高分遙感技術在內蒙古氣象監測中的應用

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，現已覆蓋了不同的行業領域，如自然資源、生態環境、城市管理等。文章主要講述了高分辨率遙感技術的特點及其在內蒙古地區催生的應用，如水體、森林火災和沙漠邊界監測等。

關鍵詞：高分遙感;分辨率;監測;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

內蒙古自治區位于我國北部邊疆，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，屬于中溫帶季風氣候，干旱少雨，氣象災害多樣，主要有干旱、大風、沙塵、暴雨、洪澇、冰雹等。近些年地面氣象觀測站數量雖有增加，但在覆蓋范圍、空間觀測上仍然存在不足，利用遙感衛星可進行空間化、精細化的氣象條件監測，而高分系列衛星遙感監測技術的使用使得自治區遙感資料的獲取如虎添翼。

2 高分遙感監測的特點

十三五規劃明確提出要做大做強衛星及應用產業，國家加大衛星遙感領域投入，提升我國衛星遙感數據國產化水平，2010年國務院批準高分專項工程，目前已發射了高分一號、高分二號等系列高分衛星。覆蓋了從全色、多光譜到高光譜，從光學到雷達，從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型，構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。

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，空間分辨率優于1m的光學成像衛星所獲取的數據稱為高空間分辨率遙感數據。高分一號衛星是中國高分辨率對地觀測系統的首發星，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衛星，全色分辨率為50m;2019年11月3日11時22分發射的高分七號是我國首顆亞米級高分辨率光學傳輸型立體測繪衛星。

2.2 高時間分辨率

時間分辨率（temporal resolution）是指重復觀測同一地區所需要的時間，是評價遙感系統動態監測能力的重要指標。高分一號重訪周期只有4天，而世界上同類衛星的重復周期大多為10余天;高分三號單側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，獲取許多非常窄的光譜連續的影像數據的技術。可見光的波譜范圍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星，觀測譜段覆蓋紫外至長波紅外，是國際上首次實現對大氣和陸地進行綜合觀測的全譜段高光譜衛星;高分六號實現了8譜段CMOS探測器的國產化研制，國內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 高分遙感技術在各領域的應用

隨著高分遙感技術的發展和進步，已經在多個領域得到了充分地利用。在目前，結合內蒙古的情況來看，遙感技術已經與多項領域取得了良好的合作，這些領域包括生態環境保護、自然資源調查、黃河凌汛監測、農業災害的監測和農作物產量評估的發展等，在這些領域中，高分遙感技術都發揮了非常重要的作用。

3.1 水體監測

彭保發等人基于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測[2]。靳海霞等人基于GF-2號融合影像數據對北京鎮水體進行水體岸線提取和水質參數反演[3]。在內蒙古地區，基于GF-1號、GF-2號融合影像數據，每年都對內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）面積進行監測分析。根據2019年9月遙感監測結果顯示，內蒙古地區的6大湖水體面積表現出不同的變化特征：呼倫湖經歷了一個萎縮-恢復的過程;居延海水域面積逐步恢復;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的兩處湖水體岱海和黃旗海，表現為水域面積持續減小。

3.2 火情監控應用和火災災后評估應用

內蒙古是典型的溫帶大陸性氣候，85%以上的地區屬于干旱半干旱區，尤其在春夏交替季節干旱少雨、高溫低濕，受各種因子的交互影響，使森林草原火災頻繁發生。尤其是內蒙古大興安嶺林區，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之一，被稱為“北疆的綠色長城”，是春季森林火災防范的重點地區之一。利用高分衛星監測火點位置信息及天氣狀況，并及時向相關部門報告，為防撲火工作提供了有力保障。如今年5月1日，內蒙古大興安嶺林區額爾古納國家級自然保護區和溫河生態功能區發生森林火災;2019年6月，內蒙古大興安嶺地區雷暴活動頻繁，降水較常年偏少，平均氣溫較常年偏高，使得大興安嶺地區相繼出現多起雷擊火，其中以金河林業局秀山林場火災損失最為嚴重，利用高分衛星監測火點位置信息及天氣狀況，并及時向相關部門報告，8月2日成功獲取高分1號衛星在火燒跡地上空的無云影像并開展災后評估。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”等級。

3.3 沙漠邊界變化

土地荒漠化危害人類的生存環境，也影響了社會發展，因此對土地荒漠的監測與評估具有重要意義。內蒙古荒漠總面積達30.3萬平方千米，占到全區總土地面積的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影像數據結合多源衛星數據，對內蒙古自治區境內的沙漠進行邊界變化監測，結果顯示，近30年間（1990-2018），內蒙古西部沙漠區存在明顯變化的重點區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，巴丹吉林沙漠擴張面積最大，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定少動，烏蘭布和沙漠面積明顯減少。

4 結束語

隨著對地觀測技術的進步以及人們對地球資源和環境的認識不斷深化，用戶對高分辨率遙感數據的質量和數量的要求在不斷提高。高分遙感技術的出現，迎合了人們需求，越來越多的應用于經濟與社會發展中，結合地面監測與航空遙感，綜合應用多源數據，有力的提升了環境監測與防災減災能力，但機遇與挑戰并存，高分遙感技術怎樣更全面精準地服務于經濟社會將面臨更大的挑戰。

參考文獻：

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

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

[3]靳海霞，潘健.基于高分二號衛星融合數據的城鎮黑臭水體遙感監測研究[J].國土資源科技管理，2017，34（4）：107.