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森林火災監測的那雙“慧眼”
2019-09-18 15:54:02   來源:

    雖然目前衛星遙感正在變成越來越普及的監測手段,很多人也可以方便地獲取遙感影像。但它畢竟是誕生才幾十年的知識,相應的傳播多停留在專業層面,看起來深奧的遙感道理使得公衆難以明白其奧秘。今天,借用《科普時報》嘗試給大家講點“氣象衛星這雙慧眼監測林火”的常識。

 

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上圖分别是氣象衛星監測出的大興安嶺起火、蔓延、風助火勢、熊熊燃燒、逐漸減弱、火災後衛星雲圖。

 

一把火燒出個“森林衛士”

 

鋪天蓋地的亞馬遜雨林大火新聞大家通過各種渠道都有了不同程度的了解,而這場号稱“地球之肺”地區的大火令我瞬間想起了32年前發生在東北的那場大興安嶺火災。

那是1987年5月6日,當全國人民都在傳唱費翔春節聯歡晚會上唱紅大江南北的《冬天裡的一把火》時,一場真實的大火悄悄降臨到黑龍江省臨近國境線的大興安嶺。嶺上4個林區整整燃燒了28天,101萬公頃的森林被吞噬,漠河西林吉在内的9個林場化為焦土。這場新中國成立以來最嚴重的一次特大森林火災被氣象衛星記錄下來。

人煙稀少的大興安嶺,當時熊熊的大火和濃濃的煙霧使飛機和其他任何常規探測手段均無法确定火災的範圍和強度,茫茫林海,救火隊員們如何知道火點的具體位置呢?原來此時有雙“慧眼”在遙遠的太空幫他們工作呢:火災當天,氣象衛星首先從接收到的雲圖中發現火點并迅速進行跟蹤監測,國家衛星氣象中心每天以最快的速度處理并向國務院彙報監測信息,這些信息成為中央決策指揮滅火的重要依據、為最終撲滅大興安嶺火災作出了重要貢獻,還科學地粉碎了所謂氣功大師嚴新發功撲滅大火的謠言。國務院領導評價說,監測大範圍火情是别的方法難以替代的。從此氣象衛星就獲得了“森林衛士”的美稱。

之後30多年的時間裡,氣象衛星這雙“慧眼”一直監視着地球,捕捉着廣袤森林與草原上的星星之火。平均每年提供約15000個各類火點信息給國内林業和農業等部門,小到幾畝的明火點、大到上萬平方千米的火場隻要入了氣象衛星的“慧眼”,技術人員就會在第一時間提取火點、過火區、火勢強度大小等信息。如今随着氣象衛星快速發展和國際地位不斷提升,其監測服務已拓展到一帶一路國家及世界各地,此次亞馬遜雨林大火,氣象衛星同樣也每天巡視着災區的火情變化。

 

氣象衛星為什麼能看到森林火點?

 

氣象衛星為什麼能監測森林大火呢?

這要從它攜帶的“慧眼”儀器說起。原來衛星攜帶的探測儀器中有專門感應紅外輻射的通道,對熱源特别敏感,一旦出現山火,衛星監測數據在這個通道(近紅外)的輻射率和亮溫(用同輻射量的黑體溫度表示物體的輻射能量值)會急劇變化,和沒發生火點地方的通道值形成明顯差異。由于亮溫峰值會随溫度的升高向短波方向移動,所以火點處在短波波長的亮溫比長潑波長的亮溫高,這兩個波段的亮溫差比背景處明顯偏高。據此,我們就可以用衛星這雙“慧眼”通道來監測熱點,至于這熱點是不是火點還需要一個判識過程(目前有計算機自動判識和人工判識兩種)。

而判識的依據都是利用熱點的亮溫與周圍背景的亮溫差異,以及相鄰紅外亮溫差與周圍無火區差異,再去除雲區、水體、荒漠地帶、常熱點等疑似火點後,才能确定火點位置,火區大小等。反映到雲圖上,可以很清晰地分辨出紅色的火區、白色的雲團、藍色的煙霧、綠色的森林和灰黑色的滅火後痕迹。

 

怎樣讓林火監測“慧眼”更明亮?

 

從科學性上來講,不同時空上發生火險的概率是不同的。我國森林邊緣往往是人口居住地,比較容易發生人為火險,當氣象、氣候和森林環境條件高度具備的時候,人為有個火源火災往往就會發生。因此在重點地區、要害部位以及關鍵時段對森林火災進行準确的監測和預報都很重要。

我們采用遙感、地理信息和衛星導航定位技術,在一定程度上發揮了非常好的作用。但多數情況僅是在明火發生後監測到其在哪裡發生?擴散路徑怎樣?如何發展蔓延?今後如何利用衛星加密觀測提高探測時間密度?如何通過提高衛星分辨率發現更小的熱點?如何通過搭載新的探測儀器解決雲下熱點監測?如何利用多衛星多源數據融合等提高時空精度是讓“慧眼”更明亮的關鍵技術。而根據各種探測信息預警預測火災發生時間、地點是“防火于未然”更關鍵的技術。

現在我國已經普遍使用氣象衛星監測林火,每一次重要的森林大火事件幾乎都逃不過這個太空中的“慧眼”,但氣象衛星遙感技術作為一門尖端科學,也是一門年輕的學科,未來還有巨大的發展空間,我們期待着科技的進步,更期待着無論我們身居何處都不再發生人為的災難性火災、更期待着目前亞馬遜雨林大火能夠早日熄滅,而栖息在亞馬遜的人類和所有動植物能安康。