林业是生态建设的主体,履行着建设和保护“三个系统、一个多样性”的重要职能,即建设和保护森林生态系统、保护和恢复湿地生态系统、改善和治理荒漠生态系统以及维护生物多样性。森林具有巨大的固碳功能,在应对气候变化、维护气候安全中发挥着特殊作用。遥感技术已广泛地应用于森林资源调查、林业灾害监测和荒漠化监测等林业调查业务领域。 “天宫一号”遥感计划的实施,在光谱分辨率和空间分辨率方面有着明显的优势,我们对高光谱传感器在林业上进行应用试验,结果表明在森林类型分类、森林干扰监测、生物量反演、荒漠化类型制图等方面“天宫一号”的高光谱遥感数据有着很好的应用前景。
森林火灾是指失去人为控制并对森林、财物和人身造成损失的森林燃烧现象。近几年来,美国、加拿大、澳大利亚、巴西、印度尼西亚等国都发生过大规模的森林火灾,损失十分严重。据统计,我国从1950年至2008年全国共发生森林火灾超过70万次,年均发生森林火灾超过1万次,年均受害森林面积超过83.4万公顷,年均经济损失20多亿元人民币。近年来,中国政府投入大量资金实施天然林保护、退耕还林等林业生态重点建设工程。大量植树造林,人工幼林面积急剧扩大;实施封山育林,林内可燃物载量大量增加。这些因素造成了人工林地区的森林火险和林火灾害日益严峻。森林资源主要分布区常常也是我国森林火灾多发区。减少森林火灾的发生、减少林火损失,是我们面临的一项十分紧迫的任务。
自建国以来,我国陆续开展了森林火灾监测与预警工作;也利用遥感、GIS、GPS等技术在灾前森林火险预报、灾中火情监测与扑救、灾后灾情损失评估和林火信息化管理等技术方面开展了大量的研究工作,并形成了一些可运行的应用系统,并已在森林防火业务中发挥作用。
目前我国森林防火业务中主要应用的是中低空间分辨率、高时间分辨率的卫星数据(如风云、AVHRR和MODIS等),这些卫星的波段特性主要是针对气象、植被、海洋温度等监测需求设计的,只是人们研究发现它们对森林燃烧和过火信息也敏感,才将它们应用到森林火灾监测业务中。这些卫星数据用于探测火的波段的空间分辨率近1KM,它们对于较大面积的火场非常敏感,但对燃烧初期、面积较小(如6000平方米以下)的森林火灾通常较难探测到;因为我国西南林区和南方林区的森林火灾初期燃烧面积通常都比较小,因此许多火情信息仍未及时被监测到,有时甚至造成扑救不及时而酿成森林大火。同时,国内外还没有发射根据森林防火业务需求设计的卫星传感器。
为探究火情信息探测的最适宜波段范围,利用 “天宫一号”获取的影像数据,结合同步的火烧试验,研究分析了火情信息在高光谱短波红外数据的反映情况。图5-1和图5-2为地面燃烧试验情况。
图5-1 燃烧试验空间位置示意图 (底图引用Google earth)
图5-2 燃烧示意图
利用覆盖北京市房山区卢沟桥周边的高光谱短波红外数据,对同步试验的火场在其各波段的光谱反映进行了分析。分析结果表明:虽然试验的火场面积(约25m2)远小于高光谱短波红外数据的像元分辨率(20m×20m),但利用中心波长分别为2066.3967nm、1031.1236nm和882.3962nm的高光谱短波红外数据进行组合和信息增强处理后,结果如图5-3所示,火场表现为红色特征,可较好地突出火场分布区,表明短波红外也对高温辐射源敏感。
通过对同步试验的火场在天宫一号获取的高光谱数据的反映分析表明:正在燃烧中的小火可在天宫一号高光谱短波红外数据的中波范围内(约2.1μM)检测出来;即天宫一号搭载的高光谱短波红外数据具有探测面积小于其空间分辨率的火的能力。
通过综合天宫一号高光谱数据多个波段的特性,分析火情信息在这些波段的反映,寻求森林火灾监测及灾后评估的最适宜波段范围,对于未来设计更适合森林火灾监测业务需求的传感器,更好地满足我国森林防火预警扑救的需求,切实保护我国生态环境和森林资源等具有十分重要的作用。