遥感在气象监测中的应用

潘　蔷，刘丽敏，吴　桐

（伊春市气象局，黑龙江伊春153000）

遥感在气象监测中的应用

潘蔷，刘丽敏，吴桐

（伊春市气象局，黑龙江伊春153000）

经济发展和社会进步的同时，不同行业对气象服务的要求也相对提高，需要气象针对其行业特性提供更专业的服务产品。传统的气象监测手段难以满足各行各业的不同需求，遥感技术的出现和发展为气象行业提供了全新的思路和探测手段，为气象事业的发展奠定了技术保障。遥感技术作为一种有效的探测手段，已经广泛应用到气象监测事业中。本文从行业气象服务的角度，介绍了国内外遥感技术在农作物监测与估产、林业监测、森林防火监测、雾和霾的监测中的应用；认为遥感技术能够运用到农业、林业和环境气象监测业务中，有助于提高气象的预报和服务质量。

遥感；监测；气象服务

1　引言

随着科技的发展、人类社会的进步，城市化进程的逐步加快，人类的社会活动也越来越丰富。然而，由于人类活动对生态系统的影响已超出其承载范围，导致所造成的负面影响已经在全球范围内日益涌现，气候变化就是其中之一。随着2008年初我国南方大范围低温雨雪灾害天气的发生以及2013年"雾霾"成为年度关键词以来，气象工作也前所未有的受到社会的广泛关注。人们对气象的重视也逐渐加深，原本气象基础信息服务已经不能满足社会对气象服务的需求，为社会经济发展和人民生活保障提供有力的依据成为人们对气象服务的更高要求。气象本身就是社会公益事业，是一个科技服务行业，气象服务是气象事业的立业之本，气象事业在国民经济中的地位就是通过气象服务来体现的，因此提高气象服务质量才是气象事业发展的出发点［1］。

气象服务，是指气象部门基于大气科学的理论与技术，根据社会、经济、生态等的需要，向社会提供的各类工作。根据气象服务对象的不同，气象服务可划分为决策气象服务、公众气象服务、专业（行业）气象服务和科技服务。其中专业（行业）气象服务是根据各行各业对气象条件的特殊需要所开展的有针对性的气象服务。我国的行业气象服务效益主要集中在农业、林业、水利、环保、公共管理与社会组织（含防灾减灾及重大社会活动气象）等行业上［2］。由于不同行业要求气象服务的针对性不同，传统的温、压、湿、风等常规观测手段已经不能满足它们对于气象服务的需求。遥感，即遥远的感知，不直接接触物体本身，通过电磁波来探测物体的属性。它作为一种全新的探测手段，开拓了传统科学的思路，解决了许多研究设想难以应用的难题。我国气象卫星自1988年成功发射风云一号以来，至今已发展至风云二号、风云三号共14颗，其中7颗正常运行，为我国的气象监测事业提供有力的保障。目前，遥感技术因其独特的优势已经广泛应用于气象监测业务中，为提高行业气象服务质量发挥着不可替代的作用。

2　遥感在气象监测中的应用

遥感技术不直接接触探测物体本身，不受环境、地形等因素的影响，可以实现快速、大范围的获取被探测物体的相关信息，并且获取数据的周期短，较传统的监测手段有着无法比拟的优势，已经广泛地应用到农业、林业以及环境等监测中。

2.1遥感在农业中的应用

我国是农业大国，农业的生产与气象条件息息相关，合适的气象条件能够促进农作物的生长发育，然而低温、干旱等灾害性天气的发生会给我国的农业生产带来巨大的影响，仅2015年7月1-4日，江南、西南地区东部一次持续强降雨天气过程，就导致农作物受灾59.7千公顷，绝收约6.4千公顷。因此，监测农作物长势等信息对于指导农业生产有至关重要的意义。

2.1.1农作物监测与估产

农作物的生长状况直接关系到其产量的多少，农作物长势的监测与估产也是农业的重要研究内容。Dalezios［3］等人利用NOAA提供的高分辨率AVHRR数据，经计算得到1994-1996年的NDVI数值，对棉花的长势进行连续监测。得出结论，利用NDVI计算得出的棉花产量与实际测量结果基本吻合，表明遥感可用来监测棉花产量，证实遥感为农业监测提供了一种有效的监测手段。彭丽［4］利用MODIS数据，结合当年气象数据、产量与种植面积数据，建立陕西省冬小麦与玉米的产量预测模型，并对其进行精度检验。对比气象、遥感、遥感气象产量模型发现遥感气象产量模型的精度最高；得出结论，综合考虑气象和遥感信息能够提高模型的精度，能够更好的为农业服务。

2.1.2灾害监测

利用遥感技术监测农作物的受灾信息，可以大大弥补因气象站点稀缺、分布不均所造成监测偏差等不足。张佳华等［5］总结了国内外利用遥感监测水稻高温热害的相关研究，总结得出结论：MODIS和我国FY-2、FY-3等数据都满足利用遥感进行水稻高温热害监测的时间分辨率要求。李斌［6］利用MODIS数据提取鄱阳湖和洞庭湖汛期的淹没面积，并对洪涝所造成的灾害损失进行评价。何燕等［7］利用MODIS数据和实地调查相结合的方法，分析2008年低温冻害对广西甘蔗造成的影响，认为利用遥感数据展开的作物冻害监测有一定的指示意义，可以加强气象灾害的监测预警能力，有助于提高气象灾害的预报时效性。

2.2遥感在林业气象中的应用

植被是陆地生态系统中最重要的组成部分，是联结土壤、大气和水分的自然"纽带"，其变化是对全球变化的一种反馈信息。地表植被中不仅包含着气候模型中的各种参数，而且对生态系统的变化也存在一定的指示意义。植被覆盖变化本身就是不断适应气候变化的结果。长期的植被监测数据不但可用来研究不同气候背景下的植被变化规律，还有助于进一步探索生态系统的变化过程［8］。

2.2.1植被监测

国外对于植被监测的研究开始较早，并且取得了一定丰硕的研究成果。Lewis［9］等人以塞内加尔地区作为研究区，利用16年的NDVI数据和降水数据对该地区主要植被类型（林、耕、灌、草）的覆盖状况进行研究。结果表明，各植被类型的NDVI变化与降水量的变化具有很好的相关性。国内这方面的研究起步较晚，但近年发展较快。信忠保等［10］选用GIMMS和SPOT/VGT两种植被指数数据对黄土高原地区的植被覆盖的时空变化进行研究。结果显示：25年间黄土高原地区植被覆盖变化明显可以分为4个阶段，并且植被覆盖和降水关系密切，降水变化是植被覆盖变化的重要原因。马明国等［11］对比分析国内外有关利用遥感对植被进行年际变化及其与气候因子的相关性的研究方法和结果，得出结论：近20年来全球植被活动明显增强，并且气温和降水是影响植被变化的最主要的因素。

2.2.2林火监测

森林火灾对于生态系统来说是一种非常严重的自然灾害，因此各国对于防火都相当的重视。传统森林防火信息的采集和传递耗费的周期长、难以大范围的应用，气象站点的稀疏给火险预报增添了难度；利用遥感对森林防火进行监测解决了传统方法在时间和空间上的不足，为森林火险的预报提供了全新的技术支撑，并且也取得了一定的成绩。许东蓓等［12］利用MODIS遥感数据对甘肃省迭部地区的重大火灾过程、前期植被干旱程度和土壤水分进行分析，计算过火面积。研究表明：利用MODIS遥感数据可对火灾的发生发展进行连续动态的跟踪监测，提供详细的过火位置、面积等数据；进而得出结论遥感可以避免常规监测手段的不足，进而为森林防火提供极具潜力的技术支持。王一凯等［13］针对云南省提出了一种基于地表温度、湿度遥感数据以及风速、蒸发量空间模拟数据的火险等级预报新方法，并利用4月地表温度与湿度分析模型生成云南省森林火险等级分布图。研究表明，根据该方法得到的森林火险等级在空间是连续的，能够较好的反应历年4月云南省森林火灾的风险程度，为森林防火部门制定管理决策提供更加专业的服务。

2.3遥感在环境气象中的应用

近年来，雾、霾、沙尘等灾害天气时常发生，给人们的生产、生活带来了诸多不利影响，使得对这种灾害性天气的监测和预报具有重要的现实意义。常规的监测手段和预报方法对于这类天气的生消动态方面困难较大，遥感监测技术在这一方面具有独特的优势。

2.3.1雾监测

国外早在70年代就开始利用SMS-1气象卫星对辐射雾的生消过程进行观测分析，随着遥感技术的不断发展，数据源的不断丰富，目前应用较多的是MODIS数据。张春桂等［14］以台湾海峡为研究区，利用MODIS可见光和红外探测数据，建立了台湾海峡雾的遥感监测模型，并用福建沿海地面站观测数据对结果进行验证，结果表明：该模型能够较准确地对台湾海峡海雾的分布和发展过程进行监测，准确率可达80%以上，具有较高的业务化应用前景。蒋璐璐［15］利用FY-3A卫星的VIRR数据，对2010年4月5日我国东部沿海地区日间雾这一个例进行监测分析，研究该遥感数据在雾监测业务中的可行性。实验中通过光谱分析来确定对于雾识别的阀值，并对监测结果进行精度检验。经检验，该方法的监测精度较高，普遍可达70%以上，证实FY-3A卫星资料对于雾监测的可行性，并且具备在预报业务中推广的价值。

2.3.2霾的监测

随着经济的发展，工厂和机动车数量的增多，霾已经成为大气污染的重要表现形式。Lee等［16］利用MODIS和碳粒子数据分析了2004年韩国两次霾污染事件的成因，认为中国东部地区城市污染和作物燃烧是造成韩国雾污染现象的主要原因。我国自2001年以来霾的日数急速的增长，最近几年已经成为热议话题。姜杰等［17］介绍了霾的遥感监测原理和目前应用较为广泛的遥感监测技术，指出卫星遥感技术可以提供大尺度、长时间序列的污染物时空分布特征和变化趋势，是霾监测与综合治理的重要途径。牛志春等［18］选取气象数据、MODIS数据及其气溶胶产品反演大气颗粒物浓度，根据选取的霾污染指标对2013年1月江苏省霾现象进行分析。结果显示：遥感监测结果与地面实测结果基本一致，能够较好地反应霾污染的空间分布与地域差异，能够作为霾污染地面监测的有效补充，为霾污染遥感监测业务化提供有力的依据。

3　小结

气象与人类的社会生活息息相关，经济发展和社会进步的同时，各行各业对气象服务也有了更高的要求，需要气象提供更加专业更加多样的服务产品。气象服务既然是气象事业的立业之本，那么气象部门就应该注重科技的发展以及气象资源的开发和利用，以适应社会和经济发展的需求，提供更加专业、更加丰富的服务产品。遥感技术自兴起以来，因其技术特点受到各行各业的青睐，为学者们进行深入的研究提供了强有力的技术保障和数据支持。气象行业也不例外，遥感为气象提供了更加先进的探测手段，确保气象部门能够为各行各业提供有针对性的服务产品，推动了气象事业的发展。本文总结了国内外的相关文献，介绍了遥感技术在农、林、环境气象中的应用，希望为同行在今后的工作开展提供了一点参考。虽然目前遥感有其自身的缺陷，相信随着科技的进步，在不久的将来，遥感技术必将在预报和监测服务中发挥重要的作用。

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1002-252X（2016）03-0031-03

2016-6-1

潘蔷（1986-），女，山东省龙口市人，东北林业大学，硕士生，助理工程师.