卫星遥感技术在气象灾害调查中的应用实践

徐立强

（内蒙古自治区宁城县气象局，内蒙古 赤峰024200）

气象灾害是由各种天气原因引起的事故或灾难。由于气象灾害频发，给日常生活带来诸多影响。随着科技进步发展，气象灾害调查越来越先进，各种监控及预防手段降低了气象灾害的影响。在气象灾害调查中，卫星遥感技术具有重要作用，提升卫星遥感技术的应用水平及应用效率，对于促进气象灾害工作的合理实施与发展具有重要意义。

1 卫星遥感技术简介

卫星遥感技术作为一门科学技术具有综合性，集合了电子、光学、地学、计算机通信和空间等学科特点。卫星遥感的平台是人造卫星，卫星遥感技术在全球范围内快速发展，使对地观测进入了全方位、全天候、多角度、多层、立体的新时代。全球对地观测系统已经形成了各种轨道相结合、各种卫星相协调、各种分辨率弥补的综合系统。

20 世纪70 年代末，中国的卫星遥感技术起步，目前发射的卫星主要有高分系列陆地卫星、风云系列气象卫星、海洋系列海洋卫星；多个国家级卫星数据接收和服务系统先后建立，为国家其他各方面的研究提供了多方面的大量的科学信息支持[1]。

卫星遥感技术主要是通过遥感仪器接收物体反射的光谱或电磁波信号，识别地面物体。物体反射光谱由于物体的物理和化学特性、入射光波长的不同而存在差异。目标物电磁波是遥感探测获取信息的依据。通过卫星遥感平台可以收集并记录地面物体的电磁波特征，再通过光学仪器设备及计算机设备，对原始遥感信号进行误差消除，通过归纳整理，对信息进行提取。最后，对卫星遥感技术获取的信息进行应用，为人们查询、统计、分析目标物信息提供方便。

遥感是一种远距离、非接触的目标探测方法。遥感技术能够通过云图进行宏观、直观的展示，且获取资料周期短、速度快，对目标的时间和空间动态变化提供了持续变化的数据。

卫星遥感技术高效益、低成本的特点，使其在多个领域得到广泛应用，尤其是在气象灾害调查方面也开始运用卫星遥感技术。气象遥感技术是通过人造地球卫星上配备的多种设备，来监测天气与气候物理参数，例如大气的温湿度、风速与风向、云彩的运动变化等。

中国地域辽阔、气候复杂，受到复杂地形与多变气候的影响，气象灾害频发，而卫星遥感技术能够实时反映气候变化，降低了气象灾害对人们生活生产的影响。

2 气象灾害调查的主要内容

根据相关文献，气象灾害调查是指通过科技及人工方式，对天气、气候灾害和次生衍生灾害的成因、过程和结果进行定量或定性分析，加强对气象灾害的认识评估与区划，达到对气象灾害预防、控制的目的，也可为灾后恢复提供方法与建议。

气象灾害调查一般分为4 个阶段：①灾前预测。包括时间、地点、影响、规模等。②灾害监控。了解灾害的实时情况，掌握变化趋势和特点。③灾害处理。对灾害造成的破坏采取及时有效的处理手段。④灾后重建。关注人们的健康状况、社会稳定状况、经济恢复状况等。卫星遥感技术由于其反馈速度快、监控范围广，而被广泛应用于气象灾害调查中[2]。

卫星遥感技术被广泛运用于气象监测中，例如监测荒漠化、城市化、土地利用，监测评估农作物、森林等可再生资源，环境监测以及灾害监测等，在气象灾害监测中同样被广泛应用。

3 气象灾害调查卫星遥感技术应用

3.1 应用于天气与气候监测

卫星遥感技术广泛应用于气象灾害调查中的天气与气候监测。卫星上配备光线识别设备，能够对大陆、海水、冰雪等形成不同颜色的监测云图，例如海水是黑色的，大陆是灰色的，冰雪是白色的。红外线设备还能反映空气中温度与温度的变化，通过云图反映的宏观情况，能够画出大气中的水量分布图，同时描绘出降雨分布图。例如，高光谱观测卫星能够对大气污染状况进行动态监测，为贯彻落实大气污染防治攻坚任务，实现碳达峰、碳中和的战略目标提供支撑。高光谱观测卫星通过对大气成分的浓度和分布进行量化反馈，对温室气体、颗粒物、气态污染物进行遥感定量化监测，实现对大气污染的精细化遥感监测应用。

3.2 应用于空气污染监测调查评估

在城市中由于空气质量降差，经常会发生“雾霾”现象，导致交通事故发生，城市能见度降低，对人们的正常出行造成不利影响。而通过卫星遥感技术能够对“雾霾”进行监测，如果空气中发生“雾霾”，及时发生预警，让人们提前做好防备，合理规划出行方案，避免出现严重交通事故，保障人们的生命财产安全[3]。卫星遥感技术对于“雾霾”的监测也是通过云图直观地展现出来，并通过实时监测达到空气质量的监控。例如，2012 年，中国130 万km2的面积受到了灰霾天的影响，之所以能够准确地计算出灰霾天的影响范围，得益于中国从2012-01-01 起，对70 多个地方通过卫星遥感技术监测PM2.5，才能准确公布了灰霾天的影响范围。利用卫星遥感技术在每一平方千米都能收集到一组监测数据，是对地面监测指标的丰富与完善。

3.3 应用于海洋结冰及河流的凌汛监测调查评估

寒冷的冬季，海洋会出现结冰现象，而结冰的范围与状况会对海上经济造成影响，例如海上船舶的运输会因为结冰而搁置，油田的采集也会因为结冰而被迫暂停，船舶停靠海岸线港口的计划也会受到影响。因此，通过卫星遥感技术加强对海洋结冰情况的监控，对海上作业发出预警，避免危害的发生。由于冰与水的特征不同，对于可识别光及红外光的光谱性质不一样。通过对卫星遥感技术数据的提取，分析哪些区域是冰、哪些区域是水，并对结冰的范围进行划分，对结冰的程度进行分析。卫星遥感技术还被运用于南北极考察中，为制定考察技术提供依据。

冬季河水下段结冰，上游河水受到冰坝的阻力影响，导致水位上升，如果不及时采取措施，将会造成河水决堤，导致严重的灾害事故。通过卫星遥感技术能够实时监控河面的结冰情况，提前发出预警，提醒相关部分采取快速有效的措施，防止凌汛的发生。

3.4 应用于干旱与沙尘暴的监测调查评估

卫星遥感技术还能够监控土地表面的水分，对地表植物的温度进行监测，这对于中国干旱与沙尘暴的治理非常有效。在中国西部，经常发生风沙、沙尘暴，给人们带来了很多困扰。正常地面与沙尘对与红外与可识别光的反光率不同，通过卫星遥感技术能够有效识别沙尘暴，但是仅限于白天，晚上难以识别。炎热的夏季，中国部分地区还会出现大范围干旱，不仅对农作物造成严重损害，同时还会引发自然火灾，对人民的生命财产造成危害。通过卫星遥感技术，加强对干旱区域的温度监测，能够促使相关部门及早采取措施，防止灾害发生。

3.5 应用于火灾与台风的监测评估

火灾与台风是常见的气象灾害。火灾发生时，温度会急剧升高，卫星传感器能够探测到辐射热量波长的变化，形成云图展示火灾的面积、火灾燃烧的程度等。而通过卫星遥感技术对台风进行实时监测，台风的中心位置能够通过云图识别，从而预估台风的移动速度、变化趋势等，降低台风对人们生产生活的影响，降低台风的破坏程度。

3.6 应用于农作物生长监测

气象灾害监测主要运用的是气象卫星，农作物的长势、冻害及病虫害都能通过气象卫星进行监测。主要运用的原理是植物的光合作用与经济产量正相关，卫星通过分析绿叶反射光谱的不同波段，捕捉作物生长情况，对灾害产生的不良影响进行分析。

气象卫星的高空间分辨率图像数据和地理信息系统，能够准确估计农作物的灾害面积，估算出农作物的收成。例如，1991 年江淮特大洪水，江苏省气象局农业气象中心运用气象卫星资料，估算出受灾农田面积，结合气象卫星数据，合理分发救灾物资，实现精准救援。对于渔业资源，卫星遥感技术也能发挥独特作用。

4 卫星遥感技术应用未来发展前景及发展举措

4.1 发展前景

卫星遥感技术在气象灾害调查中已经形成了多源遥感监测模式，结合多种监测方式，分析气象灾害变化情况，预测气象的特点。通过卫星遥感技术，形成气象数据库，通过数据分析处理，预判气象灾害是否会发生以及发生程度如何，从而尽早采取预防措施，促进社会稳定发展。未来，卫星遥感技术将更加即时化、个性化、多样化、网络化。遥感卫星平台和载荷将会实现多平台、多角度、多传感器；分辨率将会实现高空间、高光谱、高时间；在时间和空间上，实现全天时、全天候和全球观测。未来，卫星遥感数据的处理将会更加智能化。信息网络加强了遥感观测的层次、角度、谱段、维度等，数据体量巨大、种类繁多、动态多变，是具有高价值的大数据。以深度学习为代表的智能算法进一步推进了卫星遥感技术的智能化发展。

风云、高分系列卫星等国之重器在气象灾害调查中发挥了重要作用，但是在未来卫星遥感更多的细分项需要商业卫星公司。卫星遥感能够获得海量数据，数据获取后需要进行有效的分析、处理，需要专业用户对数据进行反演，最终形成数据产品和应用，从而为各项工作和生活提供服务。卫星遥感获得的数据就像食材，商业卫星用户将这些“食材”做成“菜”，才能体现“食材”的价值。商业卫星公司在国家基础设施平台提供的数据基础上，进行细分项的应用分析。但商业卫星公司发展存在部分问题，一是卫星资源的获取要依据卫星所处的位置及地面资源；二是在与前端人员沟通的过程中，很难保证沟通的有效性，因为涉及到的区域、单位、人员较多，需要后续采取有效措施解决这些问题。

4.2 发展举措

加大对卫星遥感技术的创新投入，进一步提高接收数据的及时性，提高数据的可靠性，通过政府更多的资金支持，提高气象灾害调查水平。加强各研发部门之间的合作，共同开发卫星遥感技术。将卫星遥感技术与无人机相结合，提高探测的全面性。自主创新仍然是关键，要实现国产遥感技术的弯道超车，自立自强、自主创新，将云计算、人工智能能新兴技术融入到遥感技术中，通过原始创新开创新的应用场景、应用模式，在整套技术体系上争取能够成为行业标杆。加大对专业系统的建设，包括地面系统与网站系统，推动卫星遥感技术的网络化发展。结合网络平台，提高气象灾害预测数据的准确性，提高措施的有效性，降低损失。

加大遥感应用产业化、大众化，推动遥感产业生态圈的加速构建，促进遥感与应用场景、应用端的融合发展。构建“开放+共建+共享”的遥感云生态，促使功能体系完善、应用场景扩展，打破应用之间的数据壁垒，进一步支持涵盖极端天气监测分析在内的多个领域与行业的应用。

加强人才队伍建设。加强与科研院所的人才合作，为人才提供发展平台。在日常工作中，加强对工作人员的专业培训，提高卫星遥感技术的应用水平。大力组织技术培训，加强对基础理论、数据处理、云图分析、遥感技术预服务、参数反馈等方面应用的学习，鼓励技术人员自觉加强自我提升。各部门结合技术创新需求，以科技创新为驱动，加强骨干人才的培养。通过多方面的资金筹措，设立青年基金专项课题等，激励人才埋头苦干实干。同时，要建立一支年轻的干部队伍，通过挂职锻炼、选拔培养等措施，提高年轻干部的综合素养。建立科研导师制度，与卫星遥感技术业内顶尖院校合作，并制定相应的政策配套，进行人才定向培养。还可以加强与科研院所的人才交流。以业务服务为牵引，以资金投入、制度建设为2 个支撑点，将导师制与创新团队相结合，形成体系完备、效果显著的人才培养机制。

5 结束语

中国地域广阔，气象灾害较多，情况较复杂，利用卫星遥感技术对气象灾害开展调查，有利于提高数据的及时性、准确性。通过卫星遥感技术加强对气象灾害的监测分析评估，可提前预防或降低减轻气象灾害损失。例如，提前监测“雾霾”的情况，提醒人们减少不必要的出行；及时发现海水结冰现象，通过船舶改变航向；提前预测干旱与沙尘暴，采取有效的农业生产措施，降低对农业经济的损害等。借助卫星遥感技术，构建“天、空、地”一体化的气象灾害调查体系，这是时代发展的必然要求，也是加强经济社会抗灾能力的重要途径。