佳木斯小麥生長的氣象衛星遙感監測

張 曄，翟 墨

(佳木斯氣象衛星地面站，黑龍江 佳木斯 154007)

1 引言

2002年，利用氣象衛星進行監測農業遙感估產運行系統投入使用后，通過不斷的學習和實踐，逐步形成了農業遙感監測的技術方法和體系，此系統設計合理，技術路線可行，時效性和實用性強，普及度和精確率較高，符合中國農業發展的實際情況，對于及時準確掌握農業生產情況、科學指導農業生產、合理應對農業結構調整、優化農業種植結構及糧食生產安全預警和氣象災害監測等方面均有著十分重要的意義。2007年佳木斯氣象衛星地面站工程“風云三號（FY-3）氣象衛星應用系統”一期工程的建成，大大提高了氣象部門氣象衛星資料應用水平和遙感監測能力以及為地方經濟服務的能力，其接收的氣象衛星資料，對于該市進行林火監測、水體（洪澇）監測、干旱監測、環境監測、農作物長勢等監測估產等起到了積極推進作用。本文以佳木斯冬小麥為例，分析運用氣象衛星資料和地面觀測資料對其生長過程進行了遙感監測。

2 佳木斯市自然生態環境

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氣候，年平均氣溫3℃左右，全年有7個月（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月初開始結冰，11月中旬大地封凍；年平均降水量為510mm，無霜期130 d。佳木斯良好的自然環境和豐富的資源適合各種農作物生長，區域內盛產大豆、小麥、水稻、玉米，是黑龍江省重要的商品糧生產基地之一，其中冬小麥是近幾年引進培育的優質越冬小麥品種，其產量和質量等各項指標優于春小麥，已在境內廣泛種植。

3 資料與方法

3.1 氣象衛星資料

佳木斯冬小麥播種出苗后，選擇符合條件的冬小麥種植區域進行衛星監測，應用已開發軟件對獲得的衛星資料中相關數據完成處理及加工，形成等位網格點資料。由于冬小麥植被指數受土壤背景影響很小，當15%植被覆蓋度＜80%時，土壤背景與冬小麥生長覆蓋度增大幾乎沒有關系，而且冬小麥主要生長期內雙向輻射和大氣對其影響也可忽略不計；但植被指數變化易受小麥長勢和覆蓋度的影響，因此采用植被指數作為冬小麥生長狀況的定量標準，通過遙感植被指數提取以冬小麥為主要對象的綠色植被信息，運用AVHRR第一通道和第二通道的光譜信息經簡單線性組合后構成歸一化差值植被指數和比值植被指數。

3.1.1 地理信息識別

氣象衛星資料處理后由熱紅外通道形成的彩色圖像上，藍黑色的代表水體，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別。

3.1.2 植被指數偽彩色圖像

冬小麥生長期內，麥區的植被指數變化值為0.05～0.8，云區及水域區出現的是負值。制圖過程中將植被指數擴大10 000倍，結合地面實際情況來分析解譯，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。在衛星資料偽彩色圖像里，黑色代表負值區，棕黃色為0～250值區，白色為250～500值區，500以上為綠色及其他色彩，這種色彩識別法主要用于植被信息的提取。

3.1.3 系統集成

把所有環節進行系統集成，加工成定量數據。即將植被指數以縣為單位計算出植被指數縣平均值、合計值及所占的比例等，用于定量分析和組建模型。

3.2 地面觀測資料

地面實際觀測到的資料對于衡量農作物遙感監測和估產數值的真實性和精確度有重大意義，在建立遙感解譯標志、估產模型創建及預報的準確與否等方面起著關鍵的作用。要保證地面觀測資料的真實度，必須選擇合理準確、有代表性的地面觀測點，盡可能的抽選較多的樣點，定時、定點、定量的進行觀測記錄，這樣得出的數據才越接近實際情況，具有普遍性和代表性。通過樣點記錄觀測資料和農業數據，將地面觀測的實況資料統計加工，及時通過氣象專用通道或農業經濟統計部門上報到監測和估產部門。

4 佳木斯冬小麥生長的宏觀動態監測

冬小麥長勢分析主要是對其各長勢階段進行全面的觀測過程，采用專用氣象衛星對冬小麥的各時段生長發育變化進行宏觀動態監測。佳木斯種植的冬小麥，屬于強冬性小麥，每年9月10日左右播種，主要生長期在11月，來年3月返青，7月20日前后收割；由于佳木斯市冬季受來自高緯內陸偏北風的影響，盛行極地大陸氣團，寒冷干燥，在冬小麥生長期11月，只有冬油菜與冬小麥同期生長，其余作物通常都是在4月下旬以后開始播種。因此，11月至來年4月，佳木斯主要植被為冬小麥，由氣象衛星遙感監測獲得的資料主要是冬小麥信息。

4.1 冬小麥發育期的監測

及時、全面的監測冬小麥發育期的變化情況是對其進行生長分析的重要途徑之一，通過對生長期的監測可以全面的了解冬小麥的發育速度和進程。依據傳統農業統計，冬小麥生長期獲得的資料均是由選取的有代表性的固定樣點定時觀測得來的，在時效和準確率上難以達到農業生產管理對農情監測信息精確率的需求。采用衛星遙感監測，主要是利用氣象衛星的NDVI數據，每隔10～15 d監測一次長勢變化情況，由獲得的衛星圖像可以獲取定量化植被指數，實現冬小麥種植區空間分布的準確定位，從宏觀的角度上進行全面監測冬小麥的整個生長發育過程，并提供出冬小麥發育期變化的直觀信息，同時也可得到冬小麥發育期地理界限劃分的宏觀依據，彌補了以往傳統監測手段的局限性和許多不足之處。

4.2 冬小麥長勢監測

冬小麥各個發育階段的生長情況決定著來年產量的高低，一般情況下，壯苗安全越冬和來年成穗由冬小麥冬前分蘗期的長勢決定，返青至拔節期的長勢影響著冬小麥群體穗鼓和穗粒數，抽穗期是冬小麥生長關鍵階段，總之，冬小麥的每一個發育生長階段都在決定著子粒的產量。由衛星圖像進行分析解譯，可及時獲得冬小麥生長變化規律。

5 小結

佳木斯氣象衛星地面站的建立和發展，加強了對冬小麥等農作物生長發育期的全程掌控，為農業各部門制定農業管理措施和方法提供了科學依據。遙感監測技術的應用，彌補了依靠地面定點觀測獲得作物生長狀況的缺陷，其具有的宏觀性、時效性、綜合性和動態性使農業由傳統逐漸走向精確，滿足信息社會農業生產管理對農情監測信息的需求。