潘　薔，劉麗敏，吳　桐

（伊春市氣象局，黑龍江伊春153000）

遙感在氣象監(jiān)測中的應(yīng)用

潘薔，劉麗敏，吳桐

（伊春市氣象局，黑龍江伊春153000）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的同時，不同行業(yè)對氣象服務(wù)的要求也相對提高，需要?dú)庀筢槍ζ湫袠I(yè)特性提供更專業(yè)的服務(wù)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的氣象監(jiān)測手段難以滿足各行各業(yè)的不同需求，遙感技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為氣象行業(yè)提供了全新的思路和探測手段，為氣象事業(yè)的發(fā)展奠定了技術(shù)保障。遙感技術(shù)作為一種有效的探測手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到氣象監(jiān)測事業(yè)中。本文從行業(yè)氣象服務(wù)的角度，介紹了國內(nèi)外遙感技術(shù)在農(nóng)作物監(jiān)測與估產(chǎn)、林業(yè)監(jiān)測、森林防火監(jiān)測、霧和霾的監(jiān)測中的應(yīng)用；認(rèn)為遙感技術(shù)能夠運(yùn)用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)和環(huán)境氣象監(jiān)測業(yè)務(wù)中，有助于提高氣象的預(yù)報(bào)和服務(wù)質(zhì)量。

遙感；監(jiān)測；氣象服務(wù)

1　引言

隨著科技的發(fā)展、人類社會的進(jìn)步，城市化進(jìn)程的逐步加快，人類的社會活動也越來越豐富。然而，由于人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響已超出其承載范圍，導(dǎo)致所造成的負(fù)面影響已經(jīng)在全球范圍內(nèi)日益涌現(xiàn)，氣候變化就是其中之一。隨著2008年初我國南方大范圍低溫雨雪災(zāi)害天氣的發(fā)生以及2013年"霧霾"成為年度關(guān)鍵詞以來，氣象工作也前所未有的受到社會的廣泛關(guān)注。人們對氣象的重視也逐漸加深，原本氣象基礎(chǔ)信息服務(wù)已經(jīng)不能滿足社會對氣象服務(wù)的需求，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活保障提供有力的依據(jù)成為人們對氣象服務(wù)的更高要求。氣象本身就是社會公益事業(yè)，是一個科技服務(wù)行業(yè)，氣象服務(wù)是氣象事業(yè)的立業(yè)之本，氣象事業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位就是通過氣象服務(wù)來體現(xiàn)的，因此提高氣象服務(wù)質(zhì)量才是氣象事業(yè)發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)［1］。

氣象服務(wù)，是指氣象部門基于大氣科學(xué)的理論與技術(shù)，根據(jù)社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等的需要，向社會提供的各類工作。根據(jù)氣象服務(wù)對象的不同，氣象服務(wù)可劃分為決策氣象服務(wù)、公眾氣象服務(wù)、專業(yè)（行業(yè)）氣象服務(wù)和科技服務(wù)。其中專業(yè)（行業(yè)）氣象服務(wù)是根據(jù)各行各業(yè)對氣象條件的特殊需要所開展的有針對性的氣象服務(wù)。我國的行業(yè)氣象服務(wù)效益主要集中在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)保、公共管理與社會組織（含防災(zāi)減災(zāi)及重大社會活動氣象）等行業(yè)上［2］。由于不同行業(yè)要求氣象服務(wù)的針對性不同，傳統(tǒng)的溫、壓、濕、風(fēng)等常規(guī)觀測手段已經(jīng)不能滿足它們對于氣象服務(wù)的需求。遙感，即遙遠(yuǎn)的感知，不直接接觸物體本身，通過電磁波來探測物體的屬性。它作為一種全新的探測手段，開拓了傳統(tǒng)科學(xué)的思路，解決了許多研究設(shè)想難以應(yīng)用的難題。我國氣象衛(wèi)星自1988年成功發(fā)射風(fēng)云一號以來，至今已發(fā)展至風(fēng)云二號、風(fēng)云三號共14顆，其中7顆正常運(yùn)行，為我國的氣象監(jiān)測事業(yè)提供有力的保障。目前，遙感技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測業(yè)務(wù)中，為提高行業(yè)氣象服務(wù)質(zhì)量發(fā)揮著不可替代的作用。

2　遙感在氣象監(jiān)測中的應(yīng)用

遙感技術(shù)不直接接觸探測物體本身，不受環(huán)境、地形等因素的影響，可以實(shí)現(xiàn)快速、大范圍的獲取被探測物體的相關(guān)信息，并且獲取數(shù)據(jù)的周期短，較傳統(tǒng)的監(jiān)測手段有著無法比擬的優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及環(huán)境等監(jiān)測中。

2.1遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與氣象條件息息相關(guān)，合適的氣象條件能夠促進(jìn)農(nóng)作物的生長發(fā)育，然而低溫、干旱等災(zāi)害性天氣的發(fā)生會給我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的影響，僅2015年7月1-4日，江南、西南地區(qū)東部一次持續(xù)強(qiáng)降雨天氣過程，就導(dǎo)致農(nóng)作物受災(zāi)59.7千公頃，絕收約6.4千公頃。因此，監(jiān)測農(nóng)作物長勢等信息對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有至關(guān)重要的意義。

2.1.1農(nóng)作物監(jiān)測與估產(chǎn)

農(nóng)作物的生長狀況直接關(guān)系到其產(chǎn)量的多少，農(nóng)作物長勢的監(jiān)測與估產(chǎn)也是農(nóng)業(yè)的重要研究內(nèi)容。Dalezios［3］等人利用NOAA提供的高分辨率AVHRR數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得到1994-1996年的NDVI數(shù)值，對棉花的長勢進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。得出結(jié)論，利用NDVI計(jì)算得出的棉花產(chǎn)量與實(shí)際測量結(jié)果基本吻合，表明遙感可用來監(jiān)測棉花產(chǎn)量，證實(shí)遙感為農(nóng)業(yè)監(jiān)測提供了一種有效的監(jiān)測手段。彭麗［4］利用MODIS數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)年氣象數(shù)據(jù)、產(chǎn)量與種植面積數(shù)據(jù)，建立陜西省冬小麥與玉米的產(chǎn)量預(yù)測模型，并對其進(jìn)行精度檢驗(yàn)。對比氣象、遙感、遙感氣象產(chǎn)量模型發(fā)現(xiàn)遙感氣象產(chǎn)量模型的精度最高；得出結(jié)論，綜合考慮氣象和遙感信息能夠提高模型的精度，能夠更好的為農(nóng)業(yè)服務(wù)。

2.1.2災(zāi)害監(jiān)測

利用遙感技術(shù)監(jiān)測農(nóng)作物的受災(zāi)信息，可以大大彌補(bǔ)因氣象站點(diǎn)稀缺、分布不均所造成監(jiān)測偏差等不足。張佳華等［5］總結(jié)了國內(nèi)外利用遙感監(jiān)測水稻高溫?zé)岷Φ南嚓P(guān)研究，總結(jié)得出結(jié)論：MODIS和我國FY-2、FY-3等數(shù)據(jù)都滿足利用遙感進(jìn)行水稻高溫?zé)岷ΡO(jiān)測的時間分辨率要求。李斌［6］利用MODIS數(shù)據(jù)提取鄱陽湖和洞庭湖汛期的淹沒面積，并對洪澇所造成的災(zāi)害損失進(jìn)行評價(jià)。何燕等［7］利用MODIS數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方法，分析2008年低溫凍害對廣西甘蔗造成的影響，認(rèn)為利用遙感數(shù)據(jù)展開的作物凍害監(jiān)測有一定的指示意義，可以加強(qiáng)氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警能力，有助于提高氣象災(zāi)害的預(yù)報(bào)時效性。

2.2遙感在林業(yè)氣象中的應(yīng)用

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分，是聯(lián)結(jié)土壤、大氣和水分的自然"紐帶"，其變化是對全球變化的一種反饋信息。地表植被中不僅包含著氣候模型中的各種參數(shù)，而且對生態(tài)系統(tǒng)的變化也存在一定的指示意義。植被覆蓋變化本身就是不斷適應(yīng)氣候變化的結(jié)果。長期的植被監(jiān)測數(shù)據(jù)不但可用來研究不同氣候背景下的植被變化規(guī)律，還有助于進(jìn)一步探索生態(tài)系統(tǒng)的變化過程［8］。

2.2.1植被監(jiān)測

國外對于植被監(jiān)測的研究開始較早，并且取得了一定豐碩的研究成果。Lewis［9］等人以塞內(nèi)加爾地區(qū)作為研究區(qū)，利用16年的NDVI數(shù)據(jù)和降水?dāng)?shù)據(jù)對該地區(qū)主要植被類型（林、耕、灌、草）的覆蓋狀況進(jìn)行研究。結(jié)果表明，各植被類型的NDVI變化與降水量的變化具有很好的相關(guān)性。國內(nèi)這方面的研究起步較晚，但近年發(fā)展較快。信忠保等［10］選用GIMMS和SPOT/VGT兩種植被指數(shù)數(shù)據(jù)對黃土高原地區(qū)的植被覆蓋的時空變化進(jìn)行研究。結(jié)果顯示：25年間黃土高原地區(qū)植被覆蓋變化明顯可以分為4個階段，并且植被覆蓋和降水關(guān)系密切，降水變化是植被覆蓋變化的重要原因。馬明國等［11］對比分析國內(nèi)外有關(guān)利用遙感對植被進(jìn)行年際變化及其與氣候因子的相關(guān)性的研究方法和結(jié)果，得出結(jié)論：近20年來全球植被活動明顯增強(qiáng)，并且氣溫和降水是影響植被變化的最主要的因素。

2.2.2林火監(jiān)測

森林火災(zāi)對于生態(tài)系統(tǒng)來說是一種非常嚴(yán)重的自然災(zāi)害，因此各國對于防火都相當(dāng)?shù)闹匾?。傳統(tǒng)森林防火信息的采集和傳遞耗費(fèi)的周期長、難以大范圍的應(yīng)用，氣象站點(diǎn)的稀疏給火險(xiǎn)預(yù)報(bào)增添了難度；利用遙感對森林防火進(jìn)行監(jiān)測解決了傳統(tǒng)方法在時間和空間上的不足，為森林火險(xiǎn)的預(yù)報(bào)提供了全新的技術(shù)支撐，并且也取得了一定的成績。許東蓓等［12］利用MODIS遙感數(shù)據(jù)對甘肅省迭部地區(qū)的重大火災(zāi)過程、前期植被干旱程度和土壤水分進(jìn)行分析，計(jì)算過火面積。研究表明：利用MODIS遙感數(shù)據(jù)可對火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行連續(xù)動態(tài)的跟蹤監(jiān)測，提供詳細(xì)的過火位置、面積等數(shù)據(jù)；進(jìn)而得出結(jié)論遙感可以避免常規(guī)監(jiān)測手段的不足，進(jìn)而為森林防火提供極具潛力的技術(shù)支持。王一凱等［13］針對云南省提出了一種基于地表溫度、濕度遙感數(shù)據(jù)以及風(fēng)速、蒸發(fā)量空間模擬數(shù)據(jù)的火險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)新方法，并利用4月地表溫度與濕度分析模型生成云南省森林火險(xiǎn)等級分布圖。研究表明，根據(jù)該方法得到的森林火險(xiǎn)等級在空間是連續(xù)的，能夠較好的反應(yīng)歷年4月云南省森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)程度，為森林防火部門制定管理決策提供更加專業(yè)的服務(wù)。

2.3遙感在環(huán)境氣象中的應(yīng)用

近年來，霧、霾、沙塵等災(zāi)害天氣時常發(fā)生，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了諸多不利影響，使得對這種災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)報(bào)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。常規(guī)的監(jiān)測手段和預(yù)報(bào)方法對于這類天氣的生消動態(tài)方面困難較大，遙感監(jiān)測技術(shù)在這一方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2.3.1霧監(jiān)測

國外早在70年代就開始利用SMS-1氣象衛(wèi)星對輻射霧的生消過程進(jìn)行觀測分析，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)源的不斷豐富，目前應(yīng)用較多的是MODIS數(shù)據(jù)。張春桂等［14］以臺灣海峽為研究區(qū)，利用MODIS可見光和紅外探測數(shù)據(jù)，建立了臺灣海峽霧的遙感監(jiān)測模型，并用福建沿海地面站觀測數(shù)據(jù)對結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：該模型能夠較準(zhǔn)確地對臺灣海峽海霧的分布和發(fā)展過程進(jìn)行監(jiān)測，準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上，具有較高的業(yè)務(wù)化應(yīng)用前景。蔣璐璐［15］利用FY-3A衛(wèi)星的VIRR數(shù)據(jù)，對2010年4月5日我國東部沿海地區(qū)日間霧這一個例進(jìn)行監(jiān)測分析，研究該遙感數(shù)據(jù)在霧監(jiān)測業(yè)務(wù)中的可行性。實(shí)驗(yàn)中通過光譜分析來確定對于霧識別的閥值，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，該方法的監(jiān)測精度較高，普遍可達(dá)70%以上，證實(shí)FY-3A衛(wèi)星資料對于霧監(jiān)測的可行性，并且具備在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中推廣的價(jià)值。

2.3.2霾的監(jiān)測

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工廠和機(jī)動車數(shù)量的增多，霾已經(jīng)成為大氣污染的重要表現(xiàn)形式。Lee等［16］利用MODIS和碳粒子數(shù)據(jù)分析了2004年韓國兩次霾污染事件的成因，認(rèn)為中國東部地區(qū)城市污染和作物燃燒是造成韓國霧污染現(xiàn)象的主要原因。我國自2001年以來霾的日數(shù)急速的增長，最近幾年已經(jīng)成為熱議話題。姜杰等［17］介紹了霾的遙感監(jiān)測原理和目前應(yīng)用較為廣泛的遙感監(jiān)測技術(shù)，指出衛(wèi)星遙感技術(shù)可以提供大尺度、長時間序列的污染物時空分布特征和變化趨勢，是霾監(jiān)測與綜合治理的重要途徑。牛志春等［18］選取氣象數(shù)據(jù)、MODIS數(shù)據(jù)及其氣溶膠產(chǎn)品反演大氣顆粒物濃度，根據(jù)選取的霾污染指標(biāo)對2013年1月江蘇省霾現(xiàn)象進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：遙感監(jiān)測結(jié)果與地面實(shí)測結(jié)果基本一致，能夠較好地反應(yīng)霾污染的空間分布與地域差異，能夠作為霾污染地面監(jiān)測的有效補(bǔ)充，為霾污染遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化提供有力的依據(jù)。

3　小結(jié)

氣象與人類的社會生活息息相關(guān)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的同時，各行各業(yè)對氣象服務(wù)也有了更高的要求，需要?dú)庀筇峁└訉I(yè)更加多樣的服務(wù)產(chǎn)品。氣象服務(wù)既然是氣象事業(yè)的立業(yè)之本，那么氣象部門就應(yīng)該注重科技的發(fā)展以及氣象資源的開發(fā)和利用，以適應(yīng)社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，提供更加專業(yè)、更加豐富的服務(wù)產(chǎn)品。遙感技術(shù)自興起以來，因其技術(shù)特點(diǎn)受到各行各業(yè)的青睞，為學(xué)者們進(jìn)行深入的研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障和數(shù)據(jù)支持。氣象行業(yè)也不例外，遙感為氣象提供了更加先進(jìn)的探測手段，確保氣象部門能夠?yàn)楦餍懈鳂I(yè)提供有針對性的服務(wù)產(chǎn)品，推動了氣象事業(yè)的發(fā)展。本文總結(jié)了國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)，介紹了遙感技術(shù)在農(nóng)、林、環(huán)境氣象中的應(yīng)用，希望為同行在今后的工作開展提供了一點(diǎn)參考。雖然目前遙感有其自身的缺陷，相信隨著科技的進(jìn)步，在不久的將來，遙感技術(shù)必將在預(yù)報(bào)和監(jiān)測服務(wù)中發(fā)揮重要的作用。

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1002-252X（2016）03-0031-03

2016-6-1

潘薔（1986-），女，山東省龍口市人，東北林業(yè)大學(xué)，碩士生，助理工程師.