佳木斯小麥生長的氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測

張 曄，翟 墨

(佳木斯氣象衛(wèi)星地面站，黑龍江 佳木斯 154007)

1 引言

2002年，利用氣象衛(wèi)星進行監(jiān)測農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)運行系統(tǒng)投入使用后，通過不斷的學習和實踐，逐步形成了農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測的技術(shù)方法和體系，此系統(tǒng)設(shè)計合理，技術(shù)路線可行，時效性和實用性強，普及度和精確率較高，符合中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的實際情況，對于及時準確掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況、科學指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、合理應(yīng)對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)及糧食生產(chǎn)安全預(yù)警和氣象災(zāi)害監(jiān)測等方面均有著十分重要的意義。2007年佳木斯氣象衛(wèi)星地面站工程“風云三號（FY-3）氣象衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)”一期工程的建成，大大提高了氣象部門氣象衛(wèi)星資料應(yīng)用水平和遙感監(jiān)測能力以及為地方經(jīng)濟服務(wù)的能力，其接收的氣象衛(wèi)星資料，對于該市進行林火監(jiān)測、水體（洪澇）監(jiān)測、干旱監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)作物長勢等監(jiān)測估產(chǎn)等起到了積極推進作用。本文以佳木斯冬小麥為例，分析運用氣象衛(wèi)星資料和地面觀測資料對其生長過程進行了遙感監(jiān)測。

2 佳木斯市自然生態(tài)環(huán)境

佳木斯市位于黑龍江省東北部，地處黑龍江、烏蘇里江和松花江匯流的三江平原腹地，南為低山丘陵，北為沖積平原，土壤肥沃，屬寒溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3℃左右，全年有7個月（4-10月）月平均氣溫在0℃以上，3月上旬冰雪融化，3月下旬土壤開始解凍，7月份以前氣溫逐月升高，7月份以后氣溫逐月下降，11月初開始結(jié)冰，11月中旬大地封凍；年平均降水量為510mm，無霜期130 d。佳木斯良好的自然環(huán)境和豐富的資源適合各種農(nóng)作物生長，區(qū)域內(nèi)盛產(chǎn)大豆、小麥、水稻、玉米，是黑龍江省重要的商品糧生產(chǎn)基地之一，其中冬小麥是近幾年引進培育的優(yōu)質(zhì)越冬小麥品種，其產(chǎn)量和質(zhì)量等各項指標優(yōu)于春小麥，已在境內(nèi)廣泛種植。

3 資料與方法

3.1 氣象衛(wèi)星資料

佳木斯冬小麥播種出苗后，選擇符合條件的冬小麥種植區(qū)域進行衛(wèi)星監(jiān)測，應(yīng)用已開發(fā)軟件對獲得的衛(wèi)星資料中相關(guān)數(shù)據(jù)完成處理及加工，形成等位網(wǎng)格點資料。由于冬小麥植被指數(shù)受土壤背景影響很小，當15%植被覆蓋度＜80%時，土壤背景與冬小麥生長覆蓋度增大幾乎沒有關(guān)系，而且冬小麥主要生長期內(nèi)雙向輻射和大氣對其影響也可忽略不計；但植被指數(shù)變化易受小麥長勢和覆蓋度的影響，因此采用植被指數(shù)作為冬小麥生長狀況的定量標準，通過遙感植被指數(shù)提取以冬小麥為主要對象的綠色植被信息，運用AVHRR第一通道和第二通道的光譜信息經(jīng)簡單線性組合后構(gòu)成歸一化差值植被指數(shù)和比值植被指數(shù)。

3.1.1 地理信息識別

氣象衛(wèi)星資料處理后由熱紅外通道形成的彩色圖像上，藍黑色的代表水體，綠色代表植被，紅色為溫度較高的地表，形成的圖像接近于真彩色，因此主要用于宏觀地理識別。

3.1.2 植被指數(shù)偽彩色圖像

冬小麥生長期內(nèi)，麥區(qū)的植被指數(shù)變化值為0.05～0.8，云區(qū)及水域區(qū)出現(xiàn)的是負值。制圖過程中將植被指數(shù)擴大10 000倍，結(jié)合地面實際情況來分析解譯，土壤信息值在0～250，土壤與綠色植被的混合信息值為250～500,500以上即為綠色植被信息值。在衛(wèi)星資料偽彩色圖像里，黑色代表負值區(qū)，棕黃色為0～250值區(qū)，白色為250～500值區(qū)，500以上為綠色及其他色彩，這種色彩識別法主要用于植被信息的提取。

3.1.3 系統(tǒng)集成

把所有環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)集成，加工成定量數(shù)據(jù)。即將植被指數(shù)以縣為單位計算出植被指數(shù)縣平均值、合計值及所占的比例等，用于定量分析和組建模型。

3.2 地面觀測資料

地面實際觀測到的資料對于衡量農(nóng)作物遙感監(jiān)測和估產(chǎn)數(shù)值的真實性和精確度有重大意義，在建立遙感解譯標志、估產(chǎn)模型創(chuàng)建及預(yù)報的準確與否等方面起著關(guān)鍵的作用。要保證地面觀測資料的真實度，必須選擇合理準確、有代表性的地面觀測點，盡可能的抽選較多的樣點，定時、定點、定量的進行觀測記錄，這樣得出的數(shù)據(jù)才越接近實際情況，具有普遍性和代表性。通過樣點記錄觀測資料和農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，將地面觀測的實況資料統(tǒng)計加工，及時通過氣象專用通道或農(nóng)業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計部門上報到監(jiān)測和估產(chǎn)部門。

4 佳木斯冬小麥生長的宏觀動態(tài)監(jiān)測

冬小麥長勢分析主要是對其各長勢階段進行全面的觀測過程，采用專用氣象衛(wèi)星對冬小麥的各時段生長發(fā)育變化進行宏觀動態(tài)監(jiān)測。佳木斯種植的冬小麥，屬于強冬性小麥，每年9月10日左右播種，主要生長期在11月，來年3月返青，7月20日前后收割；由于佳木斯市冬季受來自高緯內(nèi)陸偏北風的影響，盛行極地大陸氣團，寒冷干燥，在冬小麥生長期11月，只有冬油菜與冬小麥同期生長，其余作物通常都是在4月下旬以后開始播種。因此，11月至來年4月，佳木斯主要植被為冬小麥，由氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測獲得的資料主要是冬小麥信息。

4.1 冬小麥發(fā)育期的監(jiān)測

及時、全面的監(jiān)測冬小麥發(fā)育期的變化情況是對其進行生長分析的重要途徑之一，通過對生長期的監(jiān)測可以全面的了解冬小麥的發(fā)育速度和進程。依據(jù)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計，冬小麥生長期獲得的資料均是由選取的有代表性的固定樣點定時觀測得來的，在時效和準確率上難以達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理對農(nóng)情監(jiān)測信息精確率的需求。采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測，主要是利用氣象衛(wèi)星的NDVI數(shù)據(jù)，每隔10～15 d監(jiān)測一次長勢變化情況，由獲得的衛(wèi)星圖像可以獲取定量化植被指數(shù)，實現(xiàn)冬小麥種植區(qū)空間分布的準確定位，從宏觀的角度上進行全面監(jiān)測冬小麥的整個生長發(fā)育過程，并提供出冬小麥發(fā)育期變化的直觀信息，同時也可得到冬小麥發(fā)育期地理界限劃分的宏觀依據(jù)，彌補了以往傳統(tǒng)監(jiān)測手段的局限性和許多不足之處。

4.2 冬小麥長勢監(jiān)測

冬小麥各個發(fā)育階段的生長情況決定著來年產(chǎn)量的高低，一般情況下，壯苗安全越冬和來年成穗由冬小麥冬前分蘗期的長勢決定，返青至拔節(jié)期的長勢影響著冬小麥群體穗鼓和穗粒數(shù)，抽穗期是冬小麥生長關(guān)鍵階段，總之，冬小麥的每一個發(fā)育生長階段都在決定著子粒的產(chǎn)量。由衛(wèi)星圖像進行分析解譯，可及時獲得冬小麥生長變化規(guī)律。

5 小結(jié)

佳木斯氣象衛(wèi)星地面站的建立和發(fā)展，加強了對冬小麥等農(nóng)作物生長發(fā)育期的全程掌控，為農(nóng)業(yè)各部門制定農(nóng)業(yè)管理措施和方法提供了科學依據(jù)。遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，彌補了依靠地面定點觀測獲得作物生長狀況的缺陷，其具有的宏觀性、時效性、綜合性和動態(tài)性使農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)逐漸走向精確，滿足信息社會農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理對農(nóng)情監(jiān)測信息的需求。