賀海燕，魏 瑋，廖倩倩，楊春芽，袁淑杰

（1.成都信息工程大學，四川 成都 610000；2.甘南州藏族自治州卓尼縣氣象局，甘肅 甘南 747600；3.甘南州藏族自治州瑪曲縣氣象局，甘肅 甘南 747600）

甘肅地處我國的西北地區(qū)，境內(nèi)為黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原三大高原交匯地帶，氣候類型多樣，主要有亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候以及溫帶大陸性氣候等。近年來，我國的地面氣象觀測站數(shù)量雖有所增加，但是觀測站覆蓋范圍卻比較小。為獲得甘肅的完整遙感資料，有必要使用高分遙感技術加強對該省氣象的監(jiān)測。

1 高分遙感監(jiān)測的特征

將高分遙感技術應用到氣象監(jiān)測中后，有效推動了氣象監(jiān)測領域的進一步發(fā)展。當下的高分遙感監(jiān)測具有三個特征，分別是高空間分辨率特征、高光譜分辨率特征以及高時間分辨率特征。1）高空間分辨率是指高分遙感技術能夠準確識別兩個相鄰地物之間的最小距離。學術界規(guī)定空間分辨率優(yōu)于1m 的光學成像衛(wèi)星所獲取的數(shù)據(jù)為高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)。2）高光譜分辨率遙感技術是指在可見光、近紅外波、熱紅外波以及中紅外波的波段范圍內(nèi)，獲取大量窄光譜連續(xù)影像數(shù)據(jù)的技術。高分五號為全球第一顆高光譜觀測衛(wèi)星，也為國際上首次實現(xiàn)能夠?qū)Υ箨懸约按髿膺M行綜合觀測的全譜段高光觀測衛(wèi)星。3）高時間分辨率是指重復觀測同一地區(qū)所需要的時間，作為遙感系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測能力的重要評價指標，該指標在高分遙感技術應用過程中的作用重大。

2 氣象監(jiān)測概述

氣象監(jiān)測是氣象事業(yè)中的重要內(nèi)容，氣象事業(yè)在人類發(fā)展過程中的意義重大，是一種通過氣象監(jiān)測，氣象工作人員能夠?qū)Υ髿庑畔⑦M行采集、加工、儲存與傳輸，根據(jù)社會、生態(tài)、軍事、政治以及經(jīng)濟各方面的不同需求，可向政府、各生產(chǎn)部門以及社會公眾等提供氣象方面相關的技術和信息的活動。氣象監(jiān)測為氣象服務中的一種，氣象服務包括決策氣象服務、專業(yè)氣象服務、專項氣象服務以及公共氣象服務。傳統(tǒng)的氣象監(jiān)測技術工作效率低，無法滿足社會快速發(fā)展的要求，新一代的高分遙感技術應運而生，在氣象服務中的作用越來越大，使用該技術監(jiān)測到的氣象數(shù)據(jù)精準、可靠性高[1]。

3 高分遙感技術在甘肅氣象監(jiān)測中的應用

高分遙感技術的快速發(fā)展與完善在氣象監(jiān)測工作中發(fā)揮著越來越重要的作用，如今該技術已經(jīng)被應用到多個領域并取得了良好的應用效果。相關數(shù)據(jù)顯示，甘肅省的高分遙感技術已經(jīng)與多個領域進行了良好的合作，主要包括水體監(jiān)測、沙漠邊界監(jiān)測、農(nóng)作物監(jiān)測、農(nóng)業(yè)災害監(jiān)測、森林火災監(jiān)測以及霧霾監(jiān)測等領域。

3.1 水體監(jiān)測方面

水資源是我國的重要資源，在人們的生產(chǎn)生活中非常重要，人類社會的可持續(xù)發(fā)展離不開對水資源保護與節(jié)約。近幾年，甘肅省每年都會有氣象監(jiān)測團隊使用高分遙感技術對省內(nèi)大量湖泊河流進行監(jiān)測評估，例如黃河、大夏河、渭河以及涇河等。將高分遙感技術應用到水體監(jiān)測中，能夠有效監(jiān)測出各水體的不同變化特征，比如水域面積變化情況等。

3.2 林業(yè)氣象方面

森林是人類的重要資源，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分。森林植被是聯(lián)結(jié)土壤、水源以及大氣的重要紐帶，當森林發(fā)生變化時，即可表示陸地生態(tài)系統(tǒng)遭到了破壞。地表植被中包含著氣候模型中的各種參數(shù)，在生態(tài)變化中的指示意義重大。使用高分遙感技術對甘肅森林植被進行監(jiān)測，長期的監(jiān)測結(jié)果可用于研究不同氣候背景下的植被變化以及生長規(guī)律，同時還能對生態(tài)系統(tǒng)的變化過程進行探索分析。使用高分遙感技術能夠?qū)χ脖灰约傲只饍煞矫孢M行監(jiān)測[2]。

3.2.1 植被監(jiān)測

國外對植被監(jiān)測的研究比我國早，如今已經(jīng)取得了豐碩的研究成果。歷時十六年的由Lewis 等人參與研究的植被監(jiān)測研究結(jié)果顯示各植被類型的NDVI 變化和降雨量的變化有很好的相關性。我國對植被監(jiān)測的研究起步比較晚，但是近幾年各項科學技術的快速發(fā)展使得我國的植被監(jiān)測研究水平有了一定程度的提升。例如，信忠保等人選用GIMMS 和SPOT/GT 兩種植被指數(shù)數(shù)據(jù)對甘肅境內(nèi)黃土高原地區(qū)的植被覆蓋的時空變化進行了細致研究，研究結(jié)果顯示黃土高原的植被變化經(jīng)歷了四個階段，四個階段的植被覆蓋變化都和降雨量的多少有著直接的關系，因此得出降雨變化是造成植被覆蓋變化的主要原因。此后，馬明國等人的植被監(jiān)測研究結(jié)果顯示氣溫變化和降雨變化是影響植被覆蓋變化的主要因素。

3.2.2 林火監(jiān)測

發(fā)生森林火災會對自然環(huán)境造成巨大的損害，造成的損失不計其數(shù)，因此我國非常重視對森林火災的防范。傳統(tǒng)的森林防火信息采集和上傳效率低，林火監(jiān)測技術難以被大范圍應用。信息時代到來后，將高分遙感技術應用進來能夠有效解決傳統(tǒng)監(jiān)測技術存在的不足，同時取得了較好的應用效果。例如，許東蓓等人利用MODIS 遙感數(shù)據(jù)對甘肅境內(nèi)的重大火災、土壤水分以及火災前期植被干旱程度等進行了仔細分析，最后結(jié)果表明，使用MODIS 能夠有效監(jiān)測火災的運行動態(tài)，同時還能提供準確的火災位置、火災面積等數(shù)據(jù)信息，遙感的使用能避免傳統(tǒng)監(jiān)測手段的不足，提高林火監(jiān)測準確度和可信度。此后，王一凱等人提出了一種基于地表溫度、風速、蒸發(fā)量空間模擬數(shù)據(jù)以及濕度遙感數(shù)據(jù)的林火風險等級預報法，形成了地表溫度與濕度分析模型，最終生產(chǎn)成了甘肅省森林火險等級分布圖。研究結(jié)果顯示，使用該方法研究的森林火險等級在空間上是連續(xù)的，能夠很好的反映甘肅的森林火災風險程度，可為地方森林防火部門的制度制定提供建議，推動森林防火工作的順利開展。

3.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和氣象信息密切相關，合適的氣象條件是促進農(nóng)作物快速生長發(fā)育的基礎。我國屬于農(nóng)業(yè)大國，因此加強農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測研究能夠為農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供建議。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，低溫、大風以及干旱等災害性天氣會對農(nóng)作物生長造成不可逆的影響，例如，2015 年江南、西南地區(qū)的一次持續(xù)性降雨導致地區(qū)農(nóng)作物受災近60 千公頃，損失近6.4 千公頃農(nóng)作物。因此，為保證甘肅境內(nèi)農(nóng)作物的正常生長，有必要使用高分遙感技術加強對農(nóng)業(yè)氣象的監(jiān)測[3]。

3.3.1 農(nóng)作物監(jiān)測

農(nóng)作物的生長情況直接關系到農(nóng)作物產(chǎn)量的多少，從而直接決定了種植人員的收益，因此農(nóng)作物的監(jiān)測和估產(chǎn)屬于農(nóng)業(yè)監(jiān)測的重要內(nèi)容。Dalezios 等人利用NOAA提供的高分辨率AVHRR 數(shù)據(jù)，研究計算得出了甘肅近幾年的NDVI 數(shù)值，完成了對甘肅境內(nèi)玉米等農(nóng)作物長勢的連續(xù)監(jiān)測研究。結(jié)論顯示，使用NDVI 計算的玉米等農(nóng)作物的產(chǎn)量和實際產(chǎn)量基本吻合，由此可知使用遙感技術能夠有效監(jiān)測計算農(nóng)作物的產(chǎn)量。因此，為提升農(nóng)作物產(chǎn)量，可使用高分遙感技術對農(nóng)作物的產(chǎn)量進行監(jiān)測預估，同時采取具體措施有效提升農(nóng)作物產(chǎn)量，最大化種植人員的經(jīng)濟效益。

3.3.2 自然災害監(jiān)測

使用高分遙感技術能夠有效監(jiān)測農(nóng)作物的受災信息，方便種植人員采取有針對性的措施防治農(nóng)作物常見的災害。將高分遙感技術應用到對農(nóng)作物受災信息的監(jiān)測中還能彌補因氣象站點缺少、氣象站點分布不均勻造成監(jiān)測誤差等方面的不足。例如，張佳華等人總結(jié)了國內(nèi)外利用遙感監(jiān)測農(nóng)作物受災信息的研究，得出結(jié)論為我國的FY-2、FY-3 和MODIS 等數(shù)據(jù)都能夠滿足使用遙感器進行農(nóng)作物受災損失的時間分辨率要求。與此同時，何燕等人使用MODIS 數(shù)據(jù)并結(jié)合實地調(diào)查的方法，得出低溫是造成農(nóng)作物凍害的主要因素，使用遙感數(shù)據(jù)能夠開展農(nóng)作物凍害監(jiān)測研究工作，有利于提高氣象災害預報的準時性。因此，為推動農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的快速提升，有必要將高分遙感技術應用進來，加強對農(nóng)作物受災信息的監(jiān)測研究[4]。

3.4 環(huán)境氣象方面

近年來，環(huán)境問題嚴重，霧、霾以及沙塵暴等災害性天氣的發(fā)生對人們的生活生產(chǎn)帶來了巨大的負面影響，因此加強災害性天氣的監(jiān)測研究現(xiàn)實意義重大。傳統(tǒng)的災害性天氣監(jiān)測手段和預報方法對霧、霾等災害性天氣的監(jiān)測效率和監(jiān)測質(zhì)量不高。將高分遙感技術應用進來后，能夠有效提升對災害性天氣的監(jiān)測質(zhì)量。

3.4.1 霧監(jiān)測

早在20 世紀70 年代，國外就已經(jīng)開始使用SMS-1氣象衛(wèi)星對大氣中的輻射霧的產(chǎn)生過程進行監(jiān)測和研究。隨著科學技術的不斷發(fā)展，如今我國已經(jīng)能夠使用遙感技術對輻射霧的產(chǎn)生過程進行監(jiān)測研究。目前應用最多的遙感數(shù)據(jù)源為MODIS 數(shù)據(jù)，使用該數(shù)據(jù)能夠很好監(jiān)測大氣輻射霧的產(chǎn)生過程，有利于國家環(huán)境部門采取有針對性的措施，對輻射霧進行處理。例如，蔣璐璐利用FY-3A 衛(wèi)星的VIRR 數(shù)據(jù)，對我國東部沿海地區(qū)的日間霧展開了監(jiān)測研究。監(jiān)測結(jié)果精確度高達70%，因此證明使用FY-3A 衛(wèi)星資料研究輻射霧的產(chǎn)生是可行的，具有較大的預報業(yè)務推廣價值。為提升輻射霧的監(jiān)測精確度，國家環(huán)境部門可將該技術應用進來，同時呼吁全社會保護環(huán)境。

3.4.2 霾監(jiān)測

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展使得汽車數(shù)量越來越多，汽車數(shù)量增多后排出的尾氣越來越多，造成我國的霾污染越來越嚴重。2001 年以后，我國的霾污染越來越嚴重，最近幾年霾污染甚至成為了學術界討論的熱門話題。在這個背景下，為降低霾污染對人們生活造成的影響，國家相關部門有必要使用高分遙感技術對霾污染進行監(jiān)測研究。前幾年，姜杰等人對霾的遙感監(jiān)測原理和當前應用最廣泛的高分遙感技術進行了介紹，認為衛(wèi)星遙感技術能夠監(jiān)測大尺度、長時間序列的污染物的時空分布特征和變化趨勢，因此使用衛(wèi)星遙感技術能夠有效監(jiān)測霾污染的具體情況，國家可使用衛(wèi)星遙感技術加強對霾污染的監(jiān)測研究，采取具體措施有效降低霾污染對社會環(huán)境造成的影響。

4 結(jié)論

總而言之，高分遙感技術在氣象監(jiān)測方面的應用意義重大。隨著觀測技術的不斷進步以及社會生活水平的不斷提升，人們對高分高頻率遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求越來越高。如今環(huán)境問題嚴重，國家也加大了對高分遙感技術的應用。將該技術應用進來后，能夠有效提升氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，從而方便國家相關部門采取具體措施解決環(huán)境問題。