遙感在氣象監測中的應用

潘　薔，劉麗敏，吳　桐

（伊春市氣象局，黑龍江伊春153000）

遙感在氣象監測中的應用

潘薔，劉麗敏，吳桐

（伊春市氣象局，黑龍江伊春153000）

經濟發展和社會進步的同時，不同行業對氣象服務的要求也相對提高，需要氣象針對其行業特性提供更專業的服務產品。傳統的氣象監測手段難以滿足各行各業的不同需求，遙感技術的出現和發展為氣象行業提供了全新的思路和探測手段，為氣象事業的發展奠定了技術保障。遙感技術作為一種有效的探測手段，已經廣泛應用到氣象監測事業中。本文從行業氣象服務的角度，介紹了國內外遙感技術在農作物監測與估產、林業監測、森林防火監測、霧和霾的監測中的應用；認為遙感技術能夠運用到農業、林業和環境氣象監測業務中，有助于提高氣象的預報和服務質量。

遙感；監測；氣象服務

1　引言

隨著科技的發展、人類社會的進步，城市化進程的逐步加快，人類的社會活動也越來越豐富。然而，由于人類活動對生態系統的影響已超出其承載范圍，導致所造成的負面影響已經在全球范圍內日益涌現，氣候變化就是其中之一。隨著2008年初我國南方大范圍低溫雨雪災害天氣的發生以及2013年"霧霾"成為年度關鍵詞以來，氣象工作也前所未有的受到社會的廣泛關注。人們對氣象的重視也逐漸加深，原本氣象基礎信息服務已經不能滿足社會對氣象服務的需求，為社會經濟發展和人民生活保障提供有力的依據成為人們對氣象服務的更高要求。氣象本身就是社會公益事業，是一個科技服務行業，氣象服務是氣象事業的立業之本，氣象事業在國民經濟中的地位就是通過氣象服務來體現的，因此提高氣象服務質量才是氣象事業發展的出發點［1］。

氣象服務，是指氣象部門基于大氣科學的理論與技術，根據社會、經濟、生態等的需要，向社會提供的各類工作。根據氣象服務對象的不同，氣象服務可劃分為決策氣象服務、公眾氣象服務、專業（行業）氣象服務和科技服務。其中專業（行業）氣象服務是根據各行各業對氣象條件的特殊需要所開展的有針對性的氣象服務。我國的行業氣象服務效益主要集中在農業、林業、水利、環保、公共管理與社會組織（含防災減災及重大社會活動氣象）等行業上［2］。由于不同行業要求氣象服務的針對性不同，傳統的溫、壓、濕、風等常規觀測手段已經不能滿足它們對于氣象服務的需求。遙感，即遙遠的感知，不直接接觸物體本身，通過電磁波來探測物體的屬性。它作為一種全新的探測手段，開拓了傳統科學的思路，解決了許多研究設想難以應用的難題。我國氣象衛星自1988年成功發射風云一號以來，至今已發展至風云二號、風云三號共14顆，其中7顆正常運行，為我國的氣象監測事業提供有力的保障。目前，遙感技術因其獨特的優勢已經廣泛應用于氣象監測業務中，為提高行業氣象服務質量發揮著不可替代的作用。

2　遙感在氣象監測中的應用

遙感技術不直接接觸探測物體本身，不受環境、地形等因素的影響，可以實現快速、大范圍的獲取被探測物體的相關信息，并且獲取數據的周期短，較傳統的監測手段有著無法比擬的優勢，已經廣泛地應用到農業、林業以及環境等監測中。

2.1遙感在農業中的應用

我國是農業大國，農業的生產與氣象條件息息相關，合適的氣象條件能夠促進農作物的生長發育，然而低溫、干旱等災害性天氣的發生會給我國的農業生產帶來巨大的影響，僅2015年7月1-4日，江南、西南地區東部一次持續強降雨天氣過程，就導致農作物受災59.7千公頃，絕收約6.4千公頃。因此，監測農作物長勢等信息對于指導農業生產有至關重要的意義。

2.1.1農作物監測與估產

農作物的生長狀況直接關系到其產量的多少，農作物長勢的監測與估產也是農業的重要研究內容。Dalezios［3］等人利用NOAA提供的高分辨率AVHRR數據，經計算得到1994-1996年的NDVI數值，對棉花的長勢進行連續監測。得出結論，利用NDVI計算得出的棉花產量與實際測量結果基本吻合，表明遙感可用來監測棉花產量，證實遙感為農業監測提供了一種有效的監測手段。彭麗［4］利用MODIS數據，結合當年氣象數據、產量與種植面積數據，建立陜西省冬小麥與玉米的產量預測模型，并對其進行精度檢驗。對比氣象、遙感、遙感氣象產量模型發現遙感氣象產量模型的精度最高；得出結論，綜合考慮氣象和遙感信息能夠提高模型的精度，能夠更好的為農業服務。

2.1.2災害監測

利用遙感技術監測農作物的受災信息，可以大大彌補因氣象站點稀缺、分布不均所造成監測偏差等不足。張佳華等［5］總結了國內外利用遙感監測水稻高溫熱害的相關研究，總結得出結論：MODIS和我國FY-2、FY-3等數據都滿足利用遙感進行水稻高溫熱害監測的時間分辨率要求。李斌［6］利用MODIS數據提取鄱陽湖和洞庭湖汛期的淹沒面積，并對洪澇所造成的災害損失進行評價。何燕等［7］利用MODIS數據和實地調查相結合的方法，分析2008年低溫凍害對廣西甘蔗造成的影響，認為利用遙感數據展開的作物凍害監測有一定的指示意義，可以加強氣象災害的監測預警能力，有助于提高氣象災害的預報時效性。

2.2遙感在林業氣象中的應用

植被是陸地生態系統中最重要的組成部分，是聯結土壤、大氣和水分的自然"紐帶"，其變化是對全球變化的一種反饋信息。地表植被中不僅包含著氣候模型中的各種參數，而且對生態系統的變化也存在一定的指示意義。植被覆蓋變化本身就是不斷適應氣候變化的結果。長期的植被監測數據不但可用來研究不同氣候背景下的植被變化規律，還有助于進一步探索生態系統的變化過程［8］。

2.2.1植被監測

國外對于植被監測的研究開始較早，并且取得了一定豐碩的研究成果。Lewis［9］等人以塞內加爾地區作為研究區，利用16年的NDVI數據和降水數據對該地區主要植被類型（林、耕、灌、草）的覆蓋狀況進行研究。結果表明，各植被類型的NDVI變化與降水量的變化具有很好的相關性。國內這方面的研究起步較晚，但近年發展較快。信忠保等［10］選用GIMMS和SPOT/VGT兩種植被指數數據對黃土高原地區的植被覆蓋的時空變化進行研究。結果顯示：25年間黃土高原地區植被覆蓋變化明顯可以分為4個階段，并且植被覆蓋和降水關系密切，降水變化是植被覆蓋變化的重要原因。馬明國等［11］對比分析國內外有關利用遙感對植被進行年際變化及其與氣候因子的相關性的研究方法和結果，得出結論：近20年來全球植被活動明顯增強，并且氣溫和降水是影響植被變化的最主要的因素。

2.2.2林火監測

森林火災對于生態系統來說是一種非常嚴重的自然災害，因此各國對于防火都相當的重視。傳統森林防火信息的采集和傳遞耗費的周期長、難以大范圍的應用，氣象站點的稀疏給火險預報增添了難度；利用遙感對森林防火進行監測解決了傳統方法在時間和空間上的不足，為森林火險的預報提供了全新的技術支撐，并且也取得了一定的成績。許東蓓等［12］利用MODIS遙感數據對甘肅省迭部地區的重大火災過程、前期植被干旱程度和土壤水分進行分析，計算過火面積。研究表明：利用MODIS遙感數據可對火災的發生發展進行連續動態的跟蹤監測，提供詳細的過火位置、面積等數據；進而得出結論遙感可以避免常規監測手段的不足，進而為森林防火提供極具潛力的技術支持。王一凱等［13］針對云南省提出了一種基于地表溫度、濕度遙感數據以及風速、蒸發量空間模擬數據的火險等級預報新方法，并利用4月地表溫度與濕度分析模型生成云南省森林火險等級分布圖。研究表明，根據該方法得到的森林火險等級在空間是連續的，能夠較好的反應歷年4月云南省森林火災的風險程度，為森林防火部門制定管理決策提供更加專業的服務。

2.3遙感在環境氣象中的應用

近年來，霧、霾、沙塵等災害天氣時常發生，給人們的生產、生活帶來了諸多不利影響，使得對這種災害性天氣的監測和預報具有重要的現實意義。常規的監測手段和預報方法對于這類天氣的生消動態方面困難較大，遙感監測技術在這一方面具有獨特的優勢。

2.3.1霧監測

國外早在70年代就開始利用SMS-1氣象衛星對輻射霧的生消過程進行觀測分析，隨著遙感技術的不斷發展，數據源的不斷豐富，目前應用較多的是MODIS數據。張春桂等［14］以臺灣海峽為研究區，利用MODIS可見光和紅外探測數據，建立了臺灣海峽霧的遙感監測模型，并用福建沿海地面站觀測數據對結果進行驗證，結果表明：該模型能夠較準確地對臺灣海峽海霧的分布和發展過程進行監測，準確率可達80%以上，具有較高的業務化應用前景。蔣璐璐［15］利用FY-3A衛星的VIRR數據，對2010年4月5日我國東部沿海地區日間霧這一個例進行監測分析，研究該遙感數據在霧監測業務中的可行性。實驗中通過光譜分析來確定對于霧識別的閥值，并對監測結果進行精度檢驗。經檢驗，該方法的監測精度較高，普遍可達70%以上，證實FY-3A衛星資料對于霧監測的可行性，并且具備在預報業務中推廣的價值。

2.3.2霾的監測

隨著經濟的發展，工廠和機動車數量的增多，霾已經成為大氣污染的重要表現形式。Lee等［16］利用MODIS和碳粒子數據分析了2004年韓國兩次霾污染事件的成因，認為中國東部地區城市污染和作物燃燒是造成韓國霧污染現象的主要原因。我國自2001年以來霾的日數急速的增長，最近幾年已經成為熱議話題。姜杰等［17］介紹了霾的遙感監測原理和目前應用較為廣泛的遙感監測技術，指出衛星遙感技術可以提供大尺度、長時間序列的污染物時空分布特征和變化趨勢，是霾監測與綜合治理的重要途徑。牛志春等［18］選取氣象數據、MODIS數據及其氣溶膠產品反演大氣顆粒物濃度，根據選取的霾污染指標對2013年1月江蘇省霾現象進行分析。結果顯示：遙感監測結果與地面實測結果基本一致，能夠較好地反應霾污染的空間分布與地域差異，能夠作為霾污染地面監測的有效補充，為霾污染遙感監測業務化提供有力的依據。

3　小結

氣象與人類的社會生活息息相關，經濟發展和社會進步的同時，各行各業對氣象服務也有了更高的要求，需要氣象提供更加專業更加多樣的服務產品。氣象服務既然是氣象事業的立業之本，那么氣象部門就應該注重科技的發展以及氣象資源的開發和利用，以適應社會和經濟發展的需求，提供更加專業、更加豐富的服務產品。遙感技術自興起以來，因其技術特點受到各行各業的青睞，為學者們進行深入的研究提供了強有力的技術保障和數據支持。氣象行業也不例外，遙感為氣象提供了更加先進的探測手段，確保氣象部門能夠為各行各業提供有針對性的服務產品，推動了氣象事業的發展。本文總結了國內外的相關文獻，介紹了遙感技術在農、林、環境氣象中的應用，希望為同行在今后的工作開展提供了一點參考。雖然目前遙感有其自身的缺陷，相信隨著科技的進步，在不久的將來，遙感技術必將在預報和監測服務中發揮重要的作用。

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1002-252X（2016）03-0031-03

2016-6-1

潘薔（1986-），女，山東省龍口市人，東北林業大學，碩士生，助理工程師.