佳木斯小麥生長(zhǎng)的氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

張 曄，翟 墨

(佳木斯氣象衛(wèi)星地面站，黑龍江 佳木斯 154007)

1 引言

2002年，利用氣象衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)投入使用后，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，逐步形成了農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法和體系，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，技術(shù)路線可行，時(shí)效性和實(shí)用性強(qiáng)，普及度和精確率較高，符合中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，對(duì)于及時(shí)準(zhǔn)確掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況、科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、合理應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)及糧食生產(chǎn)安全預(yù)警和氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面均有著十分重要的意義。2007年佳木斯氣象衛(wèi)星地面站工程“風(fēng)云三號(hào)（FY-3）氣象衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)”一期工程的建成，大大提高了氣象部門氣象衛(wèi)星資料應(yīng)用水平和遙感監(jiān)測(cè)能力以及為地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)的能力，其接收的氣象衛(wèi)星資料，對(duì)于該市進(jìn)行林火監(jiān)測(cè)、水體（洪澇）監(jiān)測(cè)、干旱監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)等監(jiān)測(cè)估產(chǎn)等起到了積極推進(jìn)作用。本文以佳木斯冬小麥為例，分析運(yùn)用氣象衛(wèi)星資料和地面觀測(cè)資料對(duì)其生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)。

2 佳木斯市自然生態(tài)環(huán)境

佳木斯市位于黑龍江省東北部，地處黑龍江、烏蘇里江和松花江匯流的三江平原腹地，南為低山丘陵，北為沖積平原，土壤肥沃，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3℃左右，全年有7個(gè)月（4-10月）月平均氣溫在0℃以上，3月上旬冰雪融化，3月下旬土壤開(kāi)始解凍，7月份以前氣溫逐月升高，7月份以后氣溫逐月下降，11月初開(kāi)始結(jié)冰，11月中旬大地封凍；年平均降水量為510mm，無(wú)霜期130 d。佳木斯良好的自然環(huán)境和豐富的資源適合各種農(nóng)作物生長(zhǎng)，區(qū)域內(nèi)盛產(chǎn)大豆、小麥、水稻、玉米，是黑龍江省重要的商品糧生產(chǎn)基地之一，其中冬小麥?zhǔn)墙鼛啄暌M(jìn)培育的優(yōu)質(zhì)越冬小麥品種，其產(chǎn)量和質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于春小麥，已在境內(nèi)廣泛種植。

3 資料與方法

3.1 氣象衛(wèi)星資料

佳木斯冬小麥播種出苗后，選擇符合條件的冬小麥種植區(qū)域進(jìn)行衛(wèi)星監(jiān)測(cè)，應(yīng)用已開(kāi)發(fā)軟件對(duì)獲得的衛(wèi)星資料中相關(guān)數(shù)據(jù)完成處理及加工，形成等位網(wǎng)格點(diǎn)資料。由于冬小麥植被指數(shù)受土壤背景影響很小，當(dāng)15%植被覆蓋度＜80%時(shí)，土壤背景與冬小麥生長(zhǎng)覆蓋度增大幾乎沒(méi)有關(guān)系，而且冬小麥主要生長(zhǎng)期內(nèi)雙向輻射和大氣對(duì)其影響也可忽略不計(jì)；但植被指數(shù)變化易受小麥長(zhǎng)勢(shì)和覆蓋度的影響，因此采用植被指數(shù)作為冬小麥生長(zhǎng)狀況的定量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)遙感植被指數(shù)提取以冬小麥為主要對(duì)象的綠色植被信息，運(yùn)用AVHRR第一通道和第二通道的光譜信息經(jīng)簡(jiǎn)單線性組合后構(gòu)成歸一化差值植被指數(shù)和比值植被指數(shù)。

3.1.1 地理信息識(shí)別

氣象衛(wèi)星資料處理后由熱紅外通道形成的彩色圖像上，藍(lán)黑色的代表水體，綠色代表植被，紅色為溫度較高的地表，形成的圖像接近于真彩色，因此主要用于宏觀地理識(shí)別。

3.1.2 植被指數(shù)偽彩色圖像

冬小麥生長(zhǎng)期內(nèi)，麥區(qū)的植被指數(shù)變化值為0.05～0.8，云區(qū)及水域區(qū)出現(xiàn)的是負(fù)值。制圖過(guò)程中將植被指數(shù)擴(kuò)大10 000倍，結(jié)合地面實(shí)際情況來(lái)分析解譯，土壤信息值在0～250，土壤與綠色植被的混合信息值為250～500,500以上即為綠色植被信息值。在衛(wèi)星資料偽彩色圖像里，黑色代表負(fù)值區(qū)，棕黃色為0～250值區(qū)，白色為250～500值區(qū)，500以上為綠色及其他色彩，這種色彩識(shí)別法主要用于植被信息的提取。

3.1.3 系統(tǒng)集成

把所有環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)集成，加工成定量數(shù)據(jù)。即將植被指數(shù)以縣為單位計(jì)算出植被指數(shù)縣平均值、合計(jì)值及所占的比例等，用于定量分析和組建模型。

3.2 地面觀測(cè)資料

地面實(shí)際觀測(cè)到的資料對(duì)于衡量農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)數(shù)值的真實(shí)性和精確度有重大意義，在建立遙感解譯標(biāo)志、估產(chǎn)模型創(chuàng)建及預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確與否等方面起著關(guān)鍵的作用。要保證地面觀測(cè)資料的真實(shí)度，必須選擇合理準(zhǔn)確、有代表性的地面觀測(cè)點(diǎn)，盡可能的抽選較多的樣點(diǎn)，定時(shí)、定點(diǎn)、定量的進(jìn)行觀測(cè)記錄，這樣得出的數(shù)據(jù)才越接近實(shí)際情況，具有普遍性和代表性。通過(guò)樣點(diǎn)記錄觀測(cè)資料和農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，將地面觀測(cè)的實(shí)況資料統(tǒng)計(jì)加工，及時(shí)通過(guò)氣象專用通道或農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)部門上報(bào)到監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)部門。

4 佳木斯冬小麥生長(zhǎng)的宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

冬小麥長(zhǎng)勢(shì)分析主要是對(duì)其各長(zhǎng)勢(shì)階段進(jìn)行全面的觀測(cè)過(guò)程，采用專用氣象衛(wèi)星對(duì)冬小麥的各時(shí)段生長(zhǎng)發(fā)育變化進(jìn)行宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。佳木斯種植的冬小麥，屬于強(qiáng)冬性小麥，每年9月10日左右播種，主要生長(zhǎng)期在11月，來(lái)年3月返青，7月20日前后收割；由于佳木斯市冬季受來(lái)自高緯內(nèi)陸偏北風(fēng)的影響，盛行極地大陸氣團(tuán)，寒冷干燥，在冬小麥生長(zhǎng)期11月，只有冬油菜與冬小麥同期生長(zhǎng)，其余作物通常都是在4月下旬以后開(kāi)始播種。因此，11月至來(lái)年4月，佳木斯主要植被為冬小麥，由氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)獲得的資料主要是冬小麥信息。

4.1 冬小麥發(fā)育期的監(jiān)測(cè)

及時(shí)、全面的監(jiān)測(cè)冬小麥發(fā)育期的變化情況是對(duì)其進(jìn)行生長(zhǎng)分析的重要途徑之一，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)可以全面的了解冬小麥的發(fā)育速度和進(jìn)程。依據(jù)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)，冬小麥生長(zhǎng)期獲得的資料均是由選取的有代表性的固定樣點(diǎn)定時(shí)觀測(cè)得來(lái)的，在時(shí)效和準(zhǔn)確率上難以達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理對(duì)農(nóng)情監(jiān)測(cè)信息精確率的需求。采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)，主要是利用氣象衛(wèi)星的NDVI數(shù)據(jù)，每隔10～15 d監(jiān)測(cè)一次長(zhǎng)勢(shì)變化情況，由獲得的衛(wèi)星圖像可以獲取定量化植被指數(shù)，實(shí)現(xiàn)冬小麥種植區(qū)空間分布的準(zhǔn)確定位，從宏觀的角度上進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)冬小麥的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，并提供出冬小麥發(fā)育期變化的直觀信息，同時(shí)也可得到冬小麥發(fā)育期地理界限劃分的宏觀依據(jù)，彌補(bǔ)了以往傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段的局限性和許多不足之處。

4.2 冬小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)

冬小麥各個(gè)發(fā)育階段的生長(zhǎng)情況決定著來(lái)年產(chǎn)量的高低，一般情況下，壯苗安全越冬和來(lái)年成穗由冬小麥冬前分蘗期的長(zhǎng)勢(shì)決定，返青至拔節(jié)期的長(zhǎng)勢(shì)影響著冬小麥群體穗鼓和穗粒數(shù)，抽穗期是冬小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵階段，總之，冬小麥的每一個(gè)發(fā)育生長(zhǎng)階段都在決定著子粒的產(chǎn)量。由衛(wèi)星圖像進(jìn)行分析解譯，可及時(shí)獲得冬小麥生長(zhǎng)變化規(guī)律。

5 小結(jié)

佳木斯氣象衛(wèi)星地面站的建立和發(fā)展，加強(qiáng)了對(duì)冬小麥等農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育期的全程掌控，為農(nóng)業(yè)各部門制定農(nóng)業(yè)管理措施和方法提供了科學(xué)依據(jù)。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，彌補(bǔ)了依靠地面定點(diǎn)觀測(cè)獲得作物生長(zhǎng)狀況的缺陷，其具有的宏觀性、時(shí)效性、綜合性和動(dòng)態(tài)性使農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)逐漸走向精確，滿足信息社會(huì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理對(duì)農(nóng)情監(jiān)測(cè)信息的需求。