高分遙感技術(shù)在內(nèi)蒙古氣象監(jiān)測中的應(yīng)用

王麗

摘? 要：近年來隨著高分專項工程的逐步實施，大大提升了我國的對地觀測能力，現(xiàn)已覆蓋了不同的行業(yè)領(lǐng)域，如自然資源、生態(tài)環(huán)境、城市管理等。文章主要講述了高分辨率遙感技術(shù)的特點及其在內(nèi)蒙古地區(qū)催生的應(yīng)用，如水體、森林火災(zāi)和沙漠邊界監(jiān)測等。

關(guān)鍵詞：高分遙感;分辨率;監(jiān)測;氣象;評估

中圖分類號：TP79? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0170-02

Abstract： In recent years， with the gradual implementation of the high-resolution special project， China's earth observation ability has been greatly improved， and it has covered different industries， such as natural resources， ecological environment and urban management. This paper mainly describes the characteristics of high-resolution remote sensing technology and its applications in Inner Mongolia， for example， inwater body， forest fire and desert boundary monitoring.

Keywords： high resolution remote sensing; resolution; monitoring; weather; assessment

1 概述

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國北部邊疆，東西直線距離2400公里，南北跨度1700公里，幅員遼闊，地貌多樣，植被較為稀疏，屬于中溫帶季風(fēng)氣候，干旱少雨，氣象災(zāi)害多樣，主要有干旱、大風(fēng)、沙塵、暴雨、洪澇、冰雹等。近些年地面氣象觀測站數(shù)量雖有增加，但在覆蓋范圍、空間觀測上仍然存在不足，利用遙感衛(wèi)星可進行空間化、精細化的氣象條件監(jiān)測，而高分系列衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)的使用使得自治區(qū)遙感資料的獲取如虎添翼。

2 高分遙感監(jiān)測的特點

十三五規(guī)劃明確提出要做大做強衛(wèi)星及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，國家加大衛(wèi)星遙感領(lǐng)域投入，提升我國衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)國產(chǎn)化水平，2010年國務(wù)院批準高分專項工程，目前已發(fā)射了高分一號、高分二號等系列高分衛(wèi)星。覆蓋了從全色、多光譜到高光譜，從光學(xué)到雷達，從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型，構(gòu)成了一個具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率能力的對地觀測系統(tǒng)。

2.1 高空間分辨率

空間分辨率是指遙感影像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離。一般而言，空間分辨率優(yōu)于1m的光學(xué)成像衛(wèi)星所獲取的數(shù)據(jù)稱為高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)。高分一號衛(wèi)星是中國高分辨率對地觀測系統(tǒng)的首發(fā)星，搭載了兩臺2m分辨率全色/8m分辨率多光譜相機，空間分辨率全色為2m，多光譜8m，幅寬60km（2臺相機組合）;四臺16m分辨率多光譜相機，空間分辨率16m，幅寬800km（四臺相機組合）;高分二號全色和多光譜分辨率都提高一倍，分別達到了1m全色和4m多光譜;“高分三號”為1m分辨率;“高分四號”為地球同步軌道上的光學(xué)衛(wèi)星，全色分辨率為50m;2019年11月3日11時22分發(fā)射的高分七號是我國首顆亞米級高分辨率光學(xué)傳輸型立體測繪衛(wèi)星。

2.2 高時間分辨率

時間分辨率（temporal resolution）是指重復(fù)觀測同一地區(qū)所需要的時間，是評價遙感系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測能力的重要指標。高分一號重訪周期只有4天，而世界上同類衛(wèi)星的重復(fù)周期大多為10余天;高分三號單側(cè)視情況下平均重訪周期小于3天;高分六號與高分一號組網(wǎng)后，重訪周期由4天縮短到2天。

2.3 高光譜分辨率

高光譜分辨率遙感是在電磁波譜的可見光、近紅外、中紅外和熱紅外波段范圍內(nèi)，獲取許多非常窄的光譜連續(xù)的影像數(shù)據(jù)的技術(shù)?？梢姽獾牟ㄗV范圍0.4-0.7μm，近紅外0.7-1.3μm，中紅外1.3-3μm，熱紅外3-14μm[1]。高分系列衛(wèi)星的光譜范圍基本在0.45-0.89μm之間，其中，高分四號增加3.5-4.1μm波段;高分五號是全球第一顆大氣和陸地綜合高光譜觀測衛(wèi)星，觀測譜段覆蓋紫外至長波紅外，是國際上首次實現(xiàn)對大氣和陸地進行綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星;高分六號實現(xiàn)了8譜段CMOS探測器的國產(chǎn)化研制，國內(nèi)首次增加了能夠有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段。

3 高分遙感技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著高分遙感技術(shù)的發(fā)展和進步，已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了充分地利用。在目前，結(jié)合內(nèi)蒙古的情況來看，遙感技術(shù)已經(jīng)與多項領(lǐng)域取得了良好的合作，這些領(lǐng)域包括生態(tài)環(huán)境保護、自然資源調(diào)查、黃河凌汛監(jiān)測、農(nóng)業(yè)災(zāi)害的監(jiān)測和農(nóng)作物產(chǎn)量評估的發(fā)展等，在這些領(lǐng)域中，高分遙感技術(shù)都發(fā)揮了非常重要的作用。

3.1 水體監(jiān)測

彭保發(fā)等人基于GF-1號影像對2014-2016年洞庭湖水體的葉綠素a濃度、懸浮物濃度和透明度展開遙感監(jiān)測[2]。靳海霞等人基于GF-2號融合影像數(shù)據(jù)對北京鎮(zhèn)水體進行水體岸線提取和水質(zhì)參數(shù)反演[3]。在內(nèi)蒙古地區(qū)，基于GF-1號、GF-2號融合影像數(shù)據(jù)，每年都對內(nèi)蒙古面積較大的主要湖水體（含呼倫湖、烏梁素海、達里諾爾、東居延海、岱海和黃旗海）面積進行監(jiān)測分析。根據(jù)2019年9月遙感監(jiān)測結(jié)果顯示，內(nèi)蒙古地區(qū)的6大湖水體面積表現(xiàn)出不同的變化特征：呼倫湖經(jīng)歷了一個萎縮-恢復(fù)的過程;居延海水域面積逐步恢復(fù);烏梁素海、達里諾爾水域面積變動較小;分布在烏蘭察布市境內(nèi)的兩處湖水體岱海和黃旗海，表現(xiàn)為水域面積持續(xù)減小。

3.2 火情監(jiān)控應(yīng)用和火災(zāi)災(zāi)后評估應(yīng)用

內(nèi)蒙古是典型的溫帶大陸性氣候，85%以上的地區(qū)屬于干旱半干旱區(qū)，尤其在春夏交替季節(jié)干旱少雨、高溫低濕，受各種因子的交互影響，使森林草原火災(zāi)頻繁發(fā)生。尤其是內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)，地跨呼倫貝爾市、興安盟9個旗市，森林面積8.17萬平方千米，是我國五大國有林區(qū)之一，被稱為“北疆的綠色長城”，是春季森林火災(zāi)防范的重點地區(qū)之一。利用高分衛(wèi)星監(jiān)測火點位置信息及天氣狀況，并及時向相關(guān)部門報告，為防撲火工作提供了有力保障。如今年5月1日，內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)額爾古納國家級自然保護區(qū)和溫河生態(tài)功能區(qū)發(fā)生森林火災(zāi);2019年6月，內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)雷暴活動頻繁，降水較常年偏少，平均氣溫較常年偏高，使得大興安嶺地區(qū)相繼出現(xiàn)多起雷擊火，其中以金河林業(yè)局秀山林場火災(zāi)損失最為嚴重，利用高分衛(wèi)星監(jiān)測火點位置信息及天氣狀況，并及時向相關(guān)部門報告，8月2日成功獲取高分1號衛(wèi)星在火燒跡地上空的無云影像并開展災(zāi)后評估。此次火燒跡總面積約1700多公頃，森林植被破壞嚴重，達到“特別重大森林火災(zāi)”等級。

3.3 沙漠邊界變化

土地荒漠化危害人類的生存環(huán)境，也影響了社會發(fā)展，因此對土地荒漠的監(jiān)測與評估具有重要意義。內(nèi)蒙古荒漠總面積達30.3萬平方千米，占到全區(qū)總土地面積的1/4。其中最負盛名的有五大沙漠，它們分別是巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠、巴音溫都爾沙漠、庫布其沙漠。利用GF-2影像數(shù)據(jù)結(jié)合多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)的沙漠進行邊界變化監(jiān)測，結(jié)果顯示，近30年間（1990-2018），內(nèi)蒙古西部沙漠區(qū)存在明顯變化的重點區(qū)域分別位于巴丹吉林沙漠的西南部、騰格里沙漠的東北部、烏蘭布和沙漠東北部、亞瑪雷克沙漠東北部、巴音溫都爾沙漠的海里部分。從變化面積的絕對量來看，巴丹吉林沙漠?dāng)U張面積最大，烏蘭布和沙漠面積萎縮明顯，從變化率來看巴音溫度爾沙漠、亞瑪雷克沙漠存在快速擴張趨勢，騰格里沙漠總體上較為穩(wěn)定少動，烏蘭布和沙漠面積明顯減少。

4 結(jié)束語

隨著對地觀測技術(shù)的進步以及人們對地球資源和環(huán)境的認識不斷深化，用戶對高分辨率遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量的要求在不斷提高。高分遙感技術(shù)的出現(xiàn)，迎合了人們需求，越來越多的應(yīng)用于經(jīng)濟與社會發(fā)展中，結(jié)合地面監(jiān)測與航空遙感，綜合應(yīng)用多源數(shù)據(jù)，有力的提升了環(huán)境監(jiān)測與防災(zāi)減災(zāi)能力，但機遇與挑戰(zhàn)并存，高分遙感技術(shù)怎樣更全面精準地服務(wù)于經(jīng)濟社會將面臨更大的挑戰(zhàn)。

參考文獻：

[1]Thomas M.Lilleand，RalphW.Kiefer，JonathanW.Chipman.遙感與圖像解譯[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016，4：3.

[2]彭保發(fā)，陳哲夫，李建輝，等.基于GF-1影像的洞庭湖區(qū)水體水質(zhì)遙感監(jiān)測[J].地理研究，2018，37（9）：1683-1691.

[3]靳海霞，潘健.基于高分二號衛(wèi)星融合數(shù)據(jù)的城鎮(zhèn)黑臭水體遙感監(jiān)測研究[J].國土資源科技管理，2017，34（4）：107.