基于MODIS數(shù)據(jù)的秋季作物秸稈焚燒遙感監(jiān)測(cè)研究

谷金英 馬冠南

摘 要：本文選取MODIS熱異常數(shù)據(jù)對(duì)2017年吉林省中西部地區(qū)秋季作物收獲期的秸稈焚燒狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析該時(shí)段內(nèi)秸稈焚燒火點(diǎn)的時(shí)空分布格局。使用遙感衛(wèi)星手段對(duì)農(nóng)作物秸稈焚燒狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)不僅能為監(jiān)管部門提供可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)能夠加強(qiáng)對(duì)秸稈焚燒預(yù)防和管控的能力。

關(guān)鍵詞：遙感監(jiān)測(cè)；MODIS；秸稈焚燒；火點(diǎn)

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180329074

吉林省被譽(yù)為世界三大黃金玉米帶之一，是我國(guó)的主要產(chǎn)糧區(qū)，然而每年作物秋收季節(jié)，也是秸稈焚燒最嚴(yán)重的時(shí)期，雖然相關(guān)政府部門采取了多種措施警戒、督查，但各縣、鄉(xiāng)焚燒秸稈的現(xiàn)象仍屢見不鮮。秸稈焚燒會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵、煙霧，形成霧霾，不僅威脅公共交通安全，也會(huì)危及人類健康。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)、大范圍、快速地監(jiān)測(cè)秸稈焚燒的狀況，準(zhǔn)確地獲取火點(diǎn)發(fā)生的位置以及不同地區(qū)的火點(diǎn)數(shù)量，從而為監(jiān)管部門針對(duì)秸稈焚燒治理提供有價(jià)值的參考信息。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

MODIS數(shù)據(jù)有36個(gè)觀測(cè)通道，波段范圍寬、監(jiān)測(cè)頻率廣、靈敏度高[4]，其中MOD14熱異常數(shù)據(jù)可以直接獲取使用，是監(jiān)測(cè)分析秸稈焚燒理想的數(shù)據(jù)源。鑒于此，本研究選取2017年9月30日—10月23日共24d的MODIS熱異常產(chǎn)品數(shù)據(jù)mod14用于火點(diǎn)的提取。利用1：10萬(wàn)吉林省行政區(qū)劃圖、耕地矢量圖等數(shù)據(jù)，對(duì)吉林省中西部地區(qū)的農(nóng)用地秸稈焚燒狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。

1.2 數(shù)據(jù)處理

由于MODIS數(shù)據(jù)具有非常詳細(xì)的經(jīng)緯度波段信息，不必選取多個(gè)地面控制點(diǎn)即可對(duì)影像進(jìn)行精校正[5]，因此MOD14數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要是進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換。首先利用ENVI5.3軟件讀取MODIS數(shù)據(jù)，通過(guò)經(jīng)緯度信息建立地理查找表GLT文件，進(jìn)而對(duì)MOD14數(shù)據(jù)進(jìn)行地理地位。通過(guò)ENVI5.3中的ROI閾值工具提取熱異常點(diǎn)，保存為shapefile格式，導(dǎo)入到Arcgis軟件中，疊加到吉林省行政區(qū)劃圖中，通過(guò)裁剪功能提取吉林省中西部地區(qū)多天內(nèi)的火點(diǎn)及熱敏感點(diǎn)信息，導(dǎo)入耕地矢量圖并與提取的火點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加，火點(diǎn)位于耕地范圍內(nèi)的即視為秸稈焚燒點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 火點(diǎn)分布地區(qū)

通過(guò)MODIS數(shù)據(jù)處理分析可知，2017年9月30日—10月23日吉林省中西部地區(qū)24d內(nèi)的火點(diǎn)數(shù)目為693個(gè)，其空間分布情況如圖1所示。秸稈焚燒火點(diǎn)涉及22個(gè)縣市，具體各地級(jí)的火點(diǎn)分布情況如表1所示。

從圖1可以看出，除了通榆縣、乾安縣、寧江區(qū)、扶余縣和樺甸市5個(gè)縣市沒有秸稈焚燒火點(diǎn)外，其他各地縣市均有火點(diǎn)分布，從火點(diǎn)分布的空間布局來(lái)看，白城市、長(zhǎng)春市和四平市是火點(diǎn)分布的主要集中區(qū)域，3個(gè)地區(qū)的火點(diǎn)總數(shù)共計(jì)634個(gè)，占研究區(qū)秸稈焚燒火點(diǎn)總數(shù)的91%。其中以白城市的洮北區(qū)最為突出，火點(diǎn)數(shù)目為125，占火點(diǎn)總數(shù)的18%，遠(yuǎn)高于其他縣市，其次為洮南市，火點(diǎn)個(gè)數(shù)為89，占火點(diǎn)總數(shù)的12.8%。此外，公主嶺市、榆樹縣和梨樹縣以及長(zhǎng)嶺縣4個(gè)縣市的秸稈焚燒現(xiàn)象較其他地區(qū)嚴(yán)重，火點(diǎn)個(gè)數(shù)均大于50。從監(jiān)測(cè)圖中還可以看出，其他各地區(qū)的火點(diǎn)多集中分布在市、縣交界處，這可能是由于在市、縣交界處秸稈焚燒監(jiān)管力度薄弱造成的。從表1中可以看出，不同地市的火點(diǎn)數(shù)量存在較大差異，主要原因可能是由于各地方政府對(duì)秸稈焚燒監(jiān)督檢查的力度不同。

2.2 火點(diǎn)的時(shí)間序列

雖然每年秋收季節(jié)各地方政府都會(huì)提前部署和督導(dǎo)秸稈焚燒工作，但由于作物收獲期秸稈量大，農(nóng)戶收割作物時(shí)間不相同等多方面因素，導(dǎo)致秸稈焚燒的現(xiàn)象仍普遍存在。圖2列出了2017年9月30日—10月23日遙感監(jiān)測(cè)的秸稈焚燒每日火點(diǎn)個(gè)數(shù)結(jié)果，如圖2中所示，監(jiān)測(cè)前期秸稈焚燒現(xiàn)象較少，監(jiān)測(cè)首日有一個(gè)火點(diǎn)，監(jiān)測(cè)第2天無(wú)火點(diǎn)，從10月3—7日火點(diǎn)個(gè)數(shù)也較少，分別為3、0、4、2、8個(gè)，之后的5d均無(wú)火點(diǎn)存在，監(jiān)測(cè)后期火點(diǎn)個(gè)數(shù)呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)，除10月14日和16日火點(diǎn)個(gè)數(shù)較少，分別為9個(gè)和4個(gè)外，從10月13—17日每日的火點(diǎn)個(gè)數(shù)均大于等于30個(gè)，而從10月18日開始秸稈焚燒進(jìn)入高峰期，10月18日火點(diǎn)個(gè)數(shù)為168個(gè)，可能由于天氣多風(fēng)的原因，10月19日火點(diǎn)個(gè)數(shù)驟降為30個(gè)，而10月20日火點(diǎn)個(gè)數(shù)再次飆升為169個(gè)，達(dá)到整個(gè)監(jiān)測(cè)期的最大值，10月21日火點(diǎn)個(gè)數(shù)略微下降為119個(gè)，隨后幾日秸稈焚燒現(xiàn)象逐漸減少，10月22—24日火點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為29、23、16個(gè)，至此2017年秋季作物秸稈焚燒監(jiān)測(cè)結(jié)束?？v觀整個(gè)監(jiān)測(cè)期，2017年吉林省中西部地區(qū)秋季作物秸稈焚燒火點(diǎn)主要集中在10月13—24日。監(jiān)測(cè)前期，由于農(nóng)民忙于集中收割作物，所以秸稈焚燒現(xiàn)象較少，火點(diǎn)數(shù)較少且趨于平穩(wěn)，監(jiān)測(cè)后期作物被大面積收割，同時(shí)大量的秸稈沒有出口，秸稈剩余量過(guò)大，又由于冬季時(shí)間長(zhǎng)，農(nóng)民整地的時(shí)間短，往往一燒了之，導(dǎo)致秸稈焚燒現(xiàn)象加重，火點(diǎn)個(gè)數(shù)逐漸增多，隨后進(jìn)入秋收末期，隨著秸稈數(shù)量的減少，秸稈焚燒的現(xiàn)象也逐漸減少。整個(gè)監(jiān)測(cè)期內(nèi)火點(diǎn)發(fā)生的規(guī)律與作物收獲期基本一致，因此政府應(yīng)該掌握好農(nóng)民秋收的時(shí)間進(jìn)度，及時(shí)跟進(jìn)加強(qiáng)禁止焚燒秸稈的宣傳力度和監(jiān)管措施，方可有效地遏制焚燒秸稈的現(xiàn)象發(fā)生。

3 結(jié)論與討論

本文使用MODIS熱異常產(chǎn)品MOD14數(shù)據(jù)對(duì)2017年吉林省中西部地區(qū)秋季作物秸稈焚燒進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提取出研究區(qū)內(nèi)的著火點(diǎn)信息，并對(duì)秸稈焚燒火點(diǎn)的數(shù)量及時(shí)空分布格局進(jìn)行分析，結(jié)果表明與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)秸稈焚燒方法相比，通過(guò)遙感衛(wèi)星技術(shù)手段，可以及時(shí)、全面、快速地掌握秸稈焚燒的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，為各級(jí)環(huán)境監(jiān)管部門加強(qiáng)對(duì)秸稈焚燒的監(jiān)察和預(yù)警提供可靠的決策依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：谷金英，吉林省農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究實(shí)習(xí)員。