高分遥感技术在甘肃气象监测中的应用

贺海燕，魏 玮，廖倩倩，杨春芽，袁淑杰

（1.成都信息工程大学，四川 成都 610000；2.甘南州藏族自治州卓尼县气象局，甘肃 甘南 747600；3.甘南州藏族自治州玛曲县气象局，甘肃 甘南 747600）

甘肃地处我国的西北地区，境内为黄土高原、青藏高原和内蒙古高原三大高原交汇地带，气候类型多样，主要有亚热带季风气候、温带季风气候以及温带大陆性气候等。近年来，我国的地面气象观测站数量虽有所增加，但是观测站覆盖范围却比较小。为获得甘肃的完整遥感资料，有必要使用高分遥感技术加强对该省气象的监测。

1 高分遥感监测的特征

将高分遥感技术应用到气象监测中后，有效推动了气象监测领域的进一步发展。当下的高分遥感监测具有三个特征，分别是高空间分辨率特征、高光谱分辨率特征以及高时间分辨率特征。1）高空间分辨率是指高分遥感技术能够准确识别两个相邻地物之间的最小距离。学术界规定空间分辨率优于1m 的光学成像卫星所获取的数据为高空间分辨率遥感数据。2）高光谱分辨率遥感技术是指在可见光、近红外波、热红外波以及中红外波的波段范围内，获取大量窄光谱连续影像数据的技术。高分五号为全球第一颗高光谱观测卫星，也为国际上首次实现能够对大陆以及大气进行综合观测的全谱段高光观测卫星。3）高时间分辨率是指重复观测同一地区所需要的时间，作为遥感系统动态监测能力的重要评价指标，该指标在高分遥感技术应用过程中的作用重大。

2 气象监测概述

气象监测是气象事业中的重要内容，气象事业在人类发展过程中的意义重大，是一种通过气象监测，气象工作人员能够对大气信息进行采集、加工、储存与传输，根据社会、生态、军事、政治以及经济各方面的不同需求，可向政府、各生产部门以及社会公众等提供气象方面相关的技术和信息的活动。气象监测为气象服务中的一种，气象服务包括决策气象服务、专业气象服务、专项气象服务以及公共气象服务。传统的气象监测技术工作效率低，无法满足社会快速发展的要求，新一代的高分遥感技术应运而生，在气象服务中的作用越来越大，使用该技术监测到的气象数据精准、可靠性高[1]。

3 高分遥感技术在甘肃气象监测中的应用

高分遥感技术的快速发展与完善在气象监测工作中发挥着越来越重要的作用，如今该技术已经被应用到多个领域并取得了良好的应用效果。相关数据显示，甘肃省的高分遥感技术已经与多个领域进行了良好的合作，主要包括水体监测、沙漠边界监测、农作物监测、农业灾害监测、森林火灾监测以及雾霾监测等领域。

3.1 水体监测方面

水资源是我国的重要资源，在人们的生产生活中非常重要，人类社会的可持续发展离不开对水资源保护与节约。近几年，甘肃省每年都会有气象监测团队使用高分遥感技术对省内大量湖泊河流进行监测评估，例如黄河、大夏河、渭河以及泾河等。将高分遥感技术应用到水体监测中，能够有效监测出各水体的不同变化特征，比如水域面积变化情况等。

3.2 林业气象方面

森林是人类的重要资源，也是陆地生态系统中的重要组成部分。森林植被是联结土壤、水源以及大气的重要纽带，当森林发生变化时，即可表示陆地生态系统遭到了破坏。地表植被中包含着气候模型中的各种参数，在生态变化中的指示意义重大。使用高分遥感技术对甘肃森林植被进行监测，长期的监测结果可用于研究不同气候背景下的植被变化以及生长规律，同时还能对生态系统的变化过程进行探索分析。使用高分遥感技术能够对植被以及林火两方面进行监测[2]。

3.2.1 植被监测

国外对植被监测的研究比我国早，如今已经取得了丰硕的研究成果。历时十六年的由Lewis 等人参与研究的植被监测研究结果显示各植被类型的NDVI 变化和降雨量的变化有很好的相关性。我国对植被监测的研究起步比较晚，但是近几年各项科学技术的快速发展使得我国的植被监测研究水平有了一定程度的提升。例如，信忠保等人选用GIMMS 和SPOT/GT 两种植被指数数据对甘肃境内黄土高原地区的植被覆盖的时空变化进行了细致研究，研究结果显示黄土高原的植被变化经历了四个阶段，四个阶段的植被覆盖变化都和降雨量的多少有着直接的关系，因此得出降雨变化是造成植被覆盖变化的主要原因。此后，马明国等人的植被监测研究结果显示气温变化和降雨变化是影响植被覆盖变化的主要因素。

3.2.2 林火监测

发生森林火灾会对自然环境造成巨大的损害，造成的损失不计其数，因此我国非常重视对森林火灾的防范。传统的森林防火信息采集和上传效率低，林火监测技术难以被大范围应用。信息时代到来后，将高分遥感技术应用进来能够有效解决传统监测技术存在的不足，同时取得了较好的应用效果。例如，许东蓓等人利用MODIS 遥感数据对甘肃境内的重大火灾、土壤水分以及火灾前期植被干旱程度等进行了仔细分析，最后结果表明，使用MODIS 能够有效监测火灾的运行动态，同时还能提供准确的火灾位置、火灾面积等数据信息，遥感的使用能避免传统监测手段的不足，提高林火监测准确度和可信度。此后，王一凯等人提出了一种基于地表温度、风速、蒸发量空间模拟数据以及湿度遥感数据的林火风险等级预报法，形成了地表温度与湿度分析模型，最终生产成了甘肃省森林火险等级分布图。研究结果显示，使用该方法研究的森林火险等级在空间上是连续的，能够很好的反映甘肃的森林火灾风险程度，可为地方森林防火部门的制度制定提供建议，推动森林防火工作的顺利开展。

3.3 农业生产方面

农业生产和气象信息密切相关，合适的气象条件是促进农作物快速生长发育的基础。我国属于农业大国，因此加强农业气象监测研究能够为农业的发展提供建议。在农业生产过程中，低温、大风以及干旱等灾害性天气会对农作物生长造成不可逆的影响，例如，2015 年江南、西南地区的一次持续性降雨导致地区农作物受灾近60 千公顷，损失近6.4 千公顷农作物。因此，为保证甘肃境内农作物的正常生长，有必要使用高分遥感技术加强对农业气象的监测[3]。

3.3.1 农作物监测

农作物的生长情况直接关系到农作物产量的多少，从而直接决定了种植人员的收益，因此农作物的监测和估产属于农业监测的重要内容。Dalezios 等人利用NOAA提供的高分辨率AVHRR 数据，研究计算得出了甘肃近几年的NDVI 数值，完成了对甘肃境内玉米等农作物长势的连续监测研究。结论显示，使用NDVI 计算的玉米等农作物的产量和实际产量基本吻合，由此可知使用遥感技术能够有效监测计算农作物的产量。因此，为提升农作物产量，可使用高分遥感技术对农作物的产量进行监测预估，同时采取具体措施有效提升农作物产量，最大化种植人员的经济效益。

3.3.2 自然灾害监测

使用高分遥感技术能够有效监测农作物的受灾信息，方便种植人员采取有针对性的措施防治农作物常见的灾害。将高分遥感技术应用到对农作物受灾信息的监测中还能弥补因气象站点缺少、气象站点分布不均匀造成监测误差等方面的不足。例如，张佳华等人总结了国内外利用遥感监测农作物受灾信息的研究，得出结论为我国的FY-2、FY-3 和MODIS 等数据都能够满足使用遥感器进行农作物受灾损失的时间分辨率要求。与此同时，何燕等人使用MODIS 数据并结合实地调查的方法，得出低温是造成农作物冻害的主要因素，使用遥感数据能够开展农作物冻害监测研究工作，有利于提高气象灾害预报的准时性。因此，为推动农业发展水平的快速提升，有必要将高分遥感技术应用进来，加强对农作物受灾信息的监测研究[4]。

3.4 环境气象方面

近年来，环境问题严重，雾、霾以及沙尘暴等灾害性天气的发生对人们的生活生产带来了巨大的负面影响，因此加强灾害性天气的监测研究现实意义重大。传统的灾害性天气监测手段和预报方法对雾、霾等灾害性天气的监测效率和监测质量不高。将高分遥感技术应用进来后，能够有效提升对灾害性天气的监测质量。

3.4.1 雾监测

早在20 世纪70 年代，国外就已经开始使用SMS-1气象卫星对大气中的辐射雾的产生过程进行监测和研究。随着科学技术的不断发展，如今我国已经能够使用遥感技术对辐射雾的产生过程进行监测研究。目前应用最多的遥感数据源为MODIS 数据，使用该数据能够很好监测大气辐射雾的产生过程，有利于国家环境部门采取有针对性的措施，对辐射雾进行处理。例如，蒋璐璐利用FY-3A 卫星的VIRR 数据，对我国东部沿海地区的日间雾展开了监测研究。监测结果精确度高达70%，因此证明使用FY-3A 卫星资料研究辐射雾的产生是可行的，具有较大的预报业务推广价值。为提升辐射雾的监测精确度，国家环境部门可将该技术应用进来，同时呼吁全社会保护环境。

3.4.2 霾监测

社会经济的快速发展使得汽车数量越来越多，汽车数量增多后排出的尾气越来越多，造成我国的霾污染越来越严重。2001 年以后，我国的霾污染越来越严重，最近几年霾污染甚至成为了学术界讨论的热门话题。在这个背景下，为降低霾污染对人们生活造成的影响，国家相关部门有必要使用高分遥感技术对霾污染进行监测研究。前几年，姜杰等人对霾的遥感监测原理和当前应用最广泛的高分遥感技术进行了介绍，认为卫星遥感技术能够监测大尺度、长时间序列的污染物的时空分布特征和变化趋势，因此使用卫星遥感技术能够有效监测霾污染的具体情况，国家可使用卫星遥感技术加强对霾污染的监测研究，采取具体措施有效降低霾污染对社会环境造成的影响。

4 结论

总而言之，高分遥感技术在气象监测方面的应用意义重大。随着观测技术的不断进步以及社会生活水平的不断提升，人们对高分高频率遥感数据的质量要求越来越高。如今环境问题严重，国家也加大了对高分遥感技术的应用。将该技术应用进来后，能够有效提升气象监测数据的准确性，从而方便国家相关部门采取具体措施解决环境问题。