文｜趙晶

興安盟氣象局

一、前言

內(nèi)蒙古興安盟河流、森林、草原等生態(tài)資源富集，在內(nèi)蒙古的生態(tài)版圖中占據(jù)“一席高地”。截至目前，興安盟6 個旗縣市中有兩個被評為國家生態(tài)文明建設(shè)示范市，兩個“綠水青山就是金山銀山”實踐創(chuàng)新基地，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)“兩區(qū)兩帶”農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略格局中大興安嶺沿麓農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶的重要組成部分。

按照“國家重要的農(nóng)牧產(chǎn)品生產(chǎn)基地、國際知名旅游目的地、國家北方重要生態(tài)安全屏障區(qū)”的總體定位要求，圍繞“五區(qū)共建”總體發(fā)展戰(zhàn)略，2020 年7 月，興安盟氣象局黨組研究決定開展高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古興安盟分中心（以下簡稱“興安盟高分中心”）建設(shè)，加強對衛(wèi)星遙感資料的應(yīng)用。本文從興安盟高分中心建設(shè)、典型應(yīng)用與思考等角度，介紹興安盟高分中心高分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用與思考。

二、興安盟高分中心建設(shè)

2020 年7 月，興安盟氣象局向高分辨率對地觀測系統(tǒng)內(nèi)蒙古數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心申請設(shè)立高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古興安盟分中心。2020 年8—9 月，明確了興安盟高分中心發(fā)展定位、發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展思路，編制了《高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古興安盟分中心建設(shè)方案》。2020 年10 月，獲得內(nèi)蒙古自治區(qū)高分中心機構(gòu)批復(fù)，興安盟高分中心明確機構(gòu)在數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用推廣、空間信息服務(wù)、規(guī)劃培訓(xùn)等職能。興安盟高分中心直屬于興安盟氣象局管理，主要負(fù)責(zé)全盟生態(tài)、遙感、農(nóng)牧業(yè)氣象服務(wù)；承擔(dān)陸地衛(wèi)星遙感資料收集、高分辨率衛(wèi)星資料的應(yīng)用，衛(wèi)星遙感監(jiān)測產(chǎn)品制作和服務(wù)；GIS 技術(shù)的應(yīng)用；承擔(dān)全盟重大農(nóng)牧業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測評估等工作。

目前，興安盟高分中心依托中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、高分辨率對地觀測系統(tǒng)內(nèi)蒙古數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心、歐洲航天局哨兵系列衛(wèi)星科研數(shù)據(jù)中心、美國國家航空航天局等推送的衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展常規(guī)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)包括：高分一號（WFV/PMS）、高分二號、高分六號（WFV/PMS）、哨兵二號、MODIS、Landsat等衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

自成立以來，興安盟高分中心一直致力于在創(chuàng)建國家生態(tài)文明示范盟、全域旅游和鄉(xiāng)村振興的工作中發(fā)揮積極作用。首先從興安盟生態(tài)發(fā)展和業(yè)務(wù)實際需求出發(fā)，工作任務(wù)圍繞全盟生態(tài)文明建設(shè)開展，以基礎(chǔ)信息提取為主，后續(xù)逐步深化應(yīng)用和服務(wù)。2021 年至今深入開展農(nóng)作物長勢及災(zāi)害評估、重點生態(tài)修復(fù)工程評估，為保險及政府部門提供遙感產(chǎn)品與技術(shù)支撐。與興安盟林草局、盟生態(tài)環(huán)境局、盟農(nóng)牧局、盟應(yīng)急保障局等單位就高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境、大氣污染防治、農(nóng)作物長勢及播種面積、農(nóng)業(yè)保險核查、氣象災(zāi)害損失評估等方面達(dá)成合作及需求意向，不斷提升業(yè)務(wù)能力。截至2023 年3 月，共使用各類遙感影像260 余景，編制產(chǎn)品報告50 余期。自治區(qū)領(lǐng)導(dǎo)在高分中心的產(chǎn)品上批示：“應(yīng)用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析，精準(zhǔn)度高，說服力強，開展此項工作很有意義，可繼續(xù)推廣應(yīng)用，不斷完善。”

三、典型高分應(yīng)用

1.植被生態(tài)覆蓋變化分析

興安盟高分中心以植被生態(tài)覆蓋率作為關(guān)鍵指標(biāo)，通過應(yīng)用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，監(jiān)測興安盟地區(qū)植被生態(tài)環(huán)境變化趨勢。通過解譯2015 年和2020 年高分一號衛(wèi)星16m 分辨率遙感影像資料，分類提取計算2015 年和2020 年興安盟草地、農(nóng)田、林地面積及占比，以此反映興安盟植被生態(tài)環(huán)境變化情況，為興安盟生態(tài)文明建設(shè)、經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考（圖1）。這說明興安盟委、行署近年來圍繞生態(tài)文明建設(shè)的一系列舉措卓有成效，結(jié)果表明：2020 年全盟植被覆蓋率較2015 年大幅提升，升幅達(dá)15.65%，其中林地覆蓋率上升4.93%，農(nóng)田用地覆蓋率上升2.61%，草地覆蓋率上升8.11%，升幅最大。

圖1 興安盟植被覆蓋變化遙感監(jiān)測圖

科爾沁右翼中旗沙地主要集中分布在其南部地區(qū)。通過應(yīng)用哨兵二號衛(wèi)星10m 分辨率數(shù)據(jù)，監(jiān)測科爾沁右翼中旗南部沙地周邊2022 年9 月初植被長勢情況。結(jié)果顯示（圖2）：2022 年9 月初巴彥呼舒鎮(zhèn)大部、高力板鎮(zhèn)北部和偏西地區(qū)歸一化植被指數(shù)（NDVI）值在0.5 以上，植被長勢好，新佳木蘇木中部、代欽塔拉蘇木北部、巴彥淖爾蘇木中部部分地區(qū)、巴彥茫哈蘇木南部和好腰蘇木鎮(zhèn)部分地區(qū)NDVI 值在0.4 至0.5 之間，植被長勢較好，其余地區(qū)植被長勢為一般到較差。

圖2 科爾沁右翼中旗南部NDVI（2022 年9 月初）

2.玉米水稻高分遙感監(jiān)測分析

通過解譯2020 年6—9 月高分一號衛(wèi)星16m分辨率遙感影像資料，分類提取計算2020 年興安盟玉米、水稻種植面積及占比。分類結(jié)果顯示（圖3），全盟玉米、水稻總播種面積為8493.54km2，占農(nóng)作物總播種面積的65.60%。其中玉米主要分布在扎賚特旗中東部、科右前旗大部、突泉縣大部、科右中旗西北部及中南部部分地區(qū)，總播種面積為7570.43km2，占全盟總播種面積的58.47%；水稻分布在扎賚特旗東部、科右前旗中部偏東、烏蘭浩特市周邊、突泉縣中部以及科右中旗中部部分地區(qū)，總播種面積為923.11km2，占全盟總播種面積的7.13%。

圖3 2020 年興安盟玉米和水稻分布圖

3.強對流天氣過程災(zāi)害影響評估

2020 年6 月20 日午后到夜間，興安盟科右前旗中東部、烏蘭浩特市及周邊出現(xiàn)強對流天氣過程，造成風(fēng)雹、暴雨洪澇等災(zāi)害。多地出現(xiàn)冰雹，最大冰雹直徑4cm。分別獲取冰雹發(fā)生前后覆蓋科右前旗、烏蘭浩特市及周邊的哨兵二號衛(wèi)星10m 分辨率遙感影像資料，運用近紅外及紅外波段計算受災(zāi)前、受災(zāi)后NDVI。根據(jù)受災(zāi)前后NDVI的變化可發(fā)現(xiàn)（圖4），研究區(qū)域中由大石寨鎮(zhèn)偏北至歸流河鎮(zhèn)偏西呈西北走向有明顯NDVI 直線型下降條帶，表明該區(qū)域植被嚴(yán)重受損。

圖4 受災(zāi)前后植被指數(shù)NDVI 對比

根據(jù)受災(zāi)前后NDVI 的變化將受災(zāi)程度劃分為兩級（圖5）：輕度受災(zāi)和重度受災(zāi)。遙感影像有力支撐了災(zāi)情評估，為后續(xù)災(zāi)后重建與生產(chǎn)生活恢復(fù)提供了重要的科技支撐。

圖5 受災(zāi)等級劃分

氣象自動站監(jiān)測顯示多地出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，極大風(fēng)速達(dá)到9 級，當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物、牲畜、房屋等受到不同程度的損失。由于沿線上有多個風(fēng)暴單體不斷經(jīng)過同一區(qū)域，疊加效應(yīng)明顯。根據(jù)雷達(dá)反射率強回波數(shù)據(jù)分布，降雹呈現(xiàn)“雹打一條線”特征，主要降雹帶位于興安盟中部，與遙感監(jiān)測結(jié)果在受災(zāi)分布和受災(zāi)強度上基本吻合。

4.積雪覆蓋變化分析

興安盟高分中心通過應(yīng)用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，監(jiān)測科爾沁右翼前旗2021 年11—12 月積雪覆蓋面積變化。通過解譯2021 年11 月和12 月高分一號衛(wèi)星16m 分辨率遙感影像資料，分別提取計算11月和12 月積雪覆蓋面積（圖6 中白色區(qū)域），以此反映科爾沁右翼前旗積雪覆蓋面積變化狀況，為科爾沁右翼前旗政府及職能部門制定相關(guān)政策提供科學(xué)參考。

圖6 科爾沁右翼前旗積雪覆蓋圖

遙感監(jiān)測結(jié)果顯示2021 年11 月中旬該旗積雪覆蓋面積7441.1km2，占全旗總面積的41%；12 月下旬全旗積雪覆蓋面積14156.3km2，占全旗總面積的78%。2021 年11 月中旬該旗積雪覆蓋計算結(jié)果顯示：積雪覆蓋區(qū)域部分地區(qū)。2021 年12 月下旬全旗積雪覆蓋計算結(jié)果顯示全旗大部均有積雪覆蓋。

四、高分遙感應(yīng)用思考

1.提升農(nóng)業(yè)和生態(tài)保護科技水平

高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有獲取信息快、更新周期短、動態(tài)監(jiān)測范圍大、分辨率高等特點，反映情況客觀、可靠、公平、公正，可以有效規(guī)避人為誤差，依托高分應(yīng)用技術(shù)進行監(jiān)測評估，已成為開展精細(xì)化農(nóng)業(yè)監(jiān)測，定量評估生態(tài)環(huán)境變化趨勢等工作的有效手段，為各級政府部門提供科學(xué)準(zhǔn)確的參考依據(jù)進行決策部署。

2.對防災(zāi)減災(zāi)有特殊效果

在開展防災(zāi)減災(zāi)工作中，高分衛(wèi)星可提供多光譜高空間分辨率的大面積同步觀測，這是依靠傳統(tǒng)地面調(diào)查無法做到的，且不受地形阻隔等限制，針對地表覆蓋的識別能力較傳統(tǒng)衛(wèi)星有大幅度提高。在災(zāi)害監(jiān)測中，可以進行定量或半定量的跟蹤分析，特別是對大區(qū)域的干旱、洪澇、強對流天氣等自然災(zāi)害監(jiān)測具有十分重要的意義。

3.應(yīng)用中存在問題

不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)源的處理結(jié)果難以比對，且遙感技術(shù)精確度與實際數(shù)據(jù)有誤差。受采樣點數(shù)量、采樣區(qū)域地形、采樣技術(shù)水平一致性、大氣云層覆蓋等諸多因素影響，遙感技術(shù)獲取的農(nóng)作物種植面積與實際種植面積會存在一定偏差，無法實現(xiàn)百分百一致。

在進行農(nóng)作物生長季監(jiān)測時常常不能得到有效的數(shù)據(jù)，因而不能滿足農(nóng)作物農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的農(nóng)田尺度遙感監(jiān)測對時間分辨率的需求；特別是陰雨天氣較多的區(qū)域，在生長季很長時間內(nèi)獲取的光學(xué)影像，由于云霧遮擋，很難應(yīng)用于農(nóng)作物監(jiān)測。

4.后續(xù)推廣想法

針對不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)源的處理結(jié)果難以比對、遙感技術(shù)精確度與實際數(shù)據(jù)存有誤差以及生長季較難獲得有效數(shù)據(jù)等問題，未來將進一步增加對采樣區(qū)域試驗地塊的建設(shè)，建立本地應(yīng)用模型，將多源遙感數(shù)據(jù)處理結(jié)果統(tǒng)一進行標(biāo)準(zhǔn)化，增強對多源遙感數(shù)據(jù)的交叉使用。并將無人機技術(shù)融入生長季的農(nóng)田監(jiān)測中，減少遙感數(shù)據(jù)由于云霧影響無法獲取有效觀測數(shù)據(jù)的問題，更好地服務(wù)日常業(yè)務(wù)工作。

興安盟在落實生態(tài)文明、全域旅游、鄉(xiāng)村振興等重大戰(zhàn)略，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展等方面，需要轉(zhuǎn)變觀念，注入新動能。高分應(yīng)用作為新型產(chǎn)業(yè)不僅可以創(chuàng)新經(jīng)濟增長點，而且可以為傳統(tǒng)行業(yè)提供有力支撐，提高其信息化和科學(xué)化水平，優(yōu)化資源配置，提高經(jīng)濟運行效率，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村、生態(tài)環(huán)境、自然資源、林草、水利、住建、交通、應(yīng)急管理、氣象等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。

五、結(jié)語

興安盟實施的森林、草原和濕地生態(tài)系統(tǒng)保護修復(fù)、退耕還林還草還濕、沙地生態(tài)系統(tǒng)治理、礦山生態(tài)修復(fù)治理、生物多樣性保護、河庫水體質(zhì)量監(jiān)測、優(yōu)化旅游和農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、優(yōu)化國土利用空間、構(gòu)建城鎮(zhèn)綠地系統(tǒng)等一系列重大工程，需要環(huán)境保護、自然資源、水利、農(nóng)牧業(yè)、林草、交通、氣象等行業(yè)進行科學(xué)判識和謀劃未來發(fā)展。高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已為諸多領(lǐng)域提供了高效有力的數(shù)據(jù)支撐，未來興安盟高分中心將繼續(xù)堅持“創(chuàng)新發(fā)展、規(guī)范管理、服務(wù)全盟、生態(tài)優(yōu)先”的建設(shè)思路，以“高分+”方式融入各行業(yè)進行推廣應(yīng)用，對接興安盟行署“十四五”發(fā)展規(guī)劃和各專項規(guī)劃，著力打造具有地方特色、對本地經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要支撐作用的高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用中心，提升政府治理體系和治理能力現(xiàn)代化水平，實現(xiàn)共贏發(fā)展的目標(biāo)。