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农业信息·农业气象

卫星遥感技术在现代气象服务中的应用

  • 吴怡
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  • 广西壮族自治区龙胜气象局,广西龙胜 541700

吴 怡(1996—),女,山东滨州人,助理工程师,从事综合气象观测工作。

Copy editor: 杨欢

收稿日期: 2024-05-23

  网络出版日期: 2025-04-28

Application of satellite remote sensing technology in modern meteorological service

  • WU Yi
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  • Longsheng Meteorological Bureau of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Longsheng 541700, China

Received date: 2024-05-23

  Online published: 2025-04-28

摘要

为提高基层气象部门的农业气象服务质量,本文对卫星遥感技术在基层气象部门的基础应用现状进行分析,探究其在现代气象服务中的具体应用。应用现状方面,需进一步甄别与分析监测对象,通过产品叠加、算法优化调整等操作,准确定位监测目标;需结合多种遥感模型计算方法、数据源,提高监测精度。在应用方面,主要应用于气象灾害预测、农业生产服务以及环境监测3个方面,其中,气象灾害预测方面,可用于洪水、地质、气象、森林等监测,为防洪救灾、地质灾害、旱情监测、森林防火等提供数据参考;农业生产服务监测方面,该技术可用于作物长势、病虫害、产量评估等监测,助力于推演出作物的长势参数,降低病虫害导致的经济损失,推算农作物收成;生态环境监测方面,可用于大气环境、水体污染、固体废弃物等监测,帮助准确评估地区空气质量状态、评价水质等。本文为卫星遥感技术在现代气象服务中的应用提供参考。

本文引用格式

吴怡 . 卫星遥感技术在现代气象服务中的应用[J]. 安徽农学通报, 2025 , 31(8) : 114 -116 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.08.027

Abstract

To improve the quality of agricultural meteorological services provided by grassroots meteorological departments, the current status of the basic application of satellite remote sensing technology was analyzed in grassroots meteorological departments, and its specific application in modern meteorological services was explored. In terms of application status, it is necessary to further identify and analyze monitoring objects, accurately locate monitoring targets through product stacking, algorithm optimization and adjustment, and other operations; multiple remote sensing model calculation methods and data sources need to be combined to improve monitoring accuracy. In terms of application, it is mainly used in 3 aspects: meteorological disaster prediction, agricultural production services, and environmental monitoring. Among them, in terms of meteorological disaster prediction, it can be used for monitoring floods, geology, meteorology, forests, etc., providing data reference for flood control and disaster relief, geological disasters, drought monitoring, forest fire prevention, etc. In terms of agricultural production service monitoring, it can be used for crop growth pest and disease, yield evaluation and other monitoring, helping to reverse the growth parameters of crops, reduce economic losses caused by pests and diseases, and calculate crop yields. In terms of ecological environment monitoring, it can be used for monitoring atmospheric environment, water pollution, solid waste, etc., to help accurately assess the air quality and evaluate water quality in the region. This article provides references for the application of satellite remote sensing technology in modern meteorological services.

气象卫星是气象监测的重要工具之一,随着科学技术的革新,观测天气的手段也日渐成熟,近年来遥感技术的突飞猛进为连续、大范围和高精度的气象观测提供更为出色的观测效果。遥感监测具有覆盖范围广、数据精度高、传输速度快等优点,其使得气象预测的准确性和可靠性得到提升,气象服务更具有针对性和及时性。对气象遥感技术开展深入研究能帮助预报员做好短时临近预报、长期气候预报等各类气象服务。
卫星遥感技术在森林火险、农作物长势、生态环境变化等的监测中应用,具有不受天气、环境条件限制的优点,能及时准确收集遥感资料,为农业生产减灾防灾提供重要参考,相关学者对遥感技术的应用研究也逐渐深入。屈文旭[1]就卫星遥感资料监测气象灾害进行了研究,特别关注暴雨洪水及其衍生的滑坡、泥石流等灾害的遥感资料分析;常江[2]分析了关于农业灾害的遥感监测手段,综述了基于遥感数据监测农作物病虫害的发展过程;薛红扬[3]就卫星遥感资料在农业气象服务中的应用展开了研究,根据遥感监测数据可准确了解农业生产阶段,并根据天气情况及时为农业生产者提供具有针对性的气象预报服务。韩燕等[4]将卫星遥感资料与环境监测相结合,对水环境污染、大气污染等方面做了详细分析。随着气象服务要求的逐渐提高,卫星遥感技术也需获得相应突破,特别是在实践过程中如何针对具体服务对象准确高效发挥作用是值得关注的问题,以更好地服务于农业、生态等各个行业。
本文对卫星遥感技术的基础应用现状进行分析,并探讨其在气象灾害、为农服务和生态环境等方面的具体应用。

1 卫星遥感技术的基础应用现状

一方面,遥感图像中的不同目标物会表现出相似特性,容易导致气象部门特别是基层对监测对象产生误判。因此,需对其进行进一步甄别与分析,通过产品叠加、对算法进行优化调整等操作,准确定位监测目标。另一方面,由于不同的监测时间、地理位置、下垫面等存在差异,遥感数据模型具有一定的时空局限性。因此,需结合多种遥感模型计算方法、数据源,提高监测精度,但这也提高了遥感产品的制作难度,与自动站的实时监测相比具有一定的滞后性,数据直观性不高,其更适用于长期气候研究或预测。此外,部分基层气象服务站的观测数据种类、手段较单一,遥感数据应用的普及度不高,气象服务质量有待提升。因此,需加大对遥感技术的应用,以提供多样化的气象服务。

2 卫星遥感技术在气象灾害中的应用

2.1 洪水监测

由于水面和陆地面的反射率存在差异,应用卫星遥感技术监测积水区域,与正常情况对比,可精准划定洪水范围;连续观测比较,可得到水位变化情况,监测预警洪水大范围暴发的可能性,为防洪救灾提供数据参考。

2.2 地质灾害监测

卫星遥感技术可应用于监测和预警地质灾害,如连续性降水和暴雨可能引发的泥石流、山体滑坡、塌方等地质灾害。通过遥感图像,观测地理信息的连续变化,提升地质灾害的监测能力。

2.3 气象干旱监测

干旱会造成地表植被缺水、干枯发黄,并在卫星遥感图上发生明显变化。贾德伟等[5]对基于可见光和红外遥感的农业干旱监测方法进行研究,认为土壤含水量是判断干旱程度的重要指标。通过遥感技术对植被覆盖度和植被冠层温度进行反演,以计算土壤含水量,可达到旱情监测的目的。此外,该技术也可实现对大雾、结冰等气象的监测,高分辨率遥感影像下能呈现丰富、精细的地理空间信息[6],在城市遭遇内涝时,可通过遥感图像对比分析道路淹堵路段。

2.4 森林火险监测

部分气象服务站在构建气象预警系统时,开发了森林火险监测的遥感技术,通过林区异常高温的分析,确定森林火险地点、范围,为森林防火起到了积极作用。付迎春等[7]运用遥感影像,基于火的热力学特性,对森林火灾进行监测,发现可见光反射波段在云体、烟雾下可对小火点进行有效识别和分辨。李建辉等[8]基于遥感技术对森林火灾的预警等级进行研究,通过火灾遥感影像确定热点个数,研究其与森林火灾相关的气象参数之间的关系,发现在气温偏高、降水偏少且大风多的情况下,火灾预警等级较高。

3 卫星遥感技术在农业生产服务中的应用

3.1 农作物长势监测

利用卫星遥感技术对农作物各个时期的长势进行监测,可为种植户提供更准确、精细的气象信息,加强田间管理,合理增施或控制水肥。付元元[9]使用遥感数据进行作物长势参数推演,认为高光谱遥感比多光谱遥感更能准确反演出作物的长势参数。廖钦洪[10]在使用遥感方法对作物长势参数垂直分布的反演分析中发现,利用连续小波变换、离散小波变换、遗传算法等方法,得到的数据精度高于利用植被指数反演的精度,可更好地观察作物在不同时期的生长发育情况。

3.2 农作物病虫害监测

利用遥感技术,能够实时监测甘蔗、小麦、水稻和玉米等作物大规模农田中的病虫害发生状况,以深入了解病虫害的发展趋势,降低病虫害导致的经济损失。

3.3 作物产量评估

使用卫星传感器收集的传感数据,经过地面操作中心的处理后,可为大规模农作物长势研究提供数据参考,实现对农作物产量指标的估算。植物光合作用主要依赖其叶片,其绿叶面积越大,光合作用越强,产量可能会更高,可应用卫星遥感技术观察植物反射的光谱特征来揭示这一生物学信息。当农作物叶片受到病虫害或干旱的影响,导致水分流失并使叶绿素数量下降时,其光合作用效率也会随之降低;同理,农作物在不同的生长和发育阶段,其叶片的叶绿素含量和内部结构不同,所产生的遥感光谱特性也各异。因此,气象卫星可通过捕捉作物的生长情况,推算出该农作物的收成。安秦等[11]基于遥感数据,使用光能利用率模型对德惠市玉米种植进行了估产研究,估算实验区的总初级生产力(GPP),并根据GPP与农作物产量之间的直接关系,得到农作物产量。

4 卫星遥感技术在生态环境监测中的应用

4.1 大气环境监测

随着对空气质量的需求与关注度不断提升,各地正积极寻求有效的解决方案。应用遥感技术可实时监测大气中的温室气体、大气颗粒物浓度及臭氧层指数等参数,从而推断大气污染水平。这种方法既能节约人力和物力资源,又能准确评估各地区的空气良好状态。

4.2 水体污染监测

常规监测方法对水体污染进行监测的费用较为昂贵且操作困难。卫星遥感技术通过多光谱频道,能对水体进行多方位监测,主要监测指标有水体悬浮物、温度、色度以及可溶性有机物等,从而对水量和水质作出优劣评价,为水体污染的监测和治理工作提供科学依据。

4.3 固体废弃物监测

固体废弃物主要包括建筑废弃物和居民生活垃圾等,利用卫星遥感技术对获得的高分辨率图像特征进行解译处理,能够更详细地识别固体废弃物总量并进行面积计算,以直观展示城乡固体废弃物的分布情况、数量和种类。
综上,本文对卫星遥感产品的基础应用现状进行分析,探究卫星遥感技术在现代气象服务中的应用,包括气象灾害监测、农业生产服务监测、生态环境监测3个方面。卫星遥感技术能较好地服务于现代气象行业,基层气象站利用卫星遥感资料,可在气象灾害监测、农业生产监测、大气环境监测等多个方面提高气象服务质量。此外,农业气象服务在基层气象部门的职责中占有重要地位,充分运用卫星遥感信息,对农业状况、农作物病虫害进行监测,预估农作物产量,可为当地农业生产提供更具针对性的气象预报服务。
1
屈文旭. 利用卫星遥感技术进行气象灾害监测的研究[J]. 现代经济信息2018(16):378.

2
常江. 遥感技术在农业灾害监测中的应用分析[J]. 现代农业科技2017(3):218-219.

3
薛红扬. 卫星遥感技术在气象为农服务中的应用[J]. 新农业2021(16):79.

4
韩燕,崔玉民. 浅谈遥感技术在环境监测中的应用[J]. 阜阳师范学院学报(自然科学版)200724(1):42-45,59.

5
贾德伟,周磊,黄灿辉,等. 基于可见光和红外遥感的农业干旱监测方法研究进展[J]. 科技创新与应用20166(32):13-15.

6
金静,党建武,王阳萍,等. 面向对象的高分辨率遥感影像道路提取算法[J]. 兰州交通大学学报201736(1):57-61.

7
付迎春,速云中,钟小君. 基于MODIS遥感影像的森林火灾火点检测方法[J]. 华南师范大学学报(自然科学版)200840(3):112-118.

8
李建辉,栾青,马雅丽. 基于卫星遥感的森林火险等级预警研究[J]. 林业资源管理2012(1):91-94,119.

9
付元元. 基于遥感数据的作物长势参数反演及作物管理分区研究[D]. 杭州:浙江大学,2015.

10
廖钦洪. 作物长势参数的垂直分布反演及遥感监测研究[D]. 杭州:浙江大学,2014.

11
安秦,陈圣波. 基于光能利用率模型的玉米遥感估产研究[J]. 地理空间信息201917(4):71-74.

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