(河北省制圖院,河北石家莊,050000)
隨著高性能傳感性研制開發(fā)水平的提高,以及環(huán)境資源遙感對高精度遙感數(shù)據(jù)的要求,遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的作用越來越重要,為及時獲取海洋災害發(fā)生及其影響的監(jiān)測信息,并為當?shù)卣陀嘘P(guān)部門提供決策服務,根據(jù)渤海灣海洋災害發(fā)生的特點,從海洋災害的遙感監(jiān)側(cè)技術(shù)方法研究入手,介紹了河北省海洋災害遙感動態(tài)監(jiān)側(cè)系統(tǒng)的功能。
風暴潮是強烈的大氣擾箭在近岸水域引起的海面異常升降現(xiàn)象,其主要致災因子是風暴增水。河北省沿海地區(qū)受地理位置和地形因素的影響,在氣象因素和天文潮因素的共同作用下,容易引發(fā)風暴潮。利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測風暴潮災和海水人侵海洋災害,主要是對其發(fā)生后的災情狀況等進行監(jiān)測。NOAA和EOS極軌衛(wèi)星的AVHRR和MODIS輻射計的第一、二通道可以探測地面及云層表面對太陽輻射的反射信息。災害發(fā)生時期,往往是農(nóng)作物生長季節(jié),地面被大片的農(nóng)作物覆蓋。此時,從氣象衛(wèi)星宏觀角度看,主要可識別的物體包括植被、水體、云系等,而它們在第一、二通道波長范圍的反射光譜特性有著較大的差異川,因此可以達到災情監(jiān)測的目的。
赤潮是海洋環(huán)境質(zhì)量惡化的一種表現(xiàn),它的發(fā)生涉及海區(qū)的生物、水文、氣象、化學和人為影響等多種因素,其中海區(qū)污染造成的富營養(yǎng)化和某些微量元素的存在被認為是誘發(fā)赤潮的主要原因。河北省沿海海域的赤潮多發(fā)生在每年的5一10月;赤潮生物主要為夜光藻、微型原甲藻、叉角藻,作為赤潮監(jiān)測的有效手段之一,衛(wèi)星遙感監(jiān)測得到越來越多的應用,并在日常監(jiān)測工作中發(fā)揮了不可替代的作用。赤潮生物的發(fā)展和運動可通過來自多個方面的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測,衛(wèi)星圖像提供了有關(guān)赤潮特征的大尺度信息。海洋水色、海表面溫度和葉綠素A三個方面是目前用于赤潮遙感監(jiān)測的主要內(nèi)容,在實際工作中,我們主要應用的赤潮遙感監(jiān)測方法有單通道闌值法、比值法、多通道判識法、水溫水色合成方法。為掌握和了解赤潮災害的第一手資料,目前采用了衛(wèi)星、飛機和現(xiàn)場船舶等多種手段,對赤潮的分布形態(tài)、發(fā)生范圍、生物種類、貝類和海洋水文、海洋化學等多種要素進行監(jiān)測。
渤海海冰有著明顯的季節(jié)特征,特別是在海冰形成的初期和消失的末期,加之受強烈天氣變化的影響,其狀態(tài)變化和變化速率更大。通過衛(wèi)星遙感資料分析冰蓋范圍、覆蓋面積、搜蓋度和海冰厚度等在一定意義上價值很大。利用冰與水明顯的光譜特征差異,可以很好地分析冰蓋范圍、面積。冰厚是海冰的主要參數(shù)之一,其反演是世界性難題。采用統(tǒng)計建模法,通過海上試驗與衛(wèi)星同步時刻的冰厚,建立可見光雙通道反照率、紅外通道亮溫與冰厚的關(guān)系模型。目前我們采用的是國家海洋環(huán)境預報中心通過在渤海冰面上獲取的20個冰厚采樣點數(shù)據(jù)建立的線性相關(guān)模型。
從污染水體的波譜特性測量人手,采用衛(wèi)星、地面、水體同步監(jiān)測的方法,通過大量的實驗數(shù)據(jù)分析得到如下結(jié)論:
(1)水體污染與地面和衛(wèi)星反射光譜具有明顯的相關(guān)性。
(2)以工業(yè)污染和生活污水為主的污染物和懸浮泥沙均對水體反射光譜產(chǎn)生顯著影響,表現(xiàn)最明顯的是可見光波段。
(3)污染物質(zhì)含量、污染水體的污染性質(zhì)和污染程度均與遙感波譜數(shù)據(jù)存在一定的相關(guān)性。海洋水色遙感本質(zhì)上是可見光遙感,是利用可見致擠寸水體顏色變化敏感為基礎(chǔ)的。根據(jù)渤海灣水色的變化來反映海洋污染情況,選取連續(xù)9a的NOAA極軌氣象衛(wèi)星資料,在衛(wèi)星資料的選取上,盡量突出污染信息,避開其它信息。通過時相選取、通道提取、多通道合成等技術(shù)制作了近百張渤海灣水色監(jiān)測圖像,從宏觀上對該海域近年來的春季污染狀況給出了客觀的分析,得出了一些初步的結(jié)論,即由于夏季人汛后,降水量增多,許多河流攜帶大量泥沙流人渤海,造成海水混濁,從而掩蓋了由于污染造成的海水混濁狀況。所以,遙感數(shù)據(jù)選擇了春季,并且衛(wèi)星過境仰角在600以上的時次。時相上選擇14時左右過境時的遙感資料,此時太陽輻射較強,有利于信息提取,均做了渤海灣水域的影像處理。
在地球表面積中,海洋面積占據(jù)70%,在全球環(huán)境組成部分中,也是非常重要的關(guān)注內(nèi)容?,F(xiàn)階段,雖然陸地表面問題備受關(guān)注,但是在全球環(huán)境風險評估工作中,海洋作用是毋庸置疑的。海洋的陸地環(huán)境和大氣的物理化學和生物學影響,是不可忽視的,從全球范圍來講,海洋起到一個很好的緩沖作用,能夠?qū)Υ笞匀坏淖匀粶囟茸兓?,起到很好的緩和作用,進而緩解極端氣候變化。從區(qū)域尺度方面來說,沿海區(qū)域海洋是洪水泛濫的潛在因素,對當?shù)貧夂蛴兄浅V匾挠绊懀瑧敳粩嗉訌娡ㄟ^衛(wèi)星遙感技術(shù),來對航海環(huán)境風險進行檢測。
目前,太空對海洋的觀測,主要針對的是表面溫度、粗糙度、坡度以及海水顏色,通過對海洋表面溫度的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù),能夠?qū)θ蚝Q蟮淖兓M行觀測,通過對海洋表面溫度及高度的繪制工作,能夠?qū)崿F(xiàn)對海洋近況及海面風力程度的了解,將大氣尺度和海洋尺度之間的關(guān)系予以建立。能夠提供天氣數(shù)據(jù),有利于對海洋從數(shù)小時到連續(xù)數(shù)周重復探測功能的實現(xiàn),能夠?qū)Υ竺娣e時間同步觀測,探測范圍較廣,對于普通探測較難達到的區(qū)域數(shù)據(jù),通過遙感就能實現(xiàn)。但是海洋特殊性比較突出,加上遙感探測技術(shù)的局限性,遙感觀測數(shù)據(jù)會存在一定誤差,遙感數(shù)據(jù)的取得,應當以具體測量技術(shù)數(shù)據(jù)的校準和修正工作為基礎(chǔ)。
氣溶膠屬于比較穩(wěn)定的懸浮體系,主要是有液體或固體微粒,平均分散在氣體中而形成的。關(guān)于氣溶膠粒子的來源方面,是一個比較復雜問題,其來源比較廣泛并且紛繁復雜,可以是通過地球表面巖石和土壤風化作用,也可以通過風浪作用,使海水泡沫進行飛濺,進而在海洋表面形成海鹽粒子、孢子、植物花粉,關(guān)于液態(tài)或固體粒子的產(chǎn)生方面,主要是通過人類燃燒活動和自然火災,或者是通過工廠排放的氣體或發(fā)生的化學反應而產(chǎn)生等。通過激光雷達遙感技術(shù)的應用,為更高時間和空間分辨率,對地球大氣參數(shù)變化和特性的研究工作,提供了更大的可能性,伴隨著研究工作的深入開展,不同類型的地面基礎(chǔ)雷達系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對地球大氣層的持續(xù)探入,將激光雷達和其他遙感技術(shù)結(jié)合起來,能夠?qū)Τ粞鹾皖w粒物質(zhì)的特性進行測量,這些特性包括許多方面,比如日變化、光學深度、空間分布、空間分層等。在對區(qū)域和全球尺度上地球大氣層中氣溶膠垂直可變性觀測方面,已經(jīng)或即將被運用空運和空間的激光雷達系統(tǒng)。
(1)綜合利用多種衛(wèi)星遙感資料可以實現(xiàn)對海洋災害的遙感監(jiān)測,海洋災害衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)的應用對于防災減災具有重要的意義。
(2)應用的赤潮遙感監(jiān)測方法有單通道閉值法、比值法、多通道判識法、水溫水色合成方法?,F(xiàn)有的赤潮遙感技術(shù)均不具備發(fā)現(xiàn)赤潮、識別赤潮種類的能力,只適用于監(jiān)測赤潮的分布范圍。