兴安盟高分中心高分数据应用与思考

文｜赵晶

兴安盟气象局

一、前言

内蒙古兴安盟河流、森林、草原等生态资源富集，在内蒙古的生态版图中占据“一席高地”。截至目前，兴安盟6 个旗县市中有两个被评为国家生态文明建设示范市，两个“绿水青山就是金山银山”实践创新基地，也是内蒙古自治区“两区两带”农业战略格局中大兴安岭沿麓农业产业带的重要组成部分。

按照“国家重要的农牧产品生产基地、国际知名旅游目的地、国家北方重要生态安全屏障区”的总体定位要求，围绕“五区共建”总体发展战略，2020 年7 月，兴安盟气象局党组研究决定开展高分卫星内蒙古兴安盟分中心（以下简称“兴安盟高分中心”）建设，加强对卫星遥感资料的应用。本文从兴安盟高分中心建设、典型应用与思考等角度，介绍兴安盟高分中心高分数据应用与思考。

二、兴安盟高分中心建设

2020 年7 月，兴安盟气象局向高分辨率对地观测系统内蒙古数据与应用中心申请设立高分卫星内蒙古兴安盟分中心。2020 年8—9 月，明确了兴安盟高分中心发展定位、发展目标和发展思路，编制了《高分卫星内蒙古兴安盟分中心建设方案》。2020 年10 月，获得内蒙古自治区高分中心机构批复，兴安盟高分中心明确机构在数据管理、应用推广、空间信息服务、规划培训等职能。兴安盟高分中心直属于兴安盟气象局管理，主要负责全盟生态、遥感、农牧业气象服务；承担陆地卫星遥感资料收集、高分辨率卫星资料的应用，卫星遥感监测产品制作和服务；GIS 技术的应用；承担全盟重大农牧业气象灾害监测评估等工作。

目前，兴安盟高分中心依托中国资源卫星应用中心、高分辨率对地观测系统内蒙古数据与应用中心、欧洲航天局哨兵系列卫星科研数据中心、美国国家航空航天局等推送的卫星数据开展常规业务。数据包括：高分一号（WFV/PMS）、高分二号、高分六号（WFV/PMS）、哨兵二号、MODIS、Landsat等卫星数据。

自成立以来，兴安盟高分中心一直致力于在创建国家生态文明示范盟、全域旅游和乡村振兴的工作中发挥积极作用。首先从兴安盟生态发展和业务实际需求出发，工作任务围绕全盟生态文明建设开展，以基础信息提取为主，后续逐步深化应用和服务。2021 年至今深入开展农作物长势及灾害评估、重点生态修复工程评估，为保险及政府部门提供遥感产品与技术支撑。与兴安盟林草局、盟生态环境局、盟农牧局、盟应急保障局等单位就高分卫星遥感数据在生态环境、大气污染防治、农作物长势及播种面积、农业保险核查、气象灾害损失评估等方面达成合作及需求意向，不断提升业务能力。截至2023 年3 月，共使用各类遥感影像260 余景，编制产品报告50 余期。自治区领导在高分中心的产品上批示：“应用高分卫星数据进行监测分析，精准度高，说服力强，开展此项工作很有意义，可继续推广应用，不断完善。”

三、典型高分应用

1.植被生态覆盖变化分析

兴安盟高分中心以植被生态覆盖率作为关键指标，通过应用高分卫星数据，监测兴安盟地区植被生态环境变化趋势。通过解译2015 年和2020 年高分一号卫星16m 分辨率遥感影像资料，分类提取计算2015 年和2020 年兴安盟草地、农田、林地面积及占比，以此反映兴安盟植被生态环境变化情况，为兴安盟生态文明建设、经济社会可持续发展提供科学参考（图1）。这说明兴安盟委、行署近年来围绕生态文明建设的一系列举措卓有成效，结果表明：2020 年全盟植被覆盖率较2015 年大幅提升，升幅达15.65%，其中林地覆盖率上升4.93%，农田用地覆盖率上升2.61%，草地覆盖率上升8.11%，升幅最大。

图1 兴安盟植被覆盖变化遥感监测图

科尔沁右翼中旗沙地主要集中分布在其南部地区。通过应用哨兵二号卫星10m 分辨率数据，监测科尔沁右翼中旗南部沙地周边2022 年9 月初植被长势情况。结果显示（图2）：2022 年9 月初巴彦呼舒镇大部、高力板镇北部和偏西地区归一化植被指数（NDVI）值在0.5 以上，植被长势好，新佳木苏木中部、代钦塔拉苏木北部、巴彦淖尔苏木中部部分地区、巴彦茫哈苏木南部和好腰苏木镇部分地区NDVI 值在0.4 至0.5 之间，植被长势较好，其余地区植被长势为一般到较差。

图2 科尔沁右翼中旗南部NDVI（2022 年9 月初）

2.玉米水稻高分遥感监测分析

通过解译2020 年6—9 月高分一号卫星16m分辨率遥感影像资料，分类提取计算2020 年兴安盟玉米、水稻种植面积及占比。分类结果显示（图3），全盟玉米、水稻总播种面积为8493.54km2，占农作物总播种面积的65.60%。其中玉米主要分布在扎赉特旗中东部、科右前旗大部、突泉县大部、科右中旗西北部及中南部部分地区，总播种面积为7570.43km2，占全盟总播种面积的58.47%；水稻分布在扎赉特旗东部、科右前旗中部偏东、乌兰浩特市周边、突泉县中部以及科右中旗中部部分地区，总播种面积为923.11km2，占全盟总播种面积的7.13%。

图3 2020 年兴安盟玉米和水稻分布图

3.强对流天气过程灾害影响评估

2020 年6 月20 日午后到夜间，兴安盟科右前旗中东部、乌兰浩特市及周边出现强对流天气过程，造成风雹、暴雨洪涝等灾害。多地出现冰雹，最大冰雹直径4cm。分别获取冰雹发生前后覆盖科右前旗、乌兰浩特市及周边的哨兵二号卫星10m 分辨率遥感影像资料，运用近红外及红外波段计算受灾前、受灾后NDVI。根据受灾前后NDVI的变化可发现（图4），研究区域中由大石寨镇偏北至归流河镇偏西呈西北走向有明显NDVI 直线型下降条带，表明该区域植被严重受损。

图4 受灾前后植被指数NDVI 对比

根据受灾前后NDVI 的变化将受灾程度划分为两级（图5）：轻度受灾和重度受灾。遥感影像有力支撑了灾情评估，为后续灾后重建与生产生活恢复提供了重要的科技支撑。

图5 受灾等级划分

气象自动站监测显示多地出现雷雨大风，极大风速达到9 级，当地农作物、牲畜、房屋等受到不同程度的损失。由于沿线上有多个风暴单体不断经过同一区域，叠加效应明显。根据雷达反射率强回波数据分布，降雹呈现“雹打一条线”特征，主要降雹带位于兴安盟中部，与遥感监测结果在受灾分布和受灾强度上基本吻合。

4.积雪覆盖变化分析

兴安盟高分中心通过应用高分卫星数据，监测科尔沁右翼前旗2021 年11—12 月积雪覆盖面积变化。通过解译2021 年11 月和12 月高分一号卫星16m 分辨率遥感影像资料，分别提取计算11月和12 月积雪覆盖面积（图6 中白色区域），以此反映科尔沁右翼前旗积雪覆盖面积变化状况，为科尔沁右翼前旗政府及职能部门制定相关政策提供科学参考。

图6 科尔沁右翼前旗积雪覆盖图

遥感监测结果显示2021 年11 月中旬该旗积雪覆盖面积7441.1km2，占全旗总面积的41%；12 月下旬全旗积雪覆盖面积14156.3km2，占全旗总面积的78%。2021 年11 月中旬该旗积雪覆盖计算结果显示：积雪覆盖区域部分地区。2021 年12 月下旬全旗积雪覆盖计算结果显示全旗大部均有积雪覆盖。

四、高分遥感应用思考

1.提升农业和生态保护科技水平

高分卫星数据具有获取信息快、更新周期短、动态监测范围大、分辨率高等特点，反映情况客观、可靠、公平、公正，可以有效规避人为误差，依托高分应用技术进行监测评估，已成为开展精细化农业监测，定量评估生态环境变化趋势等工作的有效手段，为各级政府部门提供科学准确的参考依据进行决策部署。

2.对防灾减灾有特殊效果

在开展防灾减灾工作中，高分卫星可提供多光谱高空间分辨率的大面积同步观测，这是依靠传统地面调查无法做到的，且不受地形阻隔等限制，针对地表覆盖的识别能力较传统卫星有大幅度提高。在灾害监测中，可以进行定量或半定量的跟踪分析，特别是对大区域的干旱、洪涝、强对流天气等自然灾害监测具有十分重要的意义。

3.应用中存在问题

不同卫星数据源的处理结果难以比对，且遥感技术精确度与实际数据有误差。受采样点数量、采样区域地形、采样技术水平一致性、大气云层覆盖等诸多因素影响，遥感技术获取的农作物种植面积与实际种植面积会存在一定偏差，无法实现百分百一致。

在进行农作物生长季监测时常常不能得到有效的数据，因而不能满足农作物农业生产管理的农田尺度遥感监测对时间分辨率的需求；特别是阴雨天气较多的区域，在生长季很长时间内获取的光学影像，由于云雾遮挡，很难应用于农作物监测。

4.后续推广想法

针对不同卫星数据源的处理结果难以比对、遥感技术精确度与实际数据存有误差以及生长季较难获得有效数据等问题，未来将进一步增加对采样区域试验地块的建设，建立本地应用模型，将多源遥感数据处理结果统一进行标准化，增强对多源遥感数据的交叉使用。并将无人机技术融入生长季的农田监测中，减少遥感数据由于云雾影响无法获取有效观测数据的问题，更好地服务日常业务工作。

兴安盟在落实生态文明、全域旅游、乡村振兴等重大战略，调整产业结构、实现经济转型发展等方面，需要转变观念，注入新动能。高分应用作为新型产业不仅可以创新经济增长点，而且可以为传统行业提供有力支撑，提高其信息化和科学化水平，优化资源配置，提高经济运行效率，在农业农村、生态环境、自然资源、林草、水利、住建、交通、应急管理、气象等领域均有广泛的应用前景。

五、结语

兴安盟实施的森林、草原和湿地生态系统保护修复、退耕还林还草还湿、沙地生态系统治理、矿山生态修复治理、生物多样性保护、河库水体质量监测、优化旅游和农牧业产业布局、优化国土利用空间、构建城镇绿地系统等一系列重大工程，需要环境保护、自然资源、水利、农牧业、林草、交通、气象等行业进行科学判识和谋划未来发展。高分卫星数据已为诸多领域提供了高效有力的数据支撑，未来兴安盟高分中心将继续坚持“创新发展、规范管理、服务全盟、生态优先”的建设思路，以“高分+”方式融入各行业进行推广应用，对接兴安盟行署“十四五”发展规划和各专项规划，着力打造具有地方特色、对本地经济社会发展具有重要支撑作用的高分卫星数据应用中心，提升政府治理体系和治理能力现代化水平，实现共赢发展的目标。