趙 鑫，蘇佳凱

(1.佳木斯氣象衛(wèi)星地面站，黑龍江佳木斯154007;2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星是為了滿足中國(guó)天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的迫切需求建設(shè)的第二代極軌氣象衛(wèi)星，由3 顆衛(wèi)星組成(FY—3A 衛(wèi)星、FY—3B 衛(wèi)星、FY—3C 衛(wèi)星)。FY—3A 衛(wèi)星和FY—3B 衛(wèi)星于2008 年5 月27 日和2011 年5 月26 日正式投入使用。FY—3C 衛(wèi)星于2014 年5 月5 日正式投入使用，用于接替FY—3A 星，同F(xiàn)Y—3B 星一起形成上、下午星組網(wǎng)觀測(cè)，進(jìn)一步提升我國(guó)對(duì)全球大氣、陸地和海洋的監(jiān)測(cè)能力。

利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)大面積的水體進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，即可以快速的、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到水體的情況，亦可以減少人力、物力及各方面資源，大大地提高了工作的效率，加快了監(jiān)測(cè)的時(shí)效性。

1 研究區(qū)簡(jiǎn)介

本文所采用的數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家衛(wèi)星氣象中心風(fēng)云氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)。本文主要應(yīng)用可見光紅外掃描輻射計(jì)VIRR 數(shù)據(jù)，其為我國(guó)第二代極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號(hào)A 星、B 星和C 星所攜帶的探測(cè)儀器，掃描范圍±55.4°，地面分辨率1.1 km。主要用于云監(jiān)測(cè)全球云量、判識(shí)云的高度類型和相態(tài)、監(jiān)測(cè)海洋水體等領(lǐng)域。

包含10 個(gè)光譜通道，其中包括4 個(gè)可見光通道、3 個(gè)熱紅外通道、2 個(gè)短波紅外和1 個(gè)近紅外通道。VIRR 數(shù)據(jù)波段信息詳見表1。

表1 VIRR 數(shù)據(jù)波段信息

2 水體信息的提取

遙感影像解譯主要為影像分割，大致可分為基于聚類、區(qū)域和特征的影像分割［1］。徐德啟和汪志華［2］(2002)利用Garbor 小波對(duì)影響紋理特征進(jìn)行表達(dá)后，利用ISODATA 方法進(jìn)行聚類，并將分割圖像與人工分類圖像進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比分析。都金康［3］等(2001)在針對(duì)SPOT 影響的水體提取過(guò)程中，采用自定義的周長(zhǎng)和面積函數(shù)對(duì)水體形狀特征進(jìn)行表達(dá)，通過(guò)形狀指數(shù)對(duì)已經(jīng)分割的水體進(jìn)行再分類。

氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用于水體監(jiān)測(cè)的最主要問(wèn)題是如何準(zhǔn)確識(shí)別研究區(qū)水體覆蓋情況，減少云對(duì)水體識(shí)別的干擾。本文選擇夏季晴天FY—3A 衛(wèi)星、FY—3B衛(wèi)星的VIRR 數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)輻射定標(biāo)和幾何定位后，生成HDF 格式的數(shù)據(jù)。利用中國(guó)氣象局衛(wèi)星氣象中心開發(fā)的風(fēng)云三號(hào)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱MAS)，轉(zhuǎn)換為等經(jīng)緯度投影，基準(zhǔn)面為WGS—84 坐標(biāo)系，作為提取水體的基本數(shù)據(jù)。

圖1 洞庭湖多通道合成圖

圖2 洞庭湖水體提取圖

圖3 洞庭湖水體變化圖

本文為減少云層對(duì)水體提取的準(zhǔn)確度干擾，盡量選擇少云晴天的數(shù)據(jù)。最終分別選取2014 年8月5 日和2014 年12 月13 日的VIRR 遙感影像數(shù)據(jù)，基于水體的反射輻射原理，應(yīng)用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)分析與遙感應(yīng)用系統(tǒng)(SMART)軟件為數(shù)據(jù)處理和分析平臺(tái)。針對(duì)白天的遙感影像數(shù)據(jù)，選取VIRR 遙感數(shù)據(jù)中3、4、2 通道進(jìn)行RGB 合成，在遙感多通道合成圖像上，云為白色，植被為綠色，水體為藍(lán)色，見圖1。

利用改進(jìn)后的歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI)，中紅外波段替換近紅外波段組成的MNDWI 提取研究區(qū)水體信息，見圖2。

利用ARCGIS 等遙感方法對(duì)8 月水體提取圖與12 月水體提取圖，進(jìn)行除云處理，進(jìn)一步分析水體變化狀態(tài)，見圖3。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)氣象衛(wèi)星的VIRR 波段特性的深入分析，對(duì)2014 年8 月—12 月洞庭湖水體不同季節(jié)、不同觀測(cè)時(shí)的水體動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)研究，冬夏季水體面積變化明顯，與夏季相比較，黃色為水體縮小區(qū)域，紅色為水體擴(kuò)大區(qū)域，藍(lán)色為未變化水體區(qū)。

利用ARCGIS 軟件對(duì)洞庭湖水體面積進(jìn)行計(jì)算，8 月5 日當(dāng)天水體面積為2 531 km2，12 月13 日當(dāng)天的水體面積為604 km2。夏季溫度高雨水量大水體活躍覆蓋度大，水體面積與降雨量有著較大的關(guān)系，全年變化幅度較大［4］。

利用氣象衛(wèi)星在海洋的監(jiān)測(cè)方面可準(zhǔn)確的了解時(shí)空分布特征和變化規(guī)律，是氣象衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)的一個(gè)重要方面。將衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于水體監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)為相關(guān)部門提出較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)施方案和技術(shù)措施，減少國(guó)民生產(chǎn)損失。

本文仍存在不足之處，在消除云量方面可以多用幾種方法，達(dá)到最好效果。

［1］孟令奎，郭善昕，李爽.遙感影像水體提取與洪水監(jiān)測(cè)應(yīng)用綜述［J］.水利信息化，2012(03):18－25.

［2］徐德啟，汪志華.綜合紋理和顏色的圖像分割方法［J］.計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2002(03):77－83.

［3］都金康，黃永勝，馮學(xué)智，王周龍.SPOT 衛(wèi)星影像的水體提取方法及分類研究［J］.遙感學(xué)報(bào)，2001(03):214－219.

［4］劉可群，梁益同，黃靖，劉志雄，邱愛武.基于衛(wèi)星遙感的洞庭湖水體面積變化及影響因子分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009(S2):281－284，336.