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藻华、干旱、山火、洪水、滑坡, 国内外机构如何用卫星遥感监测?

卫星遥感技术加深了我们对地表事物的理解能力
藻华、干旱、山火、洪水、滑坡, 国内外机构如何用卫星遥感监测?

卫星所拥有的视角使它能看到更广泛的区域,这种能力加深了我们对地表事物的理解能力。

如今,我们常常使用卫星遥感技术对农业种植、森林火灾、森林砍伐、生态环境等进行探索。这些信息有助于科学家以及城市管理者做出基于数据的科学决策,以构建一个更适合人类居住和发展的环境。

关于这些监测手段,我们此前做出过不少讨论,今天想带大家了解一下国内外的机构如何运用卫星遥感技术对藻华、干旱、山火、洪水、滑坡进行监测。‍

评估蓝藻浓度的标准化方法

在河流、湖泊、池塘和水库等淡水生态系统中,温暖、营养过剩的水质条件使有害藻华的产生变得愈发普遍。

美国宇航局、美国环境保护署、美国国家海洋和大气管理局、美国地质调查局联合推出了一种使用卫星数据和计算机算法评估蓝藻浓度的标准化方法——蓝藻评估网络。

该蓝藻指数基于欧洲航天局Envisat卫星上的中分辨率成像光谱仪和欧洲航天局Sentinel-3a 和 Sentinel-3b卫星上的海洋和陆地颜色仪器收集的卫星数据,能够精确识别到水中的蓝藻。

上图为 Sentinel-3A 卫星OLCI 数据捕获到的犹他湖蓝藻水华时间序列图像,以及水华开始和结束的真彩色图像(绿色表示藻类浓度高)。

这是威斯康星州中东部(左)和蓝藻评估网络生成的真彩色图像(黄色表示藻类浓度高),基于该数据,当地政府及有关环保部门能掌握藻华发生的位置,及时应对早期藻华,以规避有害藻华对人类、野生动物和生态环境构成的潜在威胁。

大地量子是怎么做的

2019年5月太湖水体透明度(m-1)监测

植被健康指数评估粮食安全

数月前,干旱席卷了美国西部,美国西部七个州90%以上的地区处于干旱状态,近59%的地区为极端或异常干旱。高温、降雨量少、土壤湿度低,导致受灾地区植物健康状况不佳。

干旱带来的不单单是粮食安全问题,也可能进一步演化为国家金融安全问题。因此,世界各地对掌握农业干旱及其他农业种植信息的需求也不断激增。

美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局的科学家们开发了一套工具,能帮助政府知悉粮食安全状况,例如植被健康指数。该产品使用来自JPSS计划的可见红外成像辐射计套件数据,以彩色编码地图显示作物的健康状况。

从上方2021 年 7 月 22 日美国西部的作物健康状况图所见,绿色和蓝色表示茂盛、健康的作物生长区域;红色表示干燥和稀疏的区域。

大地量子是怎么做的

大地量子:2021.6 山西省娄烦县作物分布监测 

星载热辐射计实验为山火提供响应

卫星遥感技术是目前火灾危险等级评估的主要数据来源之一,国际空间站上的生态系统星载热辐射计实验,能够让科学家们测量世界各地植物的温度压力,绘制极其精细的热点地图,辅助制定应对干旱和山火的应急方案。

7月13日,美国西部地区10多个州发生了67起森林大火,其中最严重的一起火灾发生在俄勒冈州。

生态系统星载热辐射计实验,在7月7日至22日期间捕获了俄勒冈州南部山火“布勒格”的地表温度数据。

在上面这幅图中,监测仪器动态跟踪了“布勒格”的移动变化趋势,红色区域代表生态系统星载热辐射计实验所监测到的正在燃烧的火焰边缘。

生态系统星载热辐射计实验也获取了7月15日至24日期间加利福尼亚州北部“迪克西”火灾的地表温度数据。结果显示,这场火灾所波及的区域在过去几天内翻了一番,达到 220,000 多英亩。

大地量子是怎么做的

大地量子:木里县森林火灾的火点和过火面积图

洪水监测工具分析受灾区域

2020年11月16日,4级飓风“艾塔”席卷中美洲,伴随着强降雨,短短三天内,位于洪都拉斯圣佩德罗苏拉的拉蒙·比列达·莫拉莱斯国际机场、学校、医疗中心和其他关键基础设施均被洪水淹没。

飓风“艾塔”11月3日在尼加拉瓜北部着陆后不久,美国宇航局的地球应用科学灾难项目区开始与中美洲当局合作,使用卫星遥感数据来监测受灾情况。上图显示的是被洪水淹没的拉蒙·比列达·莫拉莱斯国际机场,我们可以从这张图中直观地看到被洪水淹没的区域。

大地量子是怎么做的

大地量子:淇县洪水监测

全球滑坡危害评估

美国宇航局的全球滑坡危害评估(LHASA)基于机器学习模型,通过分析个体变量和卫星数据集,可生成定制化的实时监测数据,及时识别世界上任何地方的滑坡风险区域。

滑坡危害评估基于卫星降水数据、全球滑坡高危地区图、土壤湿度和积雪量数据来对潜在的滑坡危害做出分析。

上图显示了滑坡危害评估输出的2021年6月潜在滑坡风险地图。其中,红色表示高风险地区,深蓝色表示低风险地区。

此外,滑坡危害评估还能分析每个监测单位中的道路和人口分布情况,以计算可能暴露在滑坡危害中的人口或基础设施数量。

上图显示了2020年11月18日在飓风“伊奥塔”通过尼加拉瓜和洪都拉斯期间发生的山体滑坡风险实时监测

大地量子是怎么做的

大地量子:黑水县西尔隧道坍塌监测