基于多源卫星遥感的长江流域旱情监测研究

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1、基于多源卫星遥感的长江流域旱情监测研究干旱是全球影响范围最广和造成经济社会损失最为严重的一种自然灾害，其波及范围广,持续时间长,是农业生产和人类生活中最严重的自然灾害之一。长江流域面积辽阔，人类活动频繁，是中国最重要的流域之一，自然条件差异很大，产流、汇流条件极其复杂，水资源量时空动态变化十分显著。因此，对长江流域的进行准确、实时的旱情监测对我国社会经济发展有着重大意义。遥感技术的的实时性和完整性很快弥补了传统的气象数据监测干旱状况的局限性，成为了监测干旱灾害的一种重要手段。国外学者[1]很早就开始利用遥感技术研究干旱灾害的监测及预防。20世纪80年代

2、末美国[2]利用NOAA极轨气象卫星进行遥感监测,开始了基于遥感手段的旱情监测研究，并逐渐发展并投入应用，现已将降水、蒸发、气象、墒情与地下水资料进行一体化模拟计算,采用VCI和TCI方法进行全球性的干旱和预报,并进行作物的估产,为美国农业部和商务部提供信息。成功实现了全国旱情监测网络系统。国内对遥感数据的旱情监测研究虽然起步较晚，但也有不少学者提出了监测农业干旱、研究地表含水量的新方法[3,4]，但面向抗旱减灾业务的遥感干旱监测业务化系统在水利行业尚未真正建立起来[5]。为了长江流域的抗旱、水资源调配等问题提供科学依据和决策支持，迫切需要一套集数据下

3、载、数据处理、结果分析、产品展示、数据传输及GIS浏览功能于一体的实用系统,充实和丰富长江抗旱应用手段。一、长江流域的特点及可用的光学遥感卫星数据源12(一)长江流域特点长江发源于青藏高原，经由四川盆地和长江中下游平原注入东海，全长6397km,流域面积1.8是中国第一大河，长江流域水资源丰富，年降水量在400-1500mm之间，年径流量居世界各大河第3位，具有多方面的综合经济优势。在长江流域各个世纪发生干旱的频率是不均匀的，至20世纪，长江流域旱情发生频率呈逐渐增大趋势，以各年5~9月降水量距平作为判断标准，长江上游干旱发生频率达56%，中下游干旱发

4、生频率已经增至50%左右。尤其近几年长江流域部分地区屡屡面临严重旱情，如2010年初长江上游云南、贵州、广西、四川和重庆5省（区、市）因09年秋季以来降水严重偏少，土壤含水量普遍仅20%左右，导致发生了近百年一遇的严重旱情。(二)主要光学卫星遥感数据源分析光学卫星遥感数据是通过各类光学传感器对地球表面进行扫描，以数字方式记录的结果。遥感卫星系统以相当少的设备提供全球尺度上时间和空间连续的数据，基于卫星数据进行干旱监测，可以极大的减少人力物力的消耗，并且可以极大地提高所获取信息的准确性。基于以上几点，采用Modis、HJ-1A/B、GF-1号多种不同时空

5、分辨率的卫星影像进行旱情信息的提取，充分结合了不同卫星影像的优势，以提供比单一种类影像更加详实的数据。1.MODIS卫星MODIS（中分辨率成像光谱仪）是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器。MODIS数据涉及波段范围广（共有36个波段，光谱范围从0.4um-14.4um），数据分辨率比NOAA-AVHRR有较大的进展（辐射分辨率达12bits，空间分辨率最高可达250m）。这些多波段数据可以同时提供反映陆地、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、大

6、气中水汽、地表温度、云顶温度、大气温度、等多种信息，对于陆地表面和生物圈的大范围长期监测具有很大的优势。并且TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星,对于接收MODIS数据来说可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新数据。这样的数据更新频率，对实时地球观测和应急处理有较大的实用价值。2.HJ-1A/1B卫星HJ-1A/1B是中国首个以防灾减灾和环境监测为直接应用目标的小卫星星座，主要针对灾害、生态破坏、环境污染等进行大范围全天候、全天时动态监测。环境与灾害监测预报小卫星星座A、B星(HJ-1A/1B星)于2008年9月6日上午11点25分成功发射，H

7、J-1-A星搭载了CCD相机和超光谱成像仪（HSI），HJ-1-B星搭载了CCD相机和红外相机（IRS）。在HJ-1-A卫星和HJ-1-B卫星上均装载的两台CCD相机设计原理完全相同，以星下点对称放置，平分视场、并行观测，联合完成对地刈幅宽度为700公里、地面像元分辨率为30米、4个谱段的推扫成像。此外，在HJ-1-A卫星装载有一台超光谱成像仪，完成对地刈宽为50公里、地面像元分辨率为100米、110～128个光谱谱段的推扫成像，具有±30°侧视能力和星上定标功能。在HJ-1-B卫星上还装载有一台红外相机，完成对地幅宽为720公里

8、、地面像元分辨率为150米/300米、近短中长4个光谱谱段的成像。HJ-1-A卫星和HJ-1-