錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)及應(yīng)用

玉 剛，鄭 琳，王宇宸，吳 昊，閆默茹，迎 春

(1.錫林郭勒盟氣象局；2.錫林浩特國家氣候觀象臺(tái)，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

草原火蔓延速度快，受風(fēng)速、風(fēng)向、溫度影響較大，是草原地面的主要災(zāi)害之一[1]。近些年來，隨著我國對(duì)草原防火工作重視程度增加，我國境內(nèi)出現(xiàn)草原火的次數(shù)逐漸減少，但中蒙邊界火發(fā)生頻次仍較高[2]。蒙古國地域遼闊且防火能力較弱，對(duì)于發(fā)生的火情無法及時(shí)的撲救造成火情蔓延至我國境內(nèi)，威脅我國邊境地區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和北方生態(tài)屏障[3-5]。錫林郭勒盟位于我國正北方，草地類型多樣、植被種類豐富，是“京津冀”生態(tài)文明建設(shè)的重要屏障。錫林郭勒盟土地面積20.3萬 km2，其中可利用草場(chǎng)占88.7%，森林覆蓋率達(dá)到7.1%，含國家級(jí)和自治區(qū)級(jí)自然保護(hù)區(qū)9處。在牧草返青期、黃枯期，出現(xiàn)草原火情風(fēng)險(xiǎn)高、影響大，同時(shí)錫林郭勒盟北部與蒙古國接壤，在發(fā)生邊境火時(shí)需要各撲火部門快速反應(yīng)、分秒必爭(zhēng)，草原防滅火工作責(zé)任艱巨、意義重大。對(duì)此，錫林郭勒盟氣象局創(chuàng)新研發(fā)錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)，此平臺(tái)基于葵花8號(hào)、風(fēng)云4號(hào)靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)，與包含F(xiàn)Y-3B/C/D衛(wèi)星在內(nèi)的多源極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)，能夠?qū)θ思爸苓叺貐^(qū)、中蒙邊境外高風(fēng)險(xiǎn)火源區(qū)域的森林草原火點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)判別、監(jiān)測(cè)、示警，并可通過網(wǎng)頁端平臺(tái)和App同時(shí)監(jiān)測(cè)。錫林郭勒盟火情監(jiān)視平臺(tái)替代原有手動(dòng)判識(shí)、人工合成產(chǎn)品的服務(wù)方式，10 min一次連續(xù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)延遲壓縮在30 min內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、智能化火點(diǎn)判識(shí)與氣象服務(wù)，為森林草原火災(zāi)撲救爭(zhēng)取到寶貴的時(shí)間。

1 錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)

錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)是基于多源衛(wèi)星遙感，能夠?qū)崟r(shí)、自動(dòng)、智能地進(jìn)行火場(chǎng)監(jiān)測(cè)判別，并輔助值班人員快速進(jìn)行火場(chǎng)服務(wù)，一鍵生成專題圖和服務(wù)產(chǎn)品，提供火場(chǎng)關(guān)鍵氣象信息。

1.1 多源衛(wèi)星監(jiān)測(cè)模塊

共接收NOAA19、TERRA、AQUA、NPP、FY-3B、FY-3C、FY-3D、NOAA18等8顆極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)和HIMAWARI-8(葵花8號(hào))、風(fēng)云4號(hào)靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

引入多源衛(wèi)星監(jiān)測(cè)后，森林草原火情監(jiān)測(cè)時(shí)間分辨率提高到10 min一次，成像范圍覆蓋錫林郭勒盟地區(qū)和蒙古國部分地區(qū)，能夠?qū)崟r(shí)、自動(dòng)、智能地進(jìn)行火場(chǎng)監(jiān)測(cè)判別，所用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理完成并示警的時(shí)間基本能控制在30 min左右。

1.2 火情判識(shí)模塊

利用遙感技術(shù)進(jìn)行火點(diǎn)監(jiān)測(cè)判識(shí)的原理是根據(jù)高溫?zé)狳c(diǎn)在紅外光譜段與周圍環(huán)境背景像元異常以及與遠(yuǎn)紅外亮溫差異的特點(diǎn)。對(duì)自動(dòng)識(shí)別到的火點(diǎn)，可自動(dòng)提取火點(diǎn)經(jīng)緯度、錫林郭勒盟境內(nèi)地理區(qū)劃、火場(chǎng)鄰近地區(qū)風(fēng)向風(fēng)速、火場(chǎng)面積(指像素點(diǎn)總面積)、亞像元面積(指小型火場(chǎng)中評(píng)估出的火點(diǎn)面積，僅供參考)、境外火炬邊境線距離、境內(nèi)火炬重點(diǎn)地區(qū)距離，并可一鍵生成專題圖和專題報(bào)告。

1.3 地理信息疊加模塊

對(duì)境內(nèi)火點(diǎn)所處行政區(qū)劃位置識(shí)別詳細(xì)至嘎查村，并標(biāo)注到重點(diǎn)防火區(qū)域距離，對(duì)于境外火場(chǎng)能夠自動(dòng)提取火場(chǎng)到邊境線距離，并可查找附近的邊境界碑，方便森林官兵和地方撲火隊(duì)員快速定位到重點(diǎn)邊境處，并添加了城鎮(zhèn)、濕地、水體、保護(hù)區(qū)的地理信息，為啟動(dòng)森林草原火情應(yīng)急響應(yīng)時(shí)做參考。

1.4 火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)模塊

平臺(tái)留有火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)生成、展示功能，將掛載錫林郭勒盟氣象局根據(jù)本地區(qū)情況自主研制的逐日火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)算法，可實(shí)現(xiàn)未來10天逐日火險(xiǎn)等級(jí)形勢(shì)預(yù)報(bào)。使用數(shù)據(jù)包括IMLDAS數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感的植被覆蓋度數(shù)據(jù)和氣象站歷史插值數(shù)據(jù)。未來10天逐日火險(xiǎn)等級(jí)形勢(shì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可形成相關(guān)產(chǎn)品，為盟防火部門、森林消防支隊(duì)、錫林郭勒盟森林草原局等提供決策氣象服務(wù)。

2 火情案例分析

2.1 案例一

通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)測(cè)，2020年10月16日13時(shí)50分，F(xiàn)Y-3B衛(wèi)星遙感判識(shí)到錫林郭勒盟錫林浩特市朝克烏拉蘇木阿日高勒嘎查和西烏珠穆沁旗吉仁高勒鎮(zhèn)巴彥烏拉嘎查交界處火場(chǎng)(經(jīng)度116.423 333，緯度44.375 833至16時(shí)發(fā)展至經(jīng)度116.520 833緯度44.404 444)具有火點(diǎn)。期間火場(chǎng)地面風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)，風(fēng)速5級(jí)～6級(jí)，極大風(fēng)速17.6 m/s，風(fēng)力較大，火場(chǎng)呈由西向東發(fā)展趨勢(shì)，高溫區(qū)總面積約40 km2。

經(jīng)同高分圖像分析比對(duì)，此平臺(tái)算法對(duì)火場(chǎng)判識(shí)的位置一致性較強(qiáng)，過火區(qū)判識(shí)同火燒跡地范圍基本符合。經(jīng)高分6號(hào)衛(wèi)星10月17日遙感圖像判別，火場(chǎng)詳細(xì)位置在錫林浩特市朝克烏拉蘇木與西烏珠穆沁旗吉仁高勒鎮(zhèn)交界處，過火區(qū)域中心點(diǎn)處經(jīng)度116.454 894，緯度44.404 444，受火場(chǎng)影響嘎查共6個(gè)，為毛登牧場(chǎng)、寶拉格嘎查、阿日高勒嘎查、巴彥烏拉嘎查、都日布勒吉嘎查、夏那嘎音寶力格嘎查。經(jīng)計(jì)算，火場(chǎng)總面積為26.11 km2。

2.2 案例二

通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)測(cè)，于2021年4月18日13時(shí)在阿巴嘎旗、東烏珠穆沁旗與蒙古國邊境外(阿巴嘎旗巴彥圖嘎蘇木北部至東烏珠穆沁旗區(qū)域附近)發(fā)現(xiàn)火情，此次火情從發(fā)生到結(jié)束總歷時(shí)18 h，過火區(qū)總面積約為1 170 km2，東西跨度約為70 km，南北跨度約為30 km，與我國邊境相鄰火線長約63 km。通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)能準(zhǔn)確地判斷火場(chǎng)準(zhǔn)確位置、對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)氣象信息，能夠幫助值班人員對(duì)火場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確研判，為前線撲火人員提供有效的信息，但是云覆蓋會(huì)影響火點(diǎn)判識(shí)。通過該平臺(tái)監(jiān)測(cè)到每時(shí)次的火場(chǎng)情況，見表1。

表1 分時(shí)次火場(chǎng)情況

2.3 案例三

通過錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)測(cè)，于2021年10月25日08時(shí)監(jiān)測(cè)到蒙古國境內(nèi)距東烏珠穆沁旗薩麥蘇木陶森寶拉格嘎查北30 km處出現(xiàn)草原火情，此次火情從發(fā)生到結(jié)束歷時(shí)13個(gè)小時(shí)，火場(chǎng)過火總面積為740 km2，過火區(qū)東部、南部同錫林郭勒盟邊界相接，基本未侵入境內(nèi)超過1 km，與邊境線相接長度為38 km。該平臺(tái)能夠很好地判識(shí)出此次火情的具體位置、蔓延方位、火場(chǎng)面積及火場(chǎng)氣象要素等信息，但是當(dāng)溫度降低時(shí)，火點(diǎn)判識(shí)較為困難成為此平臺(tái)的一個(gè)弊端。通過該平臺(tái)監(jiān)測(cè)到每時(shí)次的火場(chǎng)情況，見表2。

表2 分時(shí)次火場(chǎng)情況

3 結(jié)束語

利用遙感技術(shù)進(jìn)行火點(diǎn)監(jiān)測(cè)判識(shí)是應(yīng)對(duì)草原火災(zāi)較為有效的辦法，錫林郭勒盟防滅火遙感監(jiān)控平臺(tái)不僅能夠?qū)硟?nèi)外發(fā)生的火情進(jìn)行準(zhǔn)確的判識(shí)，同時(shí)具備提取火場(chǎng)信息的自動(dòng)化處理功能，提升了草原火情監(jiān)測(cè)時(shí)效、準(zhǔn)確度，為錫林郭勒盟防火氣象服務(wù)工作打到“提前量”，為防火工作提供新思路，但在氣溫較低的情況下調(diào)節(jié)火點(diǎn)判識(shí)靈敏度以及在云覆蓋時(shí)如何濾云去判識(shí)火點(diǎn)為本平臺(tái)下一步研究的內(nèi)容。