基于MOD10A2在永州積雪監(jiān)測中的應(yīng)用

徐根生 袁鐵 劉沈

摘要 以永州地區(qū)為研究區(qū)域，利用NSIDC提供的2008年1月1日至2月10日的MOD10A2數(shù)據(jù)以及永州地區(qū)11個地面氣象觀測站資料，對比監(jiān)測永州地區(qū)積雪變化情況。結(jié)果表明，MOD10A2遙感圖像能真實反映山區(qū)降雪場的不連續(xù)、離散性，數(shù)據(jù)只能反映積雪變化，但不能反映冰凍災(zāi)害；地形對永州積雪分布有著顯著影響。

關(guān)鍵詞 永州；MOD10A2；積雪變化；冰凍

中圖分類號：P426.635 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）04-016-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.006

Abstract Taking Yongzhou area as the research area， the changes of snow cover in Yongzhou area were compared and monitored using the MOD10A2 data provided by NSIDC from January 1st， 2008 to February 10th， 2008 and the data from 11 ground meteorological observation stations in Yongzhou area. The results showed that the remote sensing image of MOD10A2 could truly reflect the discontinuity and dispersion of snowfall field in mountainous areas. The data could only reflect the change of snow cover， but could not reflect the frost disaster. The terrain had a significant impact on the distribution of snow in Yongzhou.

Key words Yongzhou； MOD10A2； Snow change； Freezing

全球氣候變暖對地球許多地區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)已產(chǎn)生了影響。氣候變化對國民經(jīng)濟的影響可能以負面為主。農(nóng)業(yè)是對氣候變化反應(yīng)最為敏感的部門之一，氣候變化將使未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加，產(chǎn)量波動大；作物布局和結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)變動[1]。雪災(zāi)是因長時間大量降雪造成大范圍積雪成災(zāi)的自然現(xiàn)象，它往往伴隨著氣溫的急劇降低以及冰凍的出現(xiàn)，對人們的生產(chǎn)生活造成不利影響。深入研究雪災(zāi)的大氣學發(fā)生發(fā)展規(guī)律和特點對于防災(zāi)減災(zāi)有著重要的意義。目前對生態(tài)環(huán)境問題展開監(jiān)測研究的手段和方法也越來越多，其中利用衛(wèi)星遙感進行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測已成為主要手段。筆者應(yīng)用美國環(huán)境遙感觀測平臺（EOS）上搭載的中分辨成像輻射光譜儀（MODIS）的觀測數(shù)據(jù)，對永州地區(qū)冬季降雪情況進行了監(jiān)測。EOS上搭載的MODIS是EOS AM衛(wèi)星上一種主要的探測儀器，具有36個光譜通道（ch），分布在0.4～14 Lm的電磁波譜范圍內(nèi)，空間分辨率為250～1 000 m，每日2次掃過永州全境。其良好的空間、時間及光譜分辨率為永州市的生態(tài)環(huán)境和自然災(zāi)害的監(jiān)測提供了廣闊的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

永州市位于湖南省西南部，地理坐標24°39′～26°51′ N 、111°06′～112°21′ E。境內(nèi)有都龐嶺、越城嶺和萌渚嶺，九嶷山及陽明山、紫金山三大山系圍夾零祁、寧道兩大盆地，呈現(xiàn)向東傾斜的“山”字形地貌總輪廓，山高、坡陡、河谷深。永州市屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區(qū)，既具溫光豐富的大陸性季風氣候特點，又有雨量充沛空氣濕潤的海洋性氣候特征，雪災(zāi)冰凍常有發(fā)生[2]。

1.2 研究材料

MOD10A2 積雪覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品以ISIN（Integerized Sinusoidal）投影格式存放，它把全球影像數(shù)據(jù)劃分為36 列×18行的方格網(wǎng)，每一格表示一個文件產(chǎn)品的存放區(qū)域，以0開始記錄文件的位置行列號，例如 “MOD10A2.A2008009.h27v06.006.20161421351000 0.hdf”中的“h27v06”表示第28行第7列所在位置。永州覆蓋h28v06、h27v06共2個區(qū)域。2008年1月中旬開始，湖南省就出現(xiàn)了歷史上罕見的持續(xù)性冬季強降水，至2月3日，共發(fā)生4次大的降水天氣過程[3]。因此，該研究選取2008年1月到2月中旬的MOD10A2產(chǎn)品覆蓋永州的10景數(shù)據(jù)來監(jiān)測永州地區(qū)的積雪冰凍災(zāi)害。

1.3 原理與方法

1.3.1 冰雪覆蓋遙感監(jiān)測原理 雪有很強的可見光反射和短波紅外吸收特性。衛(wèi)星遙感冰雪覆蓋的主要依據(jù)是冰雪在可見光、近紅外、遠紅外和微波波段的光譜特征。利用冰、雪、云、耕地、森林和植被等不同下墊面在不同的光譜波段所具有的不同地物光譜特征，可建立冰雪判識模式，從衛(wèi)星遙感地球所獲取的綜合資料中提取冰雪信息[4]。

1.3.2 研究方法 首先，利用MRT（MODIS reprojection tool）軟件對2008年1月到2月中旬的第28和29行、第7列的MOD10A2產(chǎn)品共10幅數(shù)據(jù)進行地理幾何校正與重采樣批處理，提取8日雪蓋數(shù)據(jù)。然后，利用ERDAS IMAGINE軟件的拼接（Mosaic Tool）功能對上述數(shù)據(jù)進行拼接處理，得到5景MOD10A2數(shù)據(jù)。最后，采用基于永州地區(qū)行政邊界矢量數(shù)據(jù)，利用ERDAS IMAGINE Mask功能獲取5景永州地區(qū)雪蓋數(shù)據(jù)。為了得到比較直觀的圖像，后面利用ERDAS IMAGINE Raster to Vector功能對數(shù)據(jù)進行了矢量化，用ERDAS IMAGINE Import功能輸出.shp格式文件，用Mapinfo 生成比較直觀的專題圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雪過程

根據(jù)全市地面臺站的觀測值，受大范圍降溫過程的影響，2008年1月13—17日和1月21日至2月5日永州全境出現(xiàn)了2次大范圍的降雪天氣。從表1可以看出，永州北部（陽明山以北）的降雪日數(shù)比南部顯著偏多，主要原因是因為都龐嶺—陽明山系對冷空氣的阻擋，但是南部藍山的降雪日數(shù)要比南部其他縣多，可能是因為冷空氣從東部郴州過境而來，藍山東部沒有高山阻擋。

2.2 積雪動態(tài)檢測分析

對比地面觀測與遙感圖像（圖1）可以看出，用遙感監(jiān)測積雪不但直觀而且對積雪的區(qū)域判識比用地面觀測站數(shù)據(jù)插值準確。例如對比表1、圖1可以看出，2008年1月1—12日降雪的主要積雪區(qū)域遙感圖像與地面觀測資料存在很大差異。如在海拔較低的縣氣象站觀測無積雪，但是在陽明山和九嶷山部分地區(qū)出現(xiàn)大面積積雪。2008年1月13—25日（圖1），遙感監(jiān)測到的永州積雪范圍比之前小多了，由于永州地區(qū)冰凍開始發(fā)展了，縣氣象站觀測有了部分記錄。2008年1月26日至2月10日，地區(qū)積雪冰凍進一步發(fā)展，縣氣象站觀測基本都有了積雪的觀測記錄，同時都有冰凍的記錄，但是MOD10A2并不能監(jiān)測到冰凍災(zāi)害，遙感監(jiān)測積雪還是在海拔較高的山區(qū)，因此，對積雪的監(jiān)測中應(yīng)用遙感技術(shù)比應(yīng)用地面觀測站數(shù)據(jù)推算精確，特別是在交通不便的邊遠山區(qū)和各地縣交界區(qū)域，地面觀測人員難以及時到達，遙感監(jiān)測的優(yōu)越性是顯而易見的。

3 結(jié)論

（1）在地形復(fù)雜、海拔高差大的永州地區(qū)，應(yīng)用MOD10A2遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測積雪與地面站觀測相比具有準確性高、客觀性強等優(yōu)點。地面觀測數(shù)據(jù)只能代表一個點，不能代表一個面，MOD10A2數(shù)據(jù)恰好彌補其不足，遙感圖像能真實反映山區(qū)降雪場的不連續(xù)、離散性。

（2）永州西北部雖然有越城嶺—四明山阻和都龐嶺—陽明山系阻擋南下的冷空氣，但是在零祁（零陵、祁陽）盆地東北部和寧道（寧遠、道縣）盆地東部，沒有有效阻擋冷空氣的屏障；都龐嶺—陽明山系作為永州南北分界線有一定的指示性作用，對北方入侵永州境內(nèi)的冷空氣起著明顯的屏障作用。

（3）MOD10A2數(shù)據(jù)只能反映積雪變化，但不能反映冰凍災(zāi)害，南方的冰凍災(zāi)害嚴重，對冰凍災(zāi)害的遙感有待進一步的研究。

參考文獻

[1] 王馥棠，趙宗慈，王石立，等.氣候變化對農(nóng)業(yè)生態(tài)的影響[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] 湖南省永州市氣象局.湖南省永州市天氣預(yù)報手冊[M].北京：氣象出版社，2015.

[3] 龍騰文，趙景波.湖南省2008年初低溫雨雪冰凍災(zāi)害分析[J].華中師范大學學報（自然科學版），2008，42（2）：314-319.

[4] 鄭小波，康為民，田鵬舉，等.EOS/MODIS遙感在貴州積雪監(jiān)測中的應(yīng)用[J].貴州農(nóng)業(yè)科學，2005，33（3）：60-61.

責任編輯：鄭丹丹