，将数据应急请求与国内遥感卫星数据提供能力进行匹配，能否在第一时间对数据获取观测任务进行分解，降低了重大灾害发生后的高分辨率光学和雷达数据的拍摄和获取门槛，极大地提高了灾害信息处理和灾害损失快速评估工作的时效性和准确性。

“十三五”期间，科技部通过地球观测与导航、政府间国际科技创新合作等重点专项部署了一大批与重大自然灾害监测相关的项目，项目凝练出的技术成果也为CDDR提升灾害数据处理能力、灾情信息提取效率和灾损快速评估准确度提供了科学保障。2022年9月台风“奥鹿”在泰国东北部登陆，导致30个府遭遇洪涝灾害，4万多户家庭受影响，CDDR在“面向国际重大灾害的ChinaGEO应急数据与灾情信息服务”项目支持下，利用社交媒体数据中的文本、图片、位置和时间等信息，构建以关键词为节点的社交媒体共词网络和基于社交媒体共词网络的灾害知识图谱，迅速确定了对四色菊府、益梭通府、乌汶府和黎逸府等典型区域进行应急观测，为泰国地理信息与空间技术发展局开展灾情实地核查和分析评估提供了一手资料。

CDDR作为非政府间灾害合作机制，能够有效补充《2015-2030年仙台减少灾害风险框架》和CHARTER等政府间减灾合作机制在数据来源、处理效率等方面的不足，并通过国际交流合作进一步提升我国地球观测技术水平。针对受灾国家灾害应急数据获取能力的不同，CDDR采用了相应地共享服务方式：①自有遥感卫星但资源不足的国家（例如巴西、泰国），CDDR按照载荷类型、覆盖区域、成像时间等实际需求提供遥感卫星数据，由该国机构负责数据处理和灾情分析；②无遥感卫星资源但有灾害分析能力的国家（例如印度尼西亚、新西兰），CDDR提供高、中分辨率遥感卫星数据后，由该国机构负责数据处理和灾情分析；③无遥感卫星资源和灾害分析能力的国家（例如老挝、南太平洋岛国），CDDR将灾后遥感卫星数据处理成灾情损失产品，通过联合国等国际组织向该国减灾部门提供。

中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制已先后为新西兰、墨西哥、伊朗、伊拉克、萨摩亚、纽埃、斐济、汤加、老挝、印度尼西亚、希腊、所罗门群岛、巴西、莫桑比克、孟加拉国、巴布亚新几内亚、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦、黎巴嫩、哥伦比亚、克罗地亚、泰国、尼泊尔、阿富汗、巴基斯坦、土耳其、叙利亚、肯尼亚、秘鲁、索马里、卢旺达等32个国家45次地震、洪涝、台风、海啸、溃坝、火山爆发、森林火灾、雪崩、爆炸等重大灾害应急救援提供快速制图与数据产品服务（图4）。中国GEO因此被GEO官方列为全球最主要的9个灾害数据贡献机构之一、CDDR相关成果连续两年入选GEO减灾工作年度亮点报告。汤加火山喷发应急响应和土叙地震应急响应是两个具有代表性的实践案例。

2022年1月15日，南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛火山发生大规模喷发并引发局地海啸，造成全国通讯中断，灾情及伤亡数字无法统计，其周边国家也受到灾害性影响并发布了海啸预警。1月16日，应联合国亚洲及太平洋经济社会委员会（UNESCAP）和南太平洋委员会请求，国家遥感中心（GEO中国秘书处）第一时间启动CDDR，紧急协调长沙天仪空间科技研究院、长光卫星技术有限公司、北京二十一世纪空间技术应用股份有限公司、珠海欧比特宇航科技股份有限公司、中国资源卫星应用中心等对该国首都努库阿洛法等重点区域编制应急观测计划，并依托国家综合地球观测数据共享平台建立专题页面，对外提供数据共享服务。1月17日，海丝一号、高分一号B、海洋一号D、吉林一号等卫星拍摄的19景23 GB灾后数据（图5）一并提供给UNESCAP、GEO秘书处和汤加GEO等有关机构。与此同时，所有数据通过国家综合地球观测数据共享平台专题页面和GEO网站面向全球科学家和减灾机构开放共享。数据发布当日，国内数据下载量就达到322 GB，累计为14个科研团队提供了数据服务。基于上述数据，包括中国科学院空天信息创新研究院、长安大学、中国地质大学（武汉）、联合国训练研究所（UNITAR）、新西兰外交贸易部（MFAT）和日本理化学研究所（RIKEN）等CDDR框架下合作单位开展了房屋、农田、道路、桥梁等基础设施受损评估和现场核查工作，并迅速形成分析报告对外发布，为汤加火山喷发事件应急响应管理提供了充分的科学数据支撑。

2023年2月6日，土耳其和叙利亚边境地区连续发生两次7.8级强烈地震，造成重大人员伤亡和财产损失。国家遥感中心（GEO中国秘书处）第一时间启动CDDR，紧急协调中国资源卫星应用中心、长光卫星技术股份有限公司、北京二十一世纪空间技术股份有限公司、珠海欧比特宇航科技股份有限公司、长沙天仪空间科技研究院有限公司等合作单位对震区编制应急观测计划。累计收集包括高分一号、高分二号、高分三号、高分六号、高分七号、中巴地球资源卫星04A、环境二号、资源一号02E、吉林一号、巢湖一号、珠海一号、北京二号等在内的20余颗民用和商业卫星数据，其中灾前数据14景，灾后数据171景，数据总量近180 GB（图6）。针对国际上叙利亚震区影像资源匮乏问题，应UNOSAT请求，国家遥感中心组织研究团队从获取到的遥感影像中迅速提取出叙利亚部分震区，并利用震区影像与UNOSAT合作发布叙利亚震区灾前灾后分析报告，无偿供叙利亚政府及国际减灾团队下载参考（图7）。相关研究报告获得了联合国人道主义事务协调办公室（UNOCHA）和CHARTER等多个国际组织/机构引用与转载。

多源遥感数据在重大自然灾害应急响应中具有监测覆盖面广、重访周期短，可星座合作观测，可全天时全天候观测和实时智能数据挖掘处理等科学价值。当前国际重大自然灾害应急响应机制仍存在着时效性差、未能有效吸纳具有优势的非成员单位机构、使用权限限制了响应数据产品的科学价值等不足。基于大规模多源遥感数据共享资源库和一站式服务协同的中国GEO全球重大灾害数据应急响应机制，能有效克服当前其他国际重大自然灾害应急响应机制存在的不足，特别是在汤加火山、土叙地震等40多次全球重大灾害应急救援中开展应用实践，发挥了重要作用。

随着基础理论与技术的不断进步，卫星遥感正在朝着精细化、智能化、实时化和网络化的趋势发展。以谷歌引擎（Google Earth Engine，GEE）为代表的卫星遥感数据云端处理平台融合了谷歌服务器强大计算能力和多交互式算法，实现了庞大数据的在线调用、在线处理等^［24-25］。这些代表性数据的开放获取及云计算服务，极大地提升了卫星数据处理能力以及卫星遥感技术在不同行业的应用与服务能力。卫星遥感发展趋势除了精细化、智能化、实时化和网络化外，多源遥感数据协同与共享也正成为当前国际卫星技术合作与发展的主流趋势^{［4， 8］}。

未来，面向全球重大自然灾害应急响应需求，需要进一步完善CDDR机制，继续拓展高时空分辨率、高光谱特征数据资源，充分利用高时效传输、协同互联、云计算与智能化处理等技术，同时吸引更多优势机构和高水平科研团队加入该机制，进一步加强多源遥感数据和多机构多团队间的高效协同，为国际社会提供稳定可持续的共享服务，为全球重大灾害应急响应和救援做出更多贡献。