遥感在全球变化中的应用.docx

1、遥感在全球变化中的应用遥感在全球变更中的应用之答禄夫天创作杨红妍（华东师范大学资源与环境科学学院地理系，上海 200062）摘 要：快速、多波段、周期性、大面积覆盖等观测能力的空间遥感技术，是全球环境变更研究中不成替代的重要手段。随着遥感技术在国际上的蓬勃发展，遥感技术在我国全球环境变更研究中也开始得到了广泛的应用。简述了遥感技术在我国土地利用覆盖、大气、湿地、海洋调查与灾害监测方面的应用情况以及所取得的成果。这些研究为遥感技术在全球环境变更研究中的深入应用奠定了基础。关键词：遥感、全球变更、土地利用、大气、湿地、海洋、灾害0 引言当前，人类面临着人口膨胀、资源匮乏和环境恶化三大危机，而其中环

2、境恶化制约着人类的生存和资源的可持续利用，影响全球环境的温室效应、臭氧层破坏、森林锐减、物种灭绝、土地退化和淡水资源短缺等一系列重大问题困扰着人类社会。面对全球环境日益恶化的严峻现实，科学家必须在研究全球变更现状的基础上，预测未来环境变更趋势，从而为政府决策提供科学依据。环境恶化的全球性和全球变更对世界经济发展的重要性，日益引起世界各国科学家和政府首脑对全球变更研究的关注，纷纷呼吁要采纳全球性的合作。目前，国际上公认的全球变更研究的四个国际科学计划-即WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS正是国际科学界努力的结果，四个计划的实施极大地推动了全球变更研究。全球环境数据的获取是全球变更

3、研究中的第一优先,而遥感技术以其宏观快速能提供全球和区域地表的面上信息等优势,势必在全球环境数据的获取中起着重要的、不成或缺的作用。随着遥感技术的日益完善-遥感技术已渗入到全球变更研究的众多领域。从辅助手段到主要手段，乃至于某些专题研究中的唯一手段，遥感技术在全球变更研究中发挥着越来越重要的作用。1 全球变更和遥感技术概要全球变更是指气候和地表即地表以上各种因子间的相互作用造成的环境变更。它涉及到岩石圈、大气圈、水圈和生物圈。全球变更是当今地球科学研究的热点和难题,已引起世界各国政府的高度重视和大力支持。当前,已有一大批分歧学科领域的科学家(水文、生态、大气、气候、遥感等)投身于全球变更或与之

4、相关的研究。全球变更已成为地球系统科学一个新的研究领域。由于受到人类活动和自然过程的作用，目前全球变更研究中已经出现土地利用/覆盖变更、碳循环、湿地以及大气监测等热点研究问题。具有全球观测能力的遥感技术是全球变更研究中重要的、无可替代的技术手段。利用遥感既是获取全球变更信息，时间周期很短。天空中运行的气象卫星，可以一天两次监测同一地区，发过SPOT地球观测卫星，在需要时可以35天的间隔观察同一地区，美国发射的地球观测卫星，以1618天的时间间隔观察同样的地区。2 遥感技术在全球变更热点问题研究中的应用全球变更研究涉及的学科和领域众多，所需的数据量巨大，种类也繁多。下面是遥感技术所_作者简介：杨

5、红妍，女，1982-，在读硕士（51110801062）。地理系地理信息系统专业。E-mail：yuwan119能提供的数据种类：大气的垂直温度剖面；降水量及频度；大气与同温层臭氧含量；云覆盖率；海面温度；雪线；海冰线及海冰厚度；植被指数；反射率；风暴位置；太阳能入射量；太阳能通量及光谱；地球辐射量；海洋叶绿体含量；痕量气体；海洋概况风；浪高及方向；洋流；同温层及中间层的化学构成；大地热容量B地面温度；同温层与上层对流层的化学构成；地面风速及方向；同温层微粒与臭氧；土地利用状况；海洋泥沙含量；浅海地形；陆地冰的范围与厚度；土壤类型及变更；火山迸发与火山灰分布；土壤湿度及变更；海岸滩涂及变更；大

6、地径流量；森林及草场火灾；积雪范围与厚度。从这些数据可以看出，遥感技术已渗入到全球变更研究的很多领域.随着遥感技术的发展，遥感数据的种类会更多，而且提供数据的质量将会有大的改观，从而可满足全球变更研究众多领域研究的数据需求。下面仅从全球变更研究的几个热点问题中的遥感技术应用论述遥感技术在全球变更研究中的应用潜力及进展情况!2.1遥感在土地利用 /覆盖变更监测中的应用由于地球概况，尤其是土地利用土地覆盖状况处于频繁的动态变更中，前期的研究成果往往很快就发生了变更，所获得的数据变得陈旧，因而及时了解其变更就显得尤为重要。利用遥感技术进行土地利用土地覆盖变更的动态监测关键在于多时相遥感数据的选择、分

7、歧时相数据的空间及光谱的匹配、变更检测方法的选择以及变更信息的提取与制图等。遥感对土地利用变更的监测，过去大量的还是运用目视分析对比分歧时相土地利用图的差别，或用新的遥感分类图与旧的土地利用专题图比较以求得变更区域和变更量，其效率与精度往往不克不及满足用户的要求。即使是对分歧时相遥感图象先分类后再逐个象元的对比、检测变更信息，也因各自分类尺度纷歧，精度、可信度难以满足实用需求。随着GIS的发展，人们借助于GIS的支持，进行专题信息的叠合分析，可直接检测变更图斑，进行动态分析，输出动态变更图和统计数据，满足用户的分歧需求。但是以往由于GIS与遥感之间的接口其实不疏通，人们往往不克不及不经过一个遥

8、感专题制图的过程，再将分歧时相的土地利用图数字化或扫描输入GIS进行分析。这样一来原本快捷的动态监测过程却要受到专题图制作周期的影响，难以实现快速监测的目的。随着RSGIS的有效整合，这一矛盾将逐步得以解决。另外，直接从动态遥感信息中提取变更因子，实现快速动态监测。如，分歧时相遥感复合数据的分类提取、分歧时相数据的植被指数变更图、分歧时相复合数据的主成分分量合成图等，均可以取得较好的效果。下图一：土地利用/土地覆盖变更信息提取技术路线图下图二：土地利用变更监测图图一：土地利用/土地覆盖变更信息提取技术路线图Flg.1(Land use /land cover change informatio

9、n extraction technology roadmap）Flg.1（图二：土地利用变更监测图Flg.2（land use change monitoring plans）土地利用/土地覆盖变更信息提取技术路线 2.2遥感在大气监测中应用臭氧(O3)、CO2、甲烷(CH4)等大气痕量气体在全球变更中起着不成忽视的作用。搭载在Nimbus-卫星上的臭氧总量制图光谱仪(TOMS)自1978年开始对大气中臭氧进行卫星观测，积累了长期的O3卫星观测数据。Varotsos等利用19791992年13年的Nimbus-7TOMS遥感数据分析到希腊上空的臭氧衰减，衰减率为每年0.8%；Crackell

10、等也利用TOMS数据研究了苏格兰上空的臭氧衰减情况。利用ERS-2上搭载的全球臭氧监测实验装置(GOMZ和大气制图学/化学扫描成像吸收光谱仪SCIAMACHY)可对CO和O3体积浓度进行全球制图日本于1996年发射的ADEDS- 卫星上搭载有温室气体干涉监测仪，可提供全球大气中的CO2、N2O、CH4和CFCs，等温室气体的遥感监测数据。地球观测卫星是利用遥感技术进行大气环境观测的。应用于大气环境监测的电磁波谱主要是近紫外线到红外线范围(0.425)，以及微波范围(10200GHZ)。用于大气监测的遥感技术种类较多，一般有相关光谱技术、激光雷达技术及热红外扫描技术等。遥感技术在大气监测方面，主

11、要用于CO、CO2、SO2、O3等化学污染物的浓度测定以及确定烟羽的扩散所及范围和它的不透明度等。大气领域的遥感可分为利用卫星的大范围的遥感(RS)和通过激光雷达进行的地基的遥感。20世纪70年代的雨云卫星系列第一次获得了温度、2、4、在全球大气中的分布信息。搭载于雨云7号上的TOMS在发现臭氧洞方面做出了很大贡献，取得了与平流层中臭氧层破坏的有关主要信息。2.3遥感在湿地研究中的应用湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体，湿地与森林、农田一起并列为全球三大生态系统。湿地因具有巨大的水文和元素循环功能，被称为“地球之肾”，因具有巨大的食物网、支持多样性的生物而被看作“生物超市”，是自然界最具生

12、产力的生态系统和人类最重要的生存环境之一。湿地对碳的贮存以及发生CH4、CO2、S、N等微量气体等方面起着特别重要的作用，是全球变更研究中的一个重要的研究领域。及时、准确地掌握和研究该区湿地资源的现状和动态变更过程对湿地的合理开发和呵护有重要意义。2.4遥感在海洋及海岸带的应用中国海洋遥感，围绕大洋环流、近岸海流、海冰、海洋表层流场、港湾水质、近岸工程、围垦、悬浮沙、浅滩地形、沿海概况叶绿素浓度等海洋水文、气象、生物、物理及海水动力、海洋污染、近岸工程等领域大力开展了遥感调查和监测工作。遥感能为海洋学家提供跟踪大尺度洋流、中尺度涡流实时调查信息(包含风浪场的准确信息)；为海洋气象学的研究提供有

13、关海面上空的云图和风暴潮、台风信息；为海洋生物学的研究提供有关海洋初级生产力和海洋生物环境方面的信息；为海洋地质研究提供有关重力场、海平面、大地水准面等海面地形的测高资料；还能为海洋环境呵护提供快速大尺度监测和区分海面溢油及其它海面污染的方法与图像。近年来海岸带遥感应用远比海洋遥感应用活跃，例如海岸带和海岛遥感活跃在海岸带和海岛大地丈量与制图、海岸带和海岛土地利用、植被生态和沿海海域初级生产力、灾害监测等方面。在海岸带潮汐滩涂的测绘、量算、分类，包含滩涂红树林、海岸珊瑚礁及其生态自然呵护区的监测管理、沿海城市规划、交通、航运、城市环境污染、城市环境地质、港口码头建设和近岸工程等方面，已成为主要

14、的监测手段和信息源。所用的遥感信息源有NOAA卫星数据、Landsat MSS和TM数据、风云一号卫星数据和微波遥感数据。2.5遥感在重大自然灾害实时监测、评价与灾情预报的应用1）洪水灾害评估针对遥感信息特征和灾情分析的需求，对水体识别、云影消除、面积统计、淹没损失、灾情评估和动态监测六个方面如何综合应用NOAA、风云一号气象卫星和陆地卫星TM图像提出了一套方法，而且在微机、SUN一10工作站上建立了相应的软件和模型。在洪水行为模拟模型方面，主要针对河网化型、行洪型、溃决型和滞洪型，并分别在太湖、淮河中下游、辽河、三门峡库区进行了实际应用，取得了满意成果。2）森林火灾监测对森林进行实时、快速监

15、测的同时，提高了林火调查的准确率。研究了用人工神经网络和专家系统识别林火，识别精度有较大的提高；应用遥感手段对林火从预警到灾后生态恢复全过程进行监测；初步建立了林火行为损失评价的仿真模型，着重获取林火蔓延速度和范围以火场内各点温度的变更，将林火灾区的林火蔓延速度和温度场统一起来，进行实时林火模拟监测。3）干旱灾害监测与评价干旱灾害监测评价研究的特点是通过建立旱情监测评价的物理模型，在已建成的旱情布景数据库和信息系统支持下，将遥感图像和惯例气象数据有机地结合起来，对旱情进行大面积动态监测。根据“七五”攻关中新发现的日蒸散量的估算方程，在黄淮海平原分歧土壤质地地区进行野外实验，获得了土壤水分及其热

16、量的关系，依据能量平衡建立了土壤热量模型和土壤水分及其热惯量的关系，可直接从遥感图像上大面积估算土壤水分，减少了对地面数据的依赖。在以上基础上建立的作物缺水指数模型，可用NOAAAVHRR数字图像和气象数据大面积监测旱情，使旱情分布图及分歧旱情等级的面积和比例一目了然。4）雪灾损失评估通过攻关建立了牧区雪灾多因子组合分级指标体系，并据此剥用气象卫星遥感数据结合牧区草场长势、畜群结构和其它晦气气象条件等，在GIS支持下，提出牧区雪灾判别、雪灾发展趋势预测和雪灾损失评估模型，突破了以往仅仅依据l、2个晦气气象因素确定成灾与否，划分灾情等级以及根据历史经验估算雪灾损失的传统做法，提高了牧区雪灾防治和

17、减灾对策研究水平。5）地震灾害通过编制“中国未来50年地震灾害损失区划图”的工作，研究了利用概率进行地震灾害预测，建立了地震灾害的期望损失式和一套各类建筑物易损性矩阵。突破了以往地震灾害长期预测没有准确时间尺度、经济损失和人员伤亡指标的传统做法，对中国今后几十年内经济建设的战略安排和抗震设防均具有重要的参考价值。6）沙漠化监测利用航天遥感和航空遥感资料完成了l：400万中国土地沙漠化图件的编制，初步研制和建立了沙漠化灾害遥感监测评绘模型库，内容主要包含沙漠化灾害分类的数理统计模型、沙漠化灾害发展趋势的灰色预测模型、沙漠化灾害评价的系统动力学模型等，这些模型激进行了初步的模拟与应用。3 小结随着

18、遥感获取技术的不竭发展，时间、空间、光谱分辨率的逐步提高，大量的遥感数据可以用来实时快速的监测全球环境变更。遥感数据的应用，防止了传统方法以点代面的局限性，使得监测结果更为准确、手段更为实用，为合理评估全球环境变更提供科学依据；通过数据同化/数据-模型融合技术将惯例观测数据和遥感数据同化到过程模型，加强遥感数据的使用，对模型参数进行优化，使模型估算精度提高，降低模型的不确定性，推动地学多学科研究发展；利用多尺度遥感数据，整合全球或区域尺度模型，促进地球系统科学发展；获取全球环境变更的第一手资料，揭示其时空变更特征，可以为中国介入联合国气候变更框架公约（UNFCCC）的外交谈判提供需要的知识、技

19、术和数据贮备；全球变更遥感的研究，可以为中国的数字信息工程建设提供理论与方法基础。4 展望遥感在我国资源与环境变更动态监测调查方面发挥着越来越重要的作甩。我国地处东亚季风气候区，自然环境和生态结构的各种类型比较齐全，我国资源与生态环境的变更在一定程度上代表着整个东亚季风及其控制区域环境与生态的变更。我们正以遥感作为主要监测手段，建立长时间序列的资源与环境数据库和信息系统，并将对全球变更研究以及全球变更的各国家或各大区域模式、模型研究做出我们的贡献。感谢：全球变更是一种新的地球观，它以地球系统的概念为基础，从整体上研究地球系统在各个时间尺度上随时间的变更，揭示地球各子系统之间的相互作用规律。首先

20、，我要感谢本门课程的授课老师戴雪荣老师，他的灵活式、自由式、讨论式和引导式授课风格使我受益匪浅，最重要的是我从这门课程学到了如何用整体的、联系的和辩证的方法去思考科研中遇到的问题。还有，我要感谢我的同学们，感谢他们帮忙我开阔眼界与思维。 最后，对文章中所提及的研究人员一致暗示感谢。参考文献：1冯筠，高蜂，孙成权遥感技术在全球变更研究中的应用J。遥感按术与应用，2001，16(4)：2372412王长耀，布和敖斯尔，狄小春遥感技术在全球环境变更研究中的作用J地理科学进展，1998，13(3)：2782833高彦春，牛铮，王长耀遥感技术与其全球变更的研究J地球信息科学，2000(2)：42464

21、陈述彭。遥感应用。地学探索（第三卷）M。北京：科学出版社，1990：67815王长耀黄淮海平原水域动态演变遥感分析C中溪童地到用土地覆盖研究论文集北京：科学出版社，1996：192l。6刘纪远中国国家资源环境遥感信息服务体系C中外空间太空科学讨论会论文集北宋：中国科学技术出版社，1996：1271337徐冠华三北防护林地区再生资源遥感的理论及其技术应用M北京：中国林业出版社，1994：1998林敏基海洋与海岸带遥感应用M北京：海洋出版社，1991：29842l。Application of Remote Sensing Technology to Global Environment Chan

22、geYangHongyan(Department of Geography, College of Resources and Environmental Sciences, East China Normal University)Abstract：Global environment change is the top research of earth scienceRemote sensing technology，which has quick，multiband，cyclic and large-area observation capabilities，is the irWord

23、Strable method in global environment change research.This paper briefly introduces the main content on global environment change research and explains the status and role of remotesensing to global environment changeApplications of remote sensing to global environment change include land cover，forest andpasture，oceanographic survey，disaster control and so onThese researches lay the foundation for in-depth applications of remote sensing to global environment change research.Key words：global environment change；remote sensing technology；land cover；air；wetlands；marine；disaster control