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生态气象灾害的立体监测:天基监测

发布时间:2014-09-01

天基观测是运用遥感技术,利用卫星上携带的各种探测器,接收地气系统的反射或发射的辐射,从而对地气系统进行宏观连续监测。它弥补了地基观测范围小、观测项目少、时间分辨率低等不足。尤其是对地基传感器较难观测的海洋、高山、荒漠、森林等盲区进行观测方面更具有无法替代的优越性。在生态气象灾害监测中,遥感、地理信息系统、全球定位系统(总称3S技术)正在日益得到重视和广泛应用,是目前对地观测系统中空间佶息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术, 足现代社会资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等方向的重要技术手段,也是地学研究走向定量化的科学方法之一。应用卫星遥感技术针对农田、森林、草原、荒漠、湿地、湖泊、城市、重大生态环境问题、典型生态脆弱区等八大类生态系统,开展大范围宏观对地监测,为指导生态防御、治理,以及开展决策服务方面发挥了重要作用。

  目前,国内外用生牛态遥感监测的卫虽主要妨美国国家大气和海洋管理局系列极轨气象卫星、美国地球观测系统极轨环境遥感卫星、美国国家航空航天局的陆地卫星、我国风云-1C和1D极轨气象卫星。

  在3S技术应用方面,主要研究成果有:用中分辨率成像光谱辐射仪热红外通道计算塔克拉玛干沙漠邻近地区的地表温度并制成图像,由地面不同土地覆盖类型的温度差异可清晰地区分出裸地、河流、山谷等不同地物类型;以地处温带干旱荒漠区的甘肃省武威市为研究区,将专题绘图仪、增强型专题绘图仪和多光谱扫描仪,图像数据量化,并结合实地调查资料建立了适合于大、中尺度荒漠化土地类型划分的荒漠化土地多级分类系统,由TM图像的缨帽变换所产生的亮度、绿度和湿度三个参数可敏感地反映沙质土地的植被盖度;利用NOAA卫星先进甚高分辨率辐射仪图像的多通道组合对盐碱化和非盐碱化土壤的不同反射特性制成假彩色相片,由试验得到一个阈值,识别出了宁夏盐碱化土壤的面积、边界和位置,实现了对土壤盐碱的监测;以黄淮海平原为研究区,在GIS技术支持下,对作物缺水指数模型中所需参数实现由点到面的内插,并对干旱监测中涉及矢量格式的地形图与遥感图像进行不同处理,实现了图像、图形、数据的一体化,取得了良好的监测效果;利用遥感信息数据,结合地面观测资 料,通过干旱监测模型及高程数据,在 GIS平台上建立的干旱监测信息系统在监测不同灾害时,能根据监测区的特性将监测区设置成不同的分区,并针对每一分区确定监测指标,快速、准确 地实现监测区内的农业气象灾苒监测及等级划分;以遥感信息为主,在地理信息系统和全球定位系统的支持下,以新疆北部为实验区,通过对相邻年份NDVI的对比,结合外场调查与历史产量的分析,实现大面积农作物长势监测;应用NOAA卫星,AVHRR通道1和2计算的植被指数和通道4的亮温、农业气象试验站观测的上壤湿度,并结合气象卫星完成的土地覆盖分类等资料,建立了由植被指数和亮温估算甘肃省东部农田区土壤湿度的模型,并在业务应用中取得良好的效梁。

  以上各种监测方法都有其特点和优越性。自然要素评价法尽管以定性分析为主,但对掌握某一自然要素与荒漠化的关系仍具有重要意义。桑斯威特法以生物气候学原理为依据,且在大范围地区应用地面抽样法以样线、样点为基础进行调查,结合数理统计分析,是一种比较吋靠和实用的监测方法。相对而言,基于卫星遥感和GIS技术的荒漠化监测更具优越性。主要表现在:

  ——卫星图像的宏观性特点及在同一时间对大面积范围的扫描,可有效地实现面积广阔地区荒漠化类型和特征的识别。

  ——卫星图像不受地域限制,可方便地获取偏远地区的荒漠化信息。

  ——卫星轨道覆盖的重复周期较短,有利于荒漠化特征的动态监测。

  ——GIS不仅可实现荒漠化信息的存贮、管理和更新,而且利用其强大的空间分析和数据综合能力,可方便地实现遥感数据、地面数据的融合,在相关模型的支持下提供荒漠化决策依据。

  但是,三种方法也存在着一些不足:

  ——方法本身存在一定的局限性。如自然要素评价法难以确切地划定荒漠化的潜在发生范围。而且由于评价指标存在多样性和交错性,因子信息层次不清,只适应于局部地区的监测。桑斯威特法的公式是根据美国东部的渗透计观测资料而建立的,由于各国都有各自特殊的地形和环流等,这种方法难以在其他地区普遍推广使用。地面抽样法耑要投人较多的人力物力,不适于大范围地区的动态监测。

  ——监测精度有待于进一步提高。如由NOAA的AVHRR,MODIS等中低分辨率卫星遥感图像解译和统计荒漠化土地面积,容易将裸土地和荒漠化土地相混淆。如果使用TM,SPOT (法国试验地球观测卫星)尤其是IKONOS(世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星、Quickbird(目前世界上唯一能提供亚米级分辨率的商业卫星)等高分辨率卫星图像,监测精度存望大幅度提高,但昂贵的数据成本会影响到它们在荒漠化监测中的普遍应用。

  ——上述监测方法大多是根据自然环境因素设计的,很少考虑到人类活动等对荒漠化产生的影响。事实上,在荒漠化的发生、演变中,人类活动起着十分重要的作用。