基于MODIS數據的秋季作物秸稈焚燒遙感監測研究

谷金英 馬冠南

摘 要：本文選取MODIS熱異常數據對2017年吉林省中西部地區秋季作物收獲期的秸稈焚燒狀況進行監測，統計分析該時段內秸稈焚燒火點的時空分布格局。使用遙感衛星手段對農作物秸稈焚燒狀況進行監測不僅能為監管部門提供可靠的數據支持，同時能夠加強對秸稈焚燒預防和管控的能力。

關鍵詞：遙感監測；MODIS；秸稈焚燒；火點

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180329074

吉林省被譽為世界三大黃金玉米帶之一，是我國的主要產糧區，然而每年作物秋收季節，也是秸稈焚燒最嚴重的時期，雖然相關政府部門采取了多種措施警戒、督查，但各縣、鄉焚燒秸稈的現象仍屢見不鮮。秸稈焚燒會產生大量的灰塵、煙霧，形成霧霾，不僅威脅公共交通安全，也會危及人類健康。利用衛星遙感技術可以實時、大范圍、快速地監測秸稈焚燒的狀況，準確地獲取火點發生的位置以及不同地區的火點數量，從而為監管部門針對秸稈焚燒治理提供有價值的參考信息。

1 數據來源與處理

1.1 數據來源

MODIS數據有36個觀測通道，波段范圍寬、監測頻率廣、靈敏度高[4]，其中MOD14熱異常數據可以直接獲取使用，是監測分析秸稈焚燒理想的數據源。鑒于此，本研究選取2017年9月30日—10月23日共24d的MODIS熱異常產品數據mod14用于火點的提取。利用1：10萬吉林省行政區劃圖、耕地矢量圖等數據，對吉林省中西部地區的農用地秸稈焚燒狀況進行監測和分析。

1.2 數據處理

由于MODIS數據具有非常詳細的經緯度波段信息，不必選取多個地面控制點即可對影像進行精校正[5]，因此MOD14數據的預處理主要是進行投影轉換。首先利用ENVI5.3軟件讀取MODIS數據，通過經緯度信息建立地理查找表GLT文件，進而對MOD14數據進行地理地位。通過ENVI5.3中的ROI閾值工具提取熱異常點，保存為shapefile格式，導入到Arcgis軟件中，疊加到吉林省行政區劃圖中，通過裁剪功能提取吉林省中西部地區多天內的火點及熱敏感點信息，導入耕地矢量圖并與提取的火點圖層進行疊加，火點位于耕地范圍內的即視為秸稈焚燒點。

2 結果與分析

2.1 火點分布地區

通過MODIS數據處理分析可知，2017年9月30日—10月23日吉林省中西部地區24d內的火點數目為693個，其空間分布情況如圖1所示。秸稈焚燒火點涉及22個縣市，具體各地級的火點分布情況如表1所示。

從圖1可以看出，除了通榆縣、乾安縣、寧江區、扶余縣和樺甸市5個縣市沒有秸稈焚燒火點外，其他各地縣市均有火點分布，從火點分布的空間布局來看，白城市、長春市和四平市是火點分布的主要集中區域，3個地區的火點總數共計634個，占研究區秸稈焚燒火點總數的91%。其中以白城市的洮北區最為突出，火點數目為125，占火點總數的18%，遠高于其他縣市，其次為洮南市，火點個數為89，占火點總數的12.8%。此外，公主嶺市、榆樹縣和梨樹縣以及長嶺縣4個縣市的秸稈焚燒現象較其他地區嚴重，火點個數均大于50。從監測圖中還可以看出，其他各地區的火點多集中分布在市、縣交界處，這可能是由于在市、縣交界處秸稈焚燒監管力度薄弱造成的。從表1中可以看出，不同地市的火點數量存在較大差異，主要原因可能是由于各地方政府對秸稈焚燒監督檢查的力度不同。

2.2 火點的時間序列

雖然每年秋收季節各地方政府都會提前部署和督導秸稈焚燒工作，但由于作物收獲期秸稈量大，農戶收割作物時間不相同等多方面因素，導致秸稈焚燒的現象仍普遍存在。圖2列出了2017年9月30日—10月23日遙感監測的秸稈焚燒每日火點個數結果，如圖2中所示，監測前期秸稈焚燒現象較少，監測首日有一個火點，監測第2天無火點，從10月3—7日火點個數也較少，分別為3、0、4、2、8個，之后的5d均無火點存在，監測后期火點個數呈現逐漸增多的趨勢，除10月14日和16日火點個數較少，分別為9個和4個外，從10月13—17日每日的火點個數均大于等于30個，而從10月18日開始秸稈焚燒進入高峰期，10月18日火點個數為168個，可能由于天氣多風的原因，10月19日火點個數驟降為30個，而10月20日火點個數再次飆升為169個，達到整個監測期的最大值，10月21日火點個數略微下降為119個，隨后幾日秸稈焚燒現象逐漸減少，10月22—24日火點個數分別為29、23、16個，至此2017年秋季作物秸稈焚燒監測結束。縱觀整個監測期，2017年吉林省中西部地區秋季作物秸稈焚燒火點主要集中在10月13—24日。監測前期，由于農民忙于集中收割作物，所以秸稈焚燒現象較少，火點數較少且趨于平穩，監測后期作物被大面積收割，同時大量的秸稈沒有出口，秸稈剩余量過大，又由于冬季時間長，農民整地的時間短，往往一燒了之，導致秸稈焚燒現象加重，火點個數逐漸增多，隨后進入秋收末期，隨著秸稈數量的減少，秸稈焚燒的現象也逐漸減少。整個監測期內火點發生的規律與作物收獲期基本一致，因此政府應該掌握好農民秋收的時間進度，及時跟進加強禁止焚燒秸稈的宣傳力度和監管措施，方可有效地遏制焚燒秸稈的現象發生。

3 結論與討論

本文使用MODIS熱異常產品MOD14數據對2017年吉林省中西部地區秋季作物秸稈焚燒進行監測，提取出研究區內的著火點信息，并對秸稈焚燒火點的數量及時空分布格局進行分析，結果表明與傳統人工監測秸稈焚燒方法相比，通過遙感衛星技術手段，可以及時、全面、快速地掌握秸稈焚燒的現狀及發展趨勢，為各級環境監管部門加強對秸稈焚燒的監察和預警提供可靠的決策依據。

參考文獻

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[2]何立明，王文杰，王橋，等.中國秸稈焚燒的遙感監測與分析[J].中國環境監測，2007，23（1）：42-50.

[3]厲青，張麗娟，吳傳慶，等.基于衛星遙感的秸稈焚燒監測及其大氣污染影響分析研究[J].生態與農村環境學報，2009，25（1）：1-6.

[4]段鳳魁，魯毅強，狄一安，等.秸稈焚燒對北京市空氣質量的影響[J].中國環境監測，2001，17（3）：8-11.

[5]楊磊，潘志強.資源三號衛星多光譜數據的大氣校正研究[J].光譜學與光譜分析，2013（7）：1903-1907.

作者簡介：谷金英，吉林省農業資源與農業區劃研究所研究實習員。