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。     

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。     

“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。     

资源三号卫星在野生罗布麻宏观监测中的应用评价

【目的】利用国产卫星资源三号影像,选取新疆阿勒泰阿拉哈克乡野生罗布麻自然保护区,进行药用植物宏观监测分析评估。【方法】采用遥感与地面调查相结合的方法对野生罗布麻进行遥感识别,在传统分类方法中加入PCA(第一主分量)和纹理特征作为辅助数据来提高国产卫星对野生罗布麻进行遥感识别的分类精度。【结果】利用遥感影像分类提取野生罗布麻效果较好,总体分类精度为90.23%,kappa系数为0.8658,但是罗布麻的生产者精度只有73.09%,存在漏判现象。【结论】分析漏判原因,并对国产卫星资源三号是否适用于野生药用植物宏观监测做出评价。     

不同频率洪水遭遇下溃坝洪水演进的二维模拟

【目的】建立适合黑河下游地区的溃坝洪水演进的二维数学模型,为该水库的安全运行和调洪决策提供参考。【方法】根据天然河道复杂而不规则的地形特点,以及溃坝洪水的传播和运动特性,建立适合黑河下游地区高程跨度很大的溃坝洪水演进的二维数学模型;利用非结构化三角形网格,采用单元中心的有限体积法求解控制溃坝水流运动的二维方程;应用所建模型,对黑河金盆水库10 000年一遇入库洪水漫顶所致溃坝洪水(即工况1)进行数值模拟,分析不同时刻的水深分布图、流速矢量图以及淹没范围的变化过程;在此基础上,探讨100年一遇入库洪水延时遭遇10 000年一遇入库洪水工况(即工况2)下溃坝洪水的演进变化过程,分析该工况下淹没水深的变化范围。【结果】工况1、工况2下大坝溃决时间分别为该工况模拟初始时间后的15.6,37.5h,工况1、工况2下5个沿程观测点的最大淹没水深分别为3.10~6.18m和3.66~6.91m,最大流速分别为2.28~8.68m/s和2.46~9.40m/s。【结论】所建立的溃坝洪水二维模型可以模拟流域不同时刻的水深及流速分布,计算结果具体到点,为洪水风险分析和灾害损失评估提供了依据。     

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。     

基于ZY1-02C卫星P/MS数据的草原伪步甲灾害遥感监测

【目的】运用2011年底发射的国产ZY1-02C卫星P/MS数据,探讨遥感监测草原伪步甲(Prosodes dilaticollis Motsch)生物灾害的可行性。【方法】研究区位于新疆玛纳斯和呼图壁两县草场,采用遥感和GIS技术,在遥感影像预处理的基础上,根据不同目标地物的光谱特征进行监督分类,将研究区内草原伪步甲危害区分为严重危害区、轻度危害区和无危害区3类,并进行精度评价。【结果】解译总体精度最高达74.2%,Kappa系数为0.78,地面实地验证精度为72%。【结论】国产卫星ZY1-02C的P/MS数据监测草原伪步甲生物灾害具有可行性。     

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。     

基于Sentinel-2卫星数据的埃及地区蝗灾监测

【目的】 蝗灾突发性强，传统地面调查及生物学模型方法在时间、空间上不能满足精准防控的需求，且对历史数据依赖度高，利用高分辨率遥感数据监测蝗虫栖息生境的变化，从而实现蝗灾及时、快速监测，对治蝗防蝗具有重要意义。【方法】 文章以埃及南部蝗灾常发区为研究区，基于Sentinel-2卫星数据和地面气象数据、土地利用数据、行政区划数据等，监测植被生长季植被指数及植被覆盖度变化，实现埃及地区蝗虫发生地、发生程度的快速评估。【结果】 2019年6—7月，埃及南部植被覆盖区蝗灾受灾面积比例约为12%，中度及重度以上面积不超6%，整体受灾不严重。【结论】 不依赖于历史数据，从短期植被覆盖度变化入手，可以动态监测蝗灾变化，总体时效性较强、效果较好。     

多源遥感数据支撑的耕地质量监测与评价

【目的】耕地质量监测与评价可为土地整治、占补平衡、新增耕地质量评估和基本农田管护提供科学依据,多源遥感为实现长时序大范围的耕地质量监管提供了数据基础和技术支撑。【方法】文章从耕地质量的定义出发,研究了基于遥感技术耕地质量监测与评价的两种策略:(1)从地学特征、土壤特性、环境状况、建设水平和生物多样性等5个维度表达耕地质量的科学内涵,构建以多源遥感数据为基础的耕地质量监测与评价指标体系,并梳理利用遥感技术获取各关键指标因素的方法;(2)从系统思维的角度,利用长时间序列遥感数据监测作物长势间接反映耕地质量综合状况。【结果】以多源遥感支撑的耕地质量监测与评价体系可实现耕地质量信息的实时、大范围获取,对耕地质量监测与评价工作具有重要意义;遥感技术支撑的耕地质量监测与评价,逐渐向更高精度、更多样化和更融合的方向发展。【结论】该研究结果可为耕地质量的实时大范围监管和耕地资源的"三位一体"管护提供参考。     

HEC-RAS模型在汉江上游洪水演进和流量重建中的应用

【目的】研究HEC-RAS模型在汉江上游洪水演进和流量重建中的应用效果。【方法】通过对汉江上游安康至白河段的实地考察,基于数字流域平台及HEC-RAS模型对2010年"7·18"、2011年"9·19"2场洪水进行了演进模拟,并结合ArcGIS重现了2场洪水的淹没范围和水深。运用HEC-RAS模型对考察发现的5次洪痕进行洪峰流量的重建,与利用比降面积法的重建结果进行比对,并利用实测数据对重建结果进行了验证。【结果】模型的率定、2场洪水水位与流量等指标的模拟系列和实测系列的纳什效率系数(NSE)及确定性系数(R2)均大于0.91;此外,基于HEC-RAS模型重现的淹没区域与实地调查所得结果吻合度较好,且根据洪痕重建的洪峰流量误差为0.12%~2.88%,重建精度较高,优于比降面积法。【结论】HEC-RAS模型可用于汉江上游洪水的演进模拟和洪峰流量的重建,可视化的淹没范围、水深等成果可为安康市洪灾风险评价提供基础数据。     

浅谈生态环境与农业气象服务

在面临资源紧缺、环境污染和生态系统退化的严峻形势下,我国正大力推行中国特色社会主义生态文明,环境保护建设,树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明建设理念,挽救自然,挽救生态,挽救环境,挽救地球已刻不容缓。科学利用现代化气象地面观测和多源卫星遥感监测手段,结合农业气象灾害指标和地面实况调查,发展多种重大农业气象灾害的立体化实时监测与诊断分析业务服务。针对干旱、暴雨、洪涝、暴风雪、冰雹、霜冻等主要气象灾害及衍生灾害开展监测诊断分析业务。为防灾减灾保护环境提供决策服务。     

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.     

遥感监测适用性分析

【目的】验证GF-1 WFV(16 m分辨率)在不食草马先蒿遥感监测的适用性,了解巴音布鲁克草原不食草马先蒿的分布。【方法】利用校正后的GF-1 WFV遥感卫星影像,结合实测光谱数据,采用目视解译结合监督分类的方法,对研究区的不食草马先蒿进行识别,验证其分类精度,并对研究区马先蒿的分类精度和分布情况进行分析。【结果】影像解译整体精度为80.91%,Kappa系数为0.71,分类结果较好;得到了巴音布鲁克草原不食草马先蒿分布范围和影响分类精度的主要原因。【结论】利用16 m分辨率GF-1 WFV多光谱遥感数据对巴音布鲁克草原不食草马先蒿进行遥感监测是可行的。通过对研究区遥感解译的分类结果和实地踏查发现,不食草马先蒿危害面积较大,且多为连片分布、顺河流分布;危害较为严重的区域为巴音布鲁克总场巴音布鲁克分场、巴音郭楞乡哈尔萨拉村、巴音布鲁克镇巴西里克村。     

前沿

<正>我科学家创建我国第一个高精度、大尺度和短周期的国家农业旱涝灾害遥感监测系统中国农业科学院报道,农业资源与农业区划研究所唐华俊研究员牵头完成的"农业旱涝灾害遥感监测技术"成果获得2014年度国家科技进步二等奖。受大陆性季风气候的影响,我国农业自然灾害种类众多、发生频繁、范围广泛、危害严重。遥感技术因其高时效、高精度和大范围等特点,迅速成为区域旱涝灾情信息获取的重要途径。美国、欧盟等相继研发了以遥感技术为主的农业旱涝灾害监测系统,在农业减灾救灾和生产管理中发挥了重要作用。国内     

农村宜居环境遥感监测内容分析及初步方案设计

【目的】面向农村绿色发展的需要,为推动农村宜居环境遥感监测业务的开展提供依据。【方法】在农村宜居环境遥感监测内容分析基础上提出初步的建设方案。【结果】农村宜居环境遥感监测内容应包括农村居民点本底调查遥感监测、农村居民点景观监测和农村宜居环境评价3个部分。第一项内容属于资源清查性质的监测,是后续遥感监测与评价的基础,可以采用国产中空间分辨率高分卫星数据为主、机器识别与目视判读相结合的农村居民点本底调查遥感监测方案。第二项内容是村落内格局的监测,属于动态监测范畴,可以采用亚米级无人机影像为主、目视判读结合统计外推技术的农村居民点景观遥感监测方案。第三项内容可以采用遥感监测结果为主、结合综合权重打分的宜居环境评价方案。【结论】文章提出的技术方案充分考虑了农村宜居环境监测的紧迫性以及遥感技术的潜力,是今后较长时期内农村宜居环境遥感监测方案建设的主要趋势。     

农作物种植面积“一张图”遥感监测业务设计及应用

【目的】农作物种植面积遥感监测是世界农业大国农情遥感监测业务的主要内容,监测结果也是政府宏观监测与生产管理的重要依据。所以农作物种植面积"一张图"遥感监测业务的设计及应用为农业生产定量化管理提供进一步服务。【方法】文章在农作物种植面积"一张图"概念定义的基础上,提出了基于低、中高空间分辨率2种数据源的"一张图"遥感监测技术方案,并采用EOS/MODIS、GF-1/WFV数据实现了全球、中国大陆区域冬小麦空间分布"一张图"的监测方案应用。【结果】农作物种植面积"一张图"概念的提出,是从监测范围与监测内容上对农作物种植面积遥感监测业务的规范,对遥感监测技术从基础研究向实际应用具有推动作用。【结论】现有遥感数据、分类识别技术能够保证"一张图"遥感监测业务方案的实施与实现。限制遥感数据向"一张图"成果转化的技术瓶颈,是遥感监测自动识别技术的精度与能力。在今后较长一个时期内,从全球及国家尺度出发,开展作物光谱分布规律研究,进而提出普适性较高的算法,是提高全球、国家尺度农作物种植面积"一张图"遥感监测业务效率的主要途径。