基于卫星遥感的旱情监测方法及应用

文 | 杨永民 辛景峰 黄诗峰 杨昆 朱鹤
水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心/中国水利水电科学研究院
一、引言
干旱灾害是我国主要的自然灾害之一。

我国幅员辽阔、地形复杂，局地性或区域性的干旱灾害频发。

据统计分析，2000年以来，年均因旱临时饮水困难人数超过2500万人，年均受旱面积超过3.7亿亩，旱灾损失占同期GDP的比重超过1%[1]。

旱情监测评估与预警作为抗旱减灾重要的非工程措施，对于实时掌握旱情动态，科学指导抗旱救灾，提高抗旱管理水平，最大限度地减少旱灾损失，保障社会经济可持续发展，都具有十分重要的现实意义。

当前，我国水利气象部门初步建立起雨情、水情、地下水等基础水文监测站网，在抗旱减灾方面发挥了重要作用，但是墒情监测站点总体偏少，仍然难以满足大范围旱情监测预警的需求。

卫星遥感是获取非均匀下垫面的有效、经济的手段，是解决复杂条件下，大尺度区域范围陆面蒸散和土壤水分状况及其在生态环境中转换机理研究的有效工具[2]。

大面积的遥感地表辐射和温度观测，可直接提供土壤-植被-大气系统的界面能量信息；多光谱、多角度的遥感资料可反演下垫面的特征参数；多时相的遥感观测信息可反映土壤和植被的水分状况。

卫星遥感为旱情监测、评估与分析提供了新视角，其形式由光学遥感发展到微波遥感，被动遥感到主动遥感，可以实现区域性、大面积的旱情监测及应用。

但由于受到卫星过境时刻、重访周期、幅宽、降雨、云层等因素的影响，卫星遥测数据在空间或时间维度上不够连续，全国或较大区域上相应的旱情估算与监测在时间和空间上也不够连续。

此外，卫星遥感反映的是已经发生的旱情信息，不能对区域的旱情提供有效的预警信息。

陆面水文模型系统描述了地表的能量收支和水分收支平衡，系统地刻画了土壤-植被-大气连续体的生物、物理、化学过程，是进行区域尺度水热平衡模拟的有效工具。

卫星遥感的观测信息能提供陆面水文模型所需的关键信息，通过气象数据驱动陆面水文模拟则可以实现区域尺度土壤水分、地表蒸散的连续模拟，可有效弥补遥感水分反演方法时空连续性的不足。

二、旱情监测技术方案
1. 基于遥感指数的旱情监测方法
（1）植被状态指数法
植被在可见光波段和近红外波段的强吸收与强反射光谱特征是植被指数法用于作物长势监测和土
基于卫星遥感的旱情监测方法及应用
图1 基于TCI的2016年内蒙古自治区旱情遥感动态监测示例图2 基于VCI的2016年内蒙古自治区旱情遥感动态监测示例
（a）2015年5月25日（c）2017年6月21日（b）2016年5月1日（d）2018年6月8日
图3 黑龙江省2015-2018年旱情遥感监测图
图4 基于标准化降水指数和土壤水分距平百分率的全国旱情监测图
四、总结和展望
为应对我国频发的干旱灾害，水利部防洪抗旱
减灾工程技术研究中心充分发挥卫星遥感大范围监
测的优势，构建了旱情监测的指数模型方法、基于遥感的区域土壤水分反演方法和基于遥感和陆面水文模型的旱情监测方法，并在2016年内蒙古自治区锡林郭勒和呼伦贝尔旱灾、黑龙江省土壤水分反演及旱情监测、2019年河南和云南旱情监测中进行了成功的实践应用，为区域和全国的旱情监测提供了重要的技术参考。

随着气候变化和人类活动的影响，区域旱情的高精度监测和应用需要进一步挖掘卫星遥感和物理
参考文献
[1]万群志.加快全国抗旱规划实施 提高旱区抗旱减灾能力
《全国抗旱规划实施方案（2014～2016年）》解读
防汛抗旱,2014(6):1-3.
[2]Wardlow,B.D.,M.C.Anderson,J.P.Verdin.Remote sensing
drought:Innovative monitoring approaches.
Press.
[3]Kogan,F.Appl icat ion of vegetat ion index and br
temperature for drought detect ion[J].Advances in Space
Research.1995,15(11):91-100.
[4]Kogan,F.World droughts in the new mi l lennium
遥感所获得的地面观测信息，提供更为准确的陆面水文状态的模拟，为区域的旱情监测提供支撑。