2021 年黑龍江省汛期衛星遙感水情精細化監測服務

吳 瓊， 趙夢然，薄 宇

（1.黑龍江省生態氣象中心,黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

2021 年黑龍江省汛情呈現出明顯的極端性，汛情發生早、范圍廣，洪水量級大，歷時長。 洪水影響范圍涉及黑龍江、嫩江、松花江等多個流域，省內多個水文站水位超過警戒水位或保證水位。 衛星遙感技術具有覆蓋范圍廣、監測頻次高、變化直觀等優勢，利用風云氣象衛星進行水體監測已經成為目前國內監測的重要手段之一[1-3]，但每種衛星監測又有其自身的不足。 面對洪澇重特大災害，單一的監測手段難以滿足災害監測需求[4],黑龍江省生態氣象中心打破傳統單一監測模式，加強技術提升，利用風云衛星、高分衛星和雷達衛星等多星組網，同時拓展數據源，擴大監測區域，綜合多種方式，點面結合密切跟蹤洪峰發生發展動態， 開展汛期衛星遙感水情精細化監測服務。

2 數據來源

衛星遙感數據來源為佳木斯氣象衛星地面站接收的我國風云三號 （FY-3）D 星、B 星衛星數據、NOAA14 衛星數據，通過中國資源衛星應用中心下載國產高分衛星數據， 從哥白尼開放數據中心下載哨兵一號雷達衛星數據，同時通過決策部門獲取水利、水文等信息數據。

3 水情精細化監測分析方法

3.1 多源衛星綜合監測

圖1 2021 年7 月12 日與2021 年7 月9 日黑龍江愛輝至遜克段水體面積對比專題圖

圖2 2021 年6 月24 日與2021 年6 月8 日黑龍江鷗浦至三道卡水體面積對比專題圖

圖3 2021 年8 月25 日與2021 年8 月13 日松花江哈爾濱段水體面積對比專題圖

在汛期水情監測服務中應用衛星監測分析遙感應用系統(SMART2.0)、高分辨率衛星應用資料氣象應用軟件、衛星天氣應用平臺(SWAP2.0)等軟件，統一技術標準，根據洪峰發生發展動態，采用風云衛星、高分衛星和雷達衛星等多星組網監測。 風云衛星監測范圍廣、時間頻率高；高分衛星空間分辨率高，監測精度可達米級[5]；雷達衛星可以穿透云層，克服云雨障礙。 經過多星組網，數據融合，可以實現全天候，點面結合的精密監測模式。 如圖(1-3), 分別采用了FY3D/MERSI 氣象衛星 （250 m 分辨率）、 高分衛星（GF1，16 m 分辨率）和歐洲哨兵一號雷達衛星（10 m分辨率）對黑龍江、松花江部分江段進行了水體監測分析。

3.2 序列化、標準化監測

根據經緯度信息對黑龍江省境內外水體區域進行了標準化區塊劃分。 采用5°*5°分割法，將黑龍江省境內以及俄羅斯境內的結雅水庫、結雅河、布列亞河等區域水體分割成七塊（W01-W07）（圖4），通過修改Smart2 配置文件， 對衛星遙感數據自動分割投影。 根據重點水體監測區域，進行衛星遙感精細化判識，實現監測序列化、標準化，大幅提高產品制作與發布效率。 據統計2021 年水情監測服務產品120份，較2020 年增加了92 份。

圖4 黑龍江省境內外水體標準化區塊圖

3.3 跨部門數據融合

深化多部門信息共享共建， 主動對接水利水文部門， 利用GIS 軟件通過建立各流域水文站矢量數據，在水情監測制圖中，以信息提取方式首次引入超警戒水文站點數據， 實現遙感和地理信息數據的集成，在防汛決策服務中取得良好效果，被引入全國天氣會商業務中。

3.4 境內外水體協同監測

與黑龍江接壤的俄羅斯境內結雅水庫、結雅河、布列亞河和布列亞水庫水情變化對黑龍江中下游汛情影響非常顯著。 中心密切關注境內外水體變化，制作結雅水庫精細矢量， 建立汛期衛星遙感長序列數據集。 開展歷史上重大洪澇災害對比監測，最早對比數據可追溯到1998 年。 圖5 為利用風云三號氣象衛星2021 年6 月22 日與2013 年6 月23 日數據對黑龍江上游俄羅斯境內結雅水庫水體面積和黑龍江省境內各主要流域水體進行對比監測分析。

圖5 2021 年6 月22 日與2013 年6 月22 日黑龍江境內外水體對比監測圖

3.5 本地化應用衛星遙感定量產品

黑龍江上游俄羅斯境內氣象站點稀少， 且無雷達資料可尋， 利用氣象衛星遙感資料所推導出的降水產品可以大大彌補常規氣象觀測的不足， 為天氣預報提供更為豐富的降水信息。 在2021 年的汛期服務中， 生態中心引進國家衛星氣象中心開發的衛星降水估計產品進行本地化應用， 制作黑龍江上游區域降水估計產品， 進一步豐富和完善了衛星遙感水情監測服務材料。

3.6 區域精細化主動服務地市

充分響應黑龍江省氣象局提出的“1+N”區域精細化服務理念， 在汛期氣象服務中進行1+N 產品分解定制化服務，為沿江的大興安嶺、黑河、齊齊哈爾、鶴崗、伊春、佳木斯等6 個受洪峰影響的市（地）提供精細化決策服務材料32 份。

4 結論和探討

相對于前期單一的風云衛星水體遙感監測，目前黑龍江省生態氣象中心所采用多種手段相結合的綜合監測方式，服務更具時效性、精細化、針對性，在防災減災氣象服務保障中發揮了重要作用， 取得良好的社會效益，為抗洪搶險、科學調度提供了決策依據。

目前數據來源主要依托佳木斯氣象衛星地面站傳輸的風云系列數據， 高分衛星和哨兵衛星等高分辨率衛星在數據獲取上仍存在一定困難， 下載時間慢，重訪周期長，對服務時效有一定影響。 另外，水利、水文數據獲取也存在問題，希望在后續工作中進一步加強部門合作，暢通信息獲取渠道，深度融入地方防災減災指揮體系， 全面提升汛期氣象服務保障工作能力。