錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺的建設(shè)及應用

玉 剛，鄭 琳，王宇宸，吳 昊，閆默茹，迎 春

(1.錫林郭勒盟氣象局；2.錫林浩特國家氣候觀象臺，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

草原火蔓延速度快，受風速、風向、溫度影響較大，是草原地面的主要災害之一[1]。近些年來，隨著我國對草原防火工作重視程度增加，我國境內(nèi)出現(xiàn)草原火的次數(shù)逐漸減少，但中蒙邊界火發(fā)生頻次仍較高[2]。蒙古國地域遼闊且防火能力較弱，對于發(fā)生的火情無法及時的撲救造成火情蔓延至我國境內(nèi)，威脅我國邊境地區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全和北方生態(tài)屏障[3-5]。錫林郭勒盟位于我國正北方，草地類型多樣、植被種類豐富，是“京津冀”生態(tài)文明建設(shè)的重要屏障。錫林郭勒盟土地面積20.3萬 km2，其中可利用草場占88.7%，森林覆蓋率達到7.1%，含國家級和自治區(qū)級自然保護區(qū)9處。在牧草返青期、黃枯期，出現(xiàn)草原火情風險高、影響大，同時錫林郭勒盟北部與蒙古國接壤，在發(fā)生邊境火時需要各撲火部門快速反應、分秒必爭，草原防滅火工作責任艱巨、意義重大。對此，錫林郭勒盟氣象局創(chuàng)新研發(fā)錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺，此平臺基于葵花8號、風云4號靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)，與包含F(xiàn)Y-3B/C/D衛(wèi)星在內(nèi)的多源極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)，能夠?qū)θ思爸苓叺貐^(qū)、中蒙邊境外高風險火源區(qū)域的森林草原火點進行實時自動判別、監(jiān)測、示警，并可通過網(wǎng)頁端平臺和App同時監(jiān)測。錫林郭勒盟火情監(jiān)視平臺替代原有手動判識、人工合成產(chǎn)品的服務方式，10 min一次連續(xù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)延遲壓縮在30 min內(nèi)，實現(xiàn)了自動化、精準化、智能化火點判識與氣象服務，為森林草原火災撲救爭取到寶貴的時間。

1 錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺的建設(shè)

錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺是基于多源衛(wèi)星遙感，能夠?qū)崟r、自動、智能地進行火場監(jiān)測判別，并輔助值班人員快速進行火場服務，一鍵生成專題圖和服務產(chǎn)品，提供火場關(guān)鍵氣象信息。

1.1 多源衛(wèi)星監(jiān)測模塊

共接收NOAA19、TERRA、AQUA、NPP、FY-3B、FY-3C、FY-3D、NOAA18等8顆極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)和HIMAWARI-8(葵花8號)、風云4號靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

引入多源衛(wèi)星監(jiān)測后，森林草原火情監(jiān)測時間分辨率提高到10 min一次，成像范圍覆蓋錫林郭勒盟地區(qū)和蒙古國部分地區(qū)，能夠?qū)崟r、自動、智能地進行火場監(jiān)測判別，所用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理完成并示警的時間基本能控制在30 min左右。

1.2 火情判識模塊

利用遙感技術(shù)進行火點監(jiān)測判識的原理是根據(jù)高溫熱點在紅外光譜段與周圍環(huán)境背景像元異常以及與遠紅外亮溫差異的特點。對自動識別到的火點，可自動提取火點經(jīng)緯度、錫林郭勒盟境內(nèi)地理區(qū)劃、火場鄰近地區(qū)風向風速、火場面積(指像素點總面積)、亞像元面積(指小型火場中評估出的火點面積，僅供參考)、境外火炬邊境線距離、境內(nèi)火炬重點地區(qū)距離，并可一鍵生成專題圖和專題報告。

1.3 地理信息疊加模塊

對境內(nèi)火點所處行政區(qū)劃位置識別詳細至嘎查村，并標注到重點防火區(qū)域距離，對于境外火場能夠自動提取火場到邊境線距離，并可查找附近的邊境界碑，方便森林官兵和地方撲火隊員快速定位到重點邊境處，并添加了城鎮(zhèn)、濕地、水體、保護區(qū)的地理信息，為啟動森林草原火情應急響應時做參考。

1.4 火險等級預報模塊

平臺留有火險等級預報生成、展示功能，將掛載錫林郭勒盟氣象局根據(jù)本地區(qū)情況自主研制的逐日火險等級預報算法，可實現(xiàn)未來10天逐日火險等級形勢預報。使用數(shù)據(jù)包括IMLDAS數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感的植被覆蓋度數(shù)據(jù)和氣象站歷史插值數(shù)據(jù)。未來10天逐日火險等級形勢預報數(shù)據(jù)可形成相關(guān)產(chǎn)品，為盟防火部門、森林消防支隊、錫林郭勒盟森林草原局等提供決策氣象服務。

2 火情案例分析

2.1 案例一

通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺監(jiān)測，2020年10月16日13時50分，F(xiàn)Y-3B衛(wèi)星遙感判識到錫林郭勒盟錫林浩特市朝克烏拉蘇木阿日高勒嘎查和西烏珠穆沁旗吉仁高勒鎮(zhèn)巴彥烏拉嘎查交界處火場(經(jīng)度116.423 333，緯度44.375 833至16時發(fā)展至經(jīng)度116.520 833緯度44.404 444)具有火點。期間火場地面風向為偏西風，風速5級～6級，極大風速17.6 m/s，風力較大，火場呈由西向東發(fā)展趨勢，高溫區(qū)總面積約40 km2。

經(jīng)同高分圖像分析比對，此平臺算法對火場判識的位置一致性較強，過火區(qū)判識同火燒跡地范圍基本符合。經(jīng)高分6號衛(wèi)星10月17日遙感圖像判別，火場詳細位置在錫林浩特市朝克烏拉蘇木與西烏珠穆沁旗吉仁高勒鎮(zhèn)交界處，過火區(qū)域中心點處經(jīng)度116.454 894，緯度44.404 444，受火場影響嘎查共6個，為毛登牧場、寶拉格嘎查、阿日高勒嘎查、巴彥烏拉嘎查、都日布勒吉嘎查、夏那嘎音寶力格嘎查。經(jīng)計算，火場總面積為26.11 km2。

2.2 案例二

通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺監(jiān)測，于2021年4月18日13時在阿巴嘎旗、東烏珠穆沁旗與蒙古國邊境外(阿巴嘎旗巴彥圖嘎蘇木北部至東烏珠穆沁旗區(qū)域附近)發(fā)現(xiàn)火情，此次火情從發(fā)生到結(jié)束總歷時18 h，過火區(qū)總面積約為1 170 km2，東西跨度約為70 km，南北跨度約為30 km，與我國邊境相鄰火線長約63 km。通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺能準確地判斷火場準確位置、對應實時氣象信息，能夠幫助值班人員對火場發(fā)展形勢進行準確研判，為前線撲火人員提供有效的信息，但是云覆蓋會影響火點判識。通過該平臺監(jiān)測到每時次的火場情況，見表1。

表1 分時次火場情況

2.3 案例三

通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺監(jiān)測，于2021年10月25日08時監(jiān)測到蒙古國境內(nèi)距東烏珠穆沁旗薩麥蘇木陶森寶拉格嘎查北30 km處出現(xiàn)草原火情，此次火情從發(fā)生到結(jié)束歷時13個小時，火場過火總面積為740 km2，過火區(qū)東部、南部同錫林郭勒盟邊界相接，基本未侵入境內(nèi)超過1 km，與邊境線相接長度為38 km。該平臺能夠很好地判識出此次火情的具體位置、蔓延方位、火場面積及火場氣象要素等信息，但是當溫度降低時，火點判識較為困難成為此平臺的一個弊端。通過該平臺監(jiān)測到每時次的火場情況，見表2。

表2 分時次火場情況

3 結(jié)束語

利用遙感技術(shù)進行火點監(jiān)測判識是應對草原火災較為有效的辦法，錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺不僅能夠?qū)硟?nèi)外發(fā)生的火情進行準確的判識，同時具備提取火場信息的自動化處理功能，提升了草原火情監(jiān)測時效、準確度，為錫林郭勒盟防火氣象服務工作打到“提前量”，為防火工作提供新思路，但在氣溫較低的情況下調(diào)節(jié)火點判識靈敏度以及在云覆蓋時如何濾云去判識火點為本平臺下一步研究的內(nèi)容。