衛星遙感技術在氣象災害調查中的應用實踐

徐立強

（內蒙古自治區寧城縣氣象局，內蒙古 赤峰024200）

氣象災害是由各種天氣原因引起的事故或災難。由于氣象災害頻發，給日常生活帶來諸多影響。隨著科技進步發展，氣象災害調查越來越先進，各種監控及預防手段降低了氣象災害的影響。在氣象災害調查中，衛星遙感技術具有重要作用，提升衛星遙感技術的應用水平及應用效率，對于促進氣象災害工作的合理實施與發展具有重要意義。

1 衛星遙感技術簡介

衛星遙感技術作為一門科學技術具有綜合性，集合了電子、光學、地學、計算機通信和空間等學科特點。衛星遙感的平臺是人造衛星，衛星遙感技術在全球范圍內快速發展，使對地觀測進入了全方位、全天候、多角度、多層、立體的新時代。全球對地觀測系統已經形成了各種軌道相結合、各種衛星相協調、各種分辨率彌補的綜合系統。

20 世紀70 年代末，中國的衛星遙感技術起步，目前發射的衛星主要有高分系列陸地衛星、風云系列氣象衛星、海洋系列海洋衛星；多個國家級衛星數據接收和服務系統先后建立，為國家其他各方面的研究提供了多方面的大量的科學信息支持[1]。

衛星遙感技術主要是通過遙感儀器接收物體反射的光譜或電磁波信號，識別地面物體。物體反射光譜由于物體的物理和化學特性、入射光波長的不同而存在差異。目標物電磁波是遙感探測獲取信息的依據。通過衛星遙感平臺可以收集并記錄地面物體的電磁波特征，再通過光學儀器設備及計算機設備，對原始遙感信號進行誤差消除，通過歸納整理，對信息進行提取。最后，對衛星遙感技術獲取的信息進行應用，為人們查詢、統計、分析目標物信息提供方便。

遙感是一種遠距離、非接觸的目標探測方法。遙感技術能夠通過云圖進行宏觀、直觀的展示，且獲取資料周期短、速度快，對目標的時間和空間動態變化提供了持續變化的數據。

衛星遙感技術高效益、低成本的特點，使其在多個領域得到廣泛應用，尤其是在氣象災害調查方面也開始運用衛星遙感技術。氣象遙感技術是通過人造地球衛星上配備的多種設備，來監測天氣與氣候物理參數，例如大氣的溫濕度、風速與風向、云彩的運動變化等。

中國地域遼闊、氣候復雜，受到復雜地形與多變氣候的影響，氣象災害頻發，而衛星遙感技術能夠實時反映氣候變化，降低了氣象災害對人們生活生產的影響。

2 氣象災害調查的主要內容

根據相關文獻，氣象災害調查是指通過科技及人工方式，對天氣、氣候災害和次生衍生災害的成因、過程和結果進行定量或定性分析，加強對氣象災害的認識評估與區劃，達到對氣象災害預防、控制的目的，也可為災后恢復提供方法與建議。

氣象災害調查一般分為4 個階段：①災前預測。包括時間、地點、影響、規模等。②災害監控。了解災害的實時情況，掌握變化趨勢和特點。③災害處理。對災害造成的破壞采取及時有效的處理手段。④災后重建。關注人們的健康狀況、社會穩定狀況、經濟恢復狀況等。衛星遙感技術由于其反饋速度快、監控范圍廣，而被廣泛應用于氣象災害調查中[2]。

衛星遙感技術被廣泛運用于氣象監測中，例如監測荒漠化、城市化、土地利用，監測評估農作物、森林等可再生資源，環境監測以及災害監測等，在氣象災害監測中同樣被廣泛應用。

3 氣象災害調查衛星遙感技術應用

3.1 應用于天氣與氣候監測

衛星遙感技術廣泛應用于氣象災害調查中的天氣與氣候監測。衛星上配備光線識別設備，能夠對大陸、海水、冰雪等形成不同顏色的監測云圖，例如海水是黑色的，大陸是灰色的，冰雪是白色的。紅外線設備還能反映空氣中溫度與溫度的變化，通過云圖反映的宏觀情況，能夠畫出大氣中的水量分布圖，同時描繪出降雨分布圖。例如，高光譜觀測衛星能夠對大氣污染狀況進行動態監測，為貫徹落實大氣污染防治攻堅任務，實現碳達峰、碳中和的戰略目標提供支撐。高光譜觀測衛星通過對大氣成分的濃度和分布進行量化反饋，對溫室氣體、顆粒物、氣態污染物進行遙感定量化監測，實現對大氣污染的精細化遙感監測應用。

3.2 應用于空氣污染監測調查評估

在城市中由于空氣質量降差，經常會發生“霧霾”現象，導致交通事故發生，城市能見度降低，對人們的正常出行造成不利影響。而通過衛星遙感技術能夠對“霧霾”進行監測，如果空氣中發生“霧霾”，及時發生預警，讓人們提前做好防備，合理規劃出行方案，避免出現嚴重交通事故，保障人們的生命財產安全[3]。衛星遙感技術對于“霧霾”的監測也是通過云圖直觀地展現出來，并通過實時監測達到空氣質量的監控。例如，2012 年，中國130 萬km2的面積受到了灰霾天的影響，之所以能夠準確地計算出灰霾天的影響范圍，得益于中國從2012-01-01 起，對70 多個地方通過衛星遙感技術監測PM2.5，才能準確公布了灰霾天的影響范圍。利用衛星遙感技術在每一平方千米都能收集到一組監測數據，是對地面監測指標的豐富與完善。

3.3 應用于海洋結冰及河流的凌汛監測調查評估

寒冷的冬季，海洋會出現結冰現象，而結冰的范圍與狀況會對海上經濟造成影響，例如海上船舶的運輸會因為結冰而擱置，油田的采集也會因為結冰而被迫暫停，船舶?？亢０毒€港口的計劃也會受到影響。因此，通過衛星遙感技術加強對海洋結冰情況的監控，對海上作業發出預警，避免危害的發生。由于冰與水的特征不同，對于可識別光及紅外光的光譜性質不一樣。通過對衛星遙感技術數據的提取，分析哪些區域是冰、哪些區域是水，并對結冰的范圍進行劃分，對結冰的程度進行分析。衛星遙感技術還被運用于南北極考察中，為制定考察技術提供依據。

冬季河水下段結冰，上游河水受到冰壩的阻力影響，導致水位上升，如果不及時采取措施，將會造成河水決堤，導致嚴重的災害事故。通過衛星遙感技術能夠實時監控河面的結冰情況，提前發出預警，提醒相關部分采取快速有效的措施，防止凌汛的發生。

3.4 應用于干旱與沙塵暴的監測調查評估

衛星遙感技術還能夠監控土地表面的水分，對地表植物的溫度進行監測，這對于中國干旱與沙塵暴的治理非常有效。在中國西部，經常發生風沙、沙塵暴，給人們帶來了很多困擾。正常地面與沙塵對與紅外與可識別光的反光率不同，通過衛星遙感技術能夠有效識別沙塵暴，但是僅限于白天，晚上難以識別。炎熱的夏季，中國部分地區還會出現大范圍干旱，不僅對農作物造成嚴重損害，同時還會引發自然火災，對人民的生命財產造成危害。通過衛星遙感技術，加強對干旱區域的溫度監測，能夠促使相關部門及早采取措施，防止災害發生。

3.5 應用于火災與臺風的監測評估

火災與臺風是常見的氣象災害?；馂陌l生時，溫度會急劇升高，衛星傳感器能夠探測到輻射熱量波長的變化，形成云圖展示火災的面積、火災燃燒的程度等。而通過衛星遙感技術對臺風進行實時監測，臺風的中心位置能夠通過云圖識別，從而預估臺風的移動速度、變化趨勢等，降低臺風對人們生產生活的影響，降低臺風的破壞程度。

3.6 應用于農作物生長監測

氣象災害監測主要運用的是氣象衛星，農作物的長勢、凍害及病蟲害都能通過氣象衛星進行監測。主要運用的原理是植物的光合作用與經濟產量正相關，衛星通過分析綠葉反射光譜的不同波段，捕捉作物生長情況，對災害產生的不良影響進行分析。

氣象衛星的高空間分辨率圖像數據和地理信息系統，能夠準確估計農作物的災害面積，估算出農作物的收成。例如，1991 年江淮特大洪水，江蘇省氣象局農業氣象中心運用氣象衛星資料，估算出受災農田面積，結合氣象衛星數據，合理分發救災物資，實現精準救援。對于漁業資源，衛星遙感技術也能發揮獨特作用。

4 衛星遙感技術應用未來發展前景及發展舉措

4.1 發展前景

衛星遙感技術在氣象災害調查中已經形成了多源遙感監測模式，結合多種監測方式，分析氣象災害變化情況，預測氣象的特點。通過衛星遙感技術，形成氣象數據庫，通過數據分析處理，預判氣象災害是否會發生以及發生程度如何，從而盡早采取預防措施，促進社會穩定發展。未來，衛星遙感技術將更加即時化、個性化、多樣化、網絡化。遙感衛星平臺和載荷將會實現多平臺、多角度、多傳感器；分辨率將會實現高空間、高光譜、高時間；在時間和空間上，實現全天時、全天候和全球觀測。未來，衛星遙感數據的處理將會更加智能化。信息網絡加強了遙感觀測的層次、角度、譜段、維度等，數據體量巨大、種類繁多、動態多變，是具有高價值的大數據。以深度學習為代表的智能算法進一步推進了衛星遙感技術的智能化發展。

風云、高分系列衛星等國之重器在氣象災害調查中發揮了重要作用，但是在未來衛星遙感更多的細分項需要商業衛星公司。衛星遙感能夠獲得海量數據，數據獲取后需要進行有效的分析、處理，需要專業用戶對數據進行反演，最終形成數據產品和應用，從而為各項工作和生活提供服務。衛星遙感獲得的數據就像食材，商業衛星用戶將這些“食材”做成“菜”，才能體現“食材”的價值。商業衛星公司在國家基礎設施平臺提供的數據基礎上，進行細分項的應用分析。但商業衛星公司發展存在部分問題，一是衛星資源的獲取要依據衛星所處的位置及地面資源；二是在與前端人員溝通的過程中，很難保證溝通的有效性，因為涉及到的區域、單位、人員較多，需要后續采取有效措施解決這些問題。

4.2 發展舉措

加大對衛星遙感技術的創新投入，進一步提高接收數據的及時性，提高數據的可靠性，通過政府更多的資金支持，提高氣象災害調查水平。加強各研發部門之間的合作，共同開發衛星遙感技術。將衛星遙感技術與無人機相結合，提高探測的全面性。自主創新仍然是關鍵，要實現國產遙感技術的彎道超車，自立自強、自主創新，將云計算、人工智能能新興技術融入到遙感技術中，通過原始創新開創新的應用場景、應用模式，在整套技術體系上爭取能夠成為行業標桿。加大對專業系統的建設，包括地面系統與網站系統，推動衛星遙感技術的網絡化發展。結合網絡平臺，提高氣象災害預測數據的準確性，提高措施的有效性，降低損失。

加大遙感應用產業化、大眾化，推動遙感產業生態圈的加速構建，促進遙感與應用場景、應用端的融合發展。構建“開放+共建+共享”的遙感云生態，促使功能體系完善、應用場景擴展，打破應用之間的數據壁壘，進一步支持涵蓋極端天氣監測分析在內的多個領域與行業的應用。

加強人才隊伍建設。加強與科研院所的人才合作，為人才提供發展平臺。在日常工作中，加強對工作人員的專業培訓，提高衛星遙感技術的應用水平。大力組織技術培訓，加強對基礎理論、數據處理、云圖分析、遙感技術預服務、參數反饋等方面應用的學習，鼓勵技術人員自覺加強自我提升。各部門結合技術創新需求，以科技創新為驅動，加強骨干人才的培養。通過多方面的資金籌措，設立青年基金專項課題等，激勵人才埋頭苦干實干。同時，要建立一支年輕的干部隊伍，通過掛職鍛煉、選拔培養等措施，提高年輕干部的綜合素養。建立科研導師制度，與衛星遙感技術業內頂尖院校合作，并制定相應的政策配套，進行人才定向培養。還可以加強與科研院所的人才交流。以業務服務為牽引，以資金投入、制度建設為2 個支撐點，將導師制與創新團隊相結合，形成體系完備、效果顯著的人才培養機制。

5 結束語

中國地域廣闊，氣象災害較多，情況較復雜，利用衛星遙感技術對氣象災害開展調查，有利于提高數據的及時性、準確性。通過衛星遙感技術加強對氣象災害的監測分析評估，可提前預防或降低減輕氣象災害損失。例如，提前監測“霧霾”的情況，提醒人們減少不必要的出行；及時發現海水結冰現象，通過船舶改變航向；提前預測干旱與沙塵暴，采取有效的農業生產措施，降低對農業經濟的損害等。借助衛星遙感技術，構建“天、空、地”一體化的氣象災害調查體系，這是時代發展的必然要求，也是加強經濟社會抗災能力的重要途徑。