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应用卫星遥感技术进行农业气象灾害监测:干旱遥感监测

发布时间:2014-08-15

干旱是我国农业生产的主要自然灾害,发生频率高、受害范围大、持续时间长、损失影响大,每年农田受旱面积占全部农业灾害面积的62%以上。特别是我国北方地区水资源短缺,干旱威胁尤为严重,干旱成为北方农业生产中最主要的农业气象灾害,制约着该地区国民经济的发展。当前,气候变化背景下的极端气候事件发生频繁,干旱对农业生产的影响进一步加剧。国家各级政府决策机构和广大基层农民群众迫切需要及时掌握大范围农业干旱的分布实况,以便及时采取相应的防御对策。

  农业干旱监测的一个重要内容是获取农田土壤水分含量。利用土钻取土称重计算土壤含水量的田间实测是最基本、最准确的手段。我国气象部门已经逐步建立起比较完善的土壤水分地面监测网。目前气象台站监测土壤水分仍以土钻取土称里法为主,近年来开始小范围推广中子仪法,并在全国布设了利用电磁技术的TDR和FDR自动土壤水分监测仪。但是田间实测费时、费力,而且测点少,代表性差,难以实现大面积旱情的实时动态监测。为解决这一问题,科学家从土壤水分平衡原理出发,建立土壤水分模型型估算区域尺度上的土壤含水量。但模嘲参数复杂,难以确定,且因影响土壤水分的因素较多,因而误差较大。20世纪60年代未,随着科学技术的发展,通过测量土壤表面发射或反射的电磁能量遥感估测土壤湿度的方法应运而生,使大面积干旱(土壤湿度)实时或准实时动态监测成为可能。国内开展干旱遥感监测试验研究比国外大约晚10年以上。20世纪80年代中期以来中国科学院、水利部、气象部门等科研、业务部门广泛开展了利用气象卫星NOAA/AVHRR资料遥感监测干旱技术的研究,取得了长足进步。20世纪90年代后,土壤水分干旱遥感监测理论和应用研究进一步发展,在下垫面有植被和部分植被覆盖下的旱情遥感监测方而进行了大量深入研究。同时,利用静止气象卫星建立在地面能量和水平衡基础下监测干旱的工作也得到了发展。目前气象部门已初步建立了基于地面实测土壤水分资料和极轨气象卫星资料的气象卫星干旱遥感业务服务系统,针对裸露土壤、完全植被覆盖和部分棺被覆盖等不同情况,分别采用热惯丛法、距平植被指数法、供水植被指数法等方法进行评估,监测结果及时对外开展定期和不定期的干旱遥感监测服务。近年来,针对1999年发射的地球观测系统(EOS)的第一颗极地轨道环境遥感卫星载有的中分辨率成像光谱仪MODIS数据在波段设置和探测精度方面相对于AVHRR资料的优势,许多地方气象部门研究探吋建立基于MODIS资料的遥感干旱监测业务化模型和资料处理流程,并对实际发生的干旱过积进行了监测试验, 结果表明在干旱面积估算精度和图像的可视化效果方面有了明显提高。在遥感干旱监测技术发展的同时,利用地理佶息系统(GIS)、全球定位系统 (GPS)支持遥感干旱解译已普遍展开,“3S”集成应用技术大大促进了干旱遥感监测精度的提高。

  但是,作为世界性的难题之一,大范围农业干旱监测十分复杂,仍然存在许多有待继续深入的技术问题,如遥感监测土壤水分和旱情的植被覆盖和土壤类型影响问题、土壤水分与热惯量的关系模型的改进、遥感监测的最佳深度、遥感监测干旱时的风速影响、单时相遥感资料监测干旱方法、深层土壤水分监测方法等。同时,目前的干旱监测模型需要要大量的实时地面资料支持,在实用性方面还有一定距离。从长远来说,遥感方法与其他方法的结合,定量化的机理性作物干旱监测模项的深化,高分辨率的新卫星发射升空,航空遥感监测资料和“3S”集成技术,土壤-作物-大气多圈层立体监测、多学科的综合将是实现及时、准确监测大范围干旱监测的主要途径。