利用环境减灾卫星遥感监测冰雹灾害初探

【目的】寻求一个高效、准确的冰雹灾害遥感监测方法,为黑龙江省开展生态灾害的卫星遥感监测提供技术参考。【方法】针对2011-08-18黑龙江省木兰县一次冰雹灾害的个例,结合天气实况和雷达资料,利用从环境减灾卫星获得的遥感数据（2009-2011年）,分析了冰雹灾害前后归一化植被指数（NDVI）的变化,对遭受冰雹灾害区域进行了遥感监测,并对监测结果进行了检验。【结果】植物遭受冰雹灾害后的一段时间内,NDVI出现异常下降的现象,与未遭受冰雹灾害的区域差别明显,说明利用NDVI来判别遭受冰雹灾害的区域是可行的。遥感监测结果显示,此次遭受冰雹灾害的区域为木兰县西南部（东经127°38′～127°55′,北纬45°55′～46°06′）,受灾总面积为82.17 km²。监测结果表明,遥感监测冰雹灾害的准确率平均可达86.67%。【结论】利用环境减灾卫星对冰雹灾害进行遥感监测和灾害等级评估是可行的。     

甘蔗灾害监测研究进展及展望

【目的】甘蔗是我国生产食糖的主要原料,广泛种植于我国南方地区,自然灾害对甘蔗生产造成严重影响。甘蔗灾害监测是精准糖业的重要研究内容。常规的地面调查方法无法满足及时、快速获取甘蔗灾情信息的现实需求,遥感技术具有客观、动态及大面积同步观测等优势,是开展甘蔗灾害监测的有力技术手段,但国内对甘蔗灾害监测还缺乏较为系统的归纳总结。文章通过对甘蔗气象灾害、生物灾害及环境灾害的监测等相关研究进行系统论述,探讨开展甘蔗多种灾害遥感监测的未来可能研究方向。【方法】文章采用文献综述法,系统分析了国内外有关甘蔗气象灾害、生物灾害及环境污染灾害监测的研究现状及存在问题,针对每种灾害特点结合当前遥感技术发展趋势指出了甘蔗灾害监测未来研究方向。【结果】现有甘蔗灾害监测研究主要集中在旱灾、低温冻害及病虫害监测,甘蔗旱灾、低温冻害及病虫害的成灾机理仍十分薄弱,甘蔗灾害遥感监测机理模型研究不足,利用遥感技术开展甘蔗重金属污染监测、甘蔗盐胁迫监测也尚未展开。【结论】未来需要加强气象观测、地面观测、作物生长模型及遥感信息等多源数据耦合,发展"星、云、机、站"的灾害立体防控体系,建立针对各种灾害的遥感监测预警机理模型,提高甘蔗防灾减灾的信息化监测与应对能力,促进甘蔗生产向智能化、智慧化的高端方向发展。     

“高分五号”卫星地表温度反演与验证

【目的】“高分五号”卫星是中国首颗同时具有4 个热红外通道的遥感卫星，文章目 的是促进中国遥感卫星的应用，提高地表温度反演能力。【方法】文章对“高分五号”卫 星分别采用两通道劈窗算法和四通道劈窗算法反演得到内蒙古地区2019 年3 月份的地表温 度，并通过实测站点温度数据对反演温度进行检验。【结果】两通道劈窗算法的温度RMS 为 2.168 K，四通道劈窗算法的温度RMS 为1.609 K，结果表明四通道劈窗算法反演精度更高。 将四通道劈窗算法应用到2019 年3 月至6 月获取的山东省部分区域数据，反演了地表温度， 用于区域尺度农情信息监测与定量评价，为农业精细化管理提供技术支持。【结论】研究结 果表明，“高分五号”卫星地表温度反演精度较高，其高空间分辨率的地表温度信息将在农 业干旱监测中发挥重要作用。     

草地碳循环遥感研究进展

【目的】草地生态系统是我国最大的陆地生态系统,对维护国家生态安全和畜牧业发展有重要作用。但我国草地类型多样、地理背景复杂、覆盖度低等特点制约了在大尺度上草地的高精度监测。卫星遥感技术的应用极大地提高了我国草地监测能力,在草地碳循环、生产力、生物量等方面得到了广泛应用。【方法】文章在回顾国内外草地碳循环遥感的最新进展基础上,从草地遥感观测手段、碳循环及其关键参数(初级生产力、生物量、叶面积指数、光合有效辐射分量、光能利用率和物候)反演等方面进行了总结,阐述了各种遥感影像在草地碳循环监测中的价值,对比和分析了草地关键参数遥感监测方法优缺点及应用前景。【结果】遥感技术的应用促进了草地碳循环监测能力的提升,结合遥感技术开展草地生态研究也是未来发展趋势。【结论】随着遥感数据的不断丰富和遥感建模及反演理论的深入发展,遥感手段将为草地生态系统研究及应用发挥更为重要的作用。     

基于多源数据的河南省农业干旱时空变化特征分析

【目的】 全球变化背景下,利用遥感手段实时获取区域农业干旱信息并分析其时空变化特征,是有效进行农业监测预警、保障区域粮食安全的有效途径。【方法】 文章以河南省为研究区域,综合遥感、气象、土壤等多源数据,基于“金字塔”型多层级土壤水分估算模型框架反演土壤水分含量;利用土壤水分状态指数（SMCI）对2000—2020年河南省的农业干旱情况进行监测,分析其农业干旱发生的空间分布和时空变化特征。【结果】 21年间,河南省农业干旱平均发生4.408 9次/年,主要发生在春季和夏季,集中在3月和6月,以轻度干旱和中度干旱为主;秋季和冬季农业干旱则有加剧的变化趋势。河南省SMCI年平均值呈总体上升趋势,其中2019年SMCI平均值最高,农业干旱情况加重;河南省近54%区域农业干旱程度表现出显著加剧的变化趋势,集中分布在东部和中部地区。【结论】 河南省农业干旱情况呈现明显加重的趋势,应及时监测预警、科学应对,减轻其对农业生产的影响程度。     

农业干旱遥感监测的原理、方法与应用

【目的】干旱遥感监测是卫星遥感技术的重要应用和研究方向之一,是对气象、地面调查等技术手段开展农作物干旱监测的重要补充和参考。【方法】在总结国内外目前主要的干旱遥感监测方法基础上,将农业干旱遥感监测方法概括为7个大类,即基于热惯量、冠层温度、作物长势状况、综合冠层温度与作物长势、蒸发(腾)、微波、作物生长模型的干旱遥感监测方法,并对各类方法的主要形式进行了系统性总结。【结果】同前主要的干旱遥感监测方法中,除作物生长模型的反演的监测是土壤含水量外,其他方法大多数是基于遥感度量的干旱程度指标,需要结合地面水分观测值等的标定转化为土壤的水分含量。【结论】从监测原理上看,农业干旱可以认为是光照条件、土壤质地、作物长势、冠层温度4个物理量的函数。在自然条件下,当某个或几个物理量相对一致时,就可以将该理论模型进行简化,使用特定的干旱指数形式对干旱进行量度,这也是当前遥感监测技术监测作物干旱的主要思路。同时,该文对当前国内和国际上的主要干旱遥感监测业务化运行系统进行了介绍,并在此基础上,结合当前遥感监测方法区域适用能力存在的局限性,提出模型区域适应性改进是当前旱情遥感监测业务应用的关键点。同时,随着中高分辨率遥感数据的日益增多,利用中高分辨率卫星数据进行定量化干旱遥感监测技术也是当前干旱遥感监测的重要趋势。此外,干旱遥感监测的不确定性研究也是业务化应用中需要加强的一个方向。     

基于sentinel-1A的武汉市武昌区洪水监测

洪水淹没范围的提取精度是城市内涝监测的关键问题之一.洪水一般发生在阴雨天气,利用光学遥感影像存在大量云层阻挡,无法有效监测洪水淹没区域,而星载合成孔径雷达(SAR)可以穿透云层,获得类似光学的高分辨率雷达图像,可全天候观测.基于哨兵1号数据,对武汉市武昌区灾前影像采用基于监督分类和非监督分类共5种方法对水体进行了提取.结果表明:支持向量机法的提取精度最高;利用该方法对灾后影像进行提取,对灾前灾后影像进行差值运算,得到城市洪水的淹没范围.利用雷达影像进行洪水监测对抗洪救灾和改进城市洪水模型具有重要意义.     

农作物长势遥感监测需求、系统框架及业务应用

【目的】农作物长势是农业生产管理的重要依据,也是农情遥感监测业务的重要组成部分。【方法】在当前农作物长势遥感监测研究及业务状况扼要回顾基础上,文章从农作物长势遥感监测需求、系统框架等方面进行了系统总结,并以全球冬小麦长势遥感监测应用为例进行了说明。【结果】农作物长势遥感监测需求可以归纳为服务对象、作物类型、空间范围、地面尺度、监测周期等5个方面,系统框架至少包括数据层、方法层、结果层和服务层4个层次。【结论】针对农作物长势遥感监测技术研究及业务应用的现状,研究提出了以下3个观点:(1)农作物长势遥感监测业务方案是成熟的,但是关键技术研究有待加强;(2)农作物长势概念的深入解析,将有利提高长势遥感监测的业务化能力与精度;(3)针对全球、国家、省级以及县级尺度农作物长势遥感监测,采用不同空间分辨率遥感数据开展监测业务,是今后较长一个时期内农作物长势遥感监测的客观现状。上述研究结果给农作物长势遥感监测业务的建设提供了依据,也明确地指明了系统的服务目标。     

热红外遥感及其在农业旱情监测中的应用研究进展

【目的】梳理目前热红外遥感研究进展,探讨热红外遥感技术在农业旱情监测方面的应用现状,为热红外遥感技术在土壤水分反演和旱情监测方面的应用探明发展道路。【方法】文章通过系统梳理和总结国内外热红外遥感及其在农业旱情监测中的应用研究进展,分析了目前研究存在的问题,并对未来热红外遥感在农业旱灾监测中的应用进行了展望。【结果】热红外遥感已经形成多源遥感数据和多时空分辨率数据并存的局面,地表温度遥感定量反演和地表蒸散发遥感估算已经取得较大进展,但热红外遥感数据产品系统生产仍然面临许多问题,尤其是时空尺度、云影响、像元间可比性和反演精度等问题,仍然需要开展深入的研究;目前农业旱情遥感监测已经取得了较大进展,国内外学者提出了多种不同的表征指数监测方法,但由于热红外遥感存在的许多固有问题,农业旱情遥感监测仍面临许多挑战,尤其是从热红外遥感前沿问题出发开展农业旱情遥感监测模型研究。【结论】在对地观测大数据时代背景下,热红外遥感及其在农业旱情遥感监测中的应用,迫切需要进一步深入研究全天候高精度地表温度遥感反演、高精度农田蒸散遥感定量估算、时空尺度转换与多尺度监测、旱情监测机理模型构建等前沿学术问题,同时,这些问题也是农业旱情遥感监测获得突破性进展的重要方向。热红外遥感理论与方法的发展,将有力地推动我国农业旱情监测精度的提高,为现代精准农业发展保驾护航。     

基于高分辨率遥感影像的农作物灾损评估研究

【目的】2016年湖北省部分地区遭受洪涝灾害,导致该省农作物产量下降。利用遥感手段进行灾损评估研究可快速、准确获取灾后农作物的受灾程度与减产量,给农民提供实时、准确的参考数据,以减少农民的经济损失。【方法】基于2015年7月与2016年7月的灾前灾后Landsat-8影像,利用面向对象分类方法和分层抽样方法对湖北省荆州市与荆门市部分地区的农作物进行受灾面积提取,统计农作物受灾面积总量;对灾前灾后农作物的NDVI值进行对比,根据灾前灾后的NDVI差值进行受灾等级划分,以此得到农作物的受灾等级。【结果】(1)由连续暴雨引起的洪涝灾害导致研究区农作物都有不同程度的受损,采用了面向对象分类方法精度指标的Kappa系数为0.849 5,以此分类统计出的受灾农作物总面积为635.838 km~2;(2)受灾严重的区域主要是依傍河岸和地势低洼处。荆州市的弥市镇虎渡河附近的农作物受灾等级最高,受灾最为严重,几乎完全被洪水淹没;而荆州市马良镇的杨家湾因为地势低以及对农作物的灾害预防措施做得不够,也造成大量的农作物被淹没,甚至出现了绝收现象。【结论】对于农作物灾后监测,有关部门要借助遥感手段及时向农民提供数据支持,将农民的经济损失降到最低,最大程度地保障农民的生活。