河北海岸帶及其近海資源環境監測的遙感技術應用

韓維濤，劉秀軍，霍磊，郭士永

（河北省制圖院，河北石家莊，050000）

引言

隨著高性能傳感性研制開發水平的提高，以及環境資源遙感對高精度遙感數據的要求，遙感技術在環境監測中的作用越來越重要，為及時獲取海洋災害發生及其影響的監測信息，并為當地政府和有關部門提供決策服務，根據渤海灣海洋災害發生的特點，從海洋災害的遙感監側技術方法研究入手，介紹了河北省海洋災害遙感動態監側系統的功能。

1 海洋災害遙感監測技術

1.1 風暴潮災監測

風暴潮是強烈的大氣擾箭在近岸水域引起的海面異常升降現象，其主要致災因子是風暴增水。河北省沿海地區受地理位置和地形因素的影響，在氣象因素和天文潮因素的共同作用下，容易引發風暴潮。利用衛星遙感監測風暴潮災和海水人侵海洋災害，主要是對其發生后的災情狀況等進行監測。NOAA和EOS極軌衛星的AVHRR和MODIS輻射計的第一、二通道可以探測地面及云層表面對太陽輻射的反射信息。災害發生時期，往往是農作物生長季節，地面被大片的農作物覆蓋。此時，從氣象衛星宏觀角度看，主要可識別的物體包括植被、水體、云系等，而它們在第一、二通道波長范圍的反射光譜特性有著較大的差異川，因此可以達到災情監測的目的。

1.2 赤潮監測

赤潮是海洋環境質量惡化的一種表現，它的發生涉及海區的生物、水文、氣象、化學和人為影響等多種因素，其中海區污染造成的富營養化和某些微量元素的存在被認為是誘發赤潮的主要原因。河北省沿海海域的赤潮多發生在每年的5一10月；赤潮生物主要為夜光藻、微型原甲藻、叉角藻，作為赤潮監測的有效手段之一，衛星遙感監測得到越來越多的應用，并在日常監測工作中發揮了不可替代的作用。赤潮生物的發展和運動可通過來自多個方面的數據進行監測，衛星圖像提供了有關赤潮特征的大尺度信息。海洋水色、海表面溫度和葉綠素A三個方面是目前用于赤潮遙感監測的主要內容，在實際工作中，我們主要應用的赤潮遙感監測方法有單通道闌值法、比值法、多通道判識法、水溫水色合成方法。為掌握和了解赤潮災害的第一手資料，目前采用了衛星、飛機和現場船舶等多種手段，對赤潮的分布形態、發生范圍、生物種類、貝類和海洋水文、海洋化學等多種要素進行監測。

1.3 海冰監測

渤海海冰有著明顯的季節特征，特別是在海冰形成的初期和消失的末期，加之受強烈天氣變化的影響，其狀態變化和變化速率更大。通過衛星遙感資料分析冰蓋范圍、覆蓋面積、搜蓋度和海冰厚度等在一定意義上價值很大。利用冰與水明顯的光譜特征差異，可以很好地分析冰蓋范圍、面積。冰厚是海冰的主要參數之一，其反演是世界性難題。采用統計建模法，通過海上試驗與衛星同步時刻的冰厚，建立可見光雙通道反照率、紅外通道亮溫與冰厚的關系模型。目前我們采用的是國家海洋環境預報中心通過在渤海冰面上獲取的20個冰厚采樣點數據建立的線性相關模型。

1.4 海域污染

從污染水體的波譜特性測量人手，采用衛星、地面、水體同步監測的方法，通過大量的實驗數據分析得到如下結論：

（1）水體污染與地面和衛星反射光譜具有明顯的相關性。

（2）以工業污染和生活污水為主的污染物和懸浮泥沙均對水體反射光譜產生顯著影響，表現最明顯的是可見光波段。

（3）污染物質含量、污染水體的污染性質和污染程度均與遙感波譜數據存在一定的相關性。海洋水色遙感本質上是可見光遙感，是利用可見致擠寸水體顏色變化敏感為基礎的。根據渤海灣水色的變化來反映海洋污染情況，選取連續9a的NOAA極軌氣象衛星資料，在衛星資料的選取上，盡量突出污染信息，避開其它信息。通過時相選取、通道提取、多通道合成等技術制作了近百張渤海灣水色監測圖像，從宏觀上對該海域近年來的春季污染狀況給出了客觀的分析，得出了一些初步的結論，即由于夏季人汛后，降水量增多，許多河流攜帶大量泥沙流人渤海，造成海水混濁，從而掩蓋了由于污染造成的海水混濁狀況。所以，遙感數據選擇了春季，并且衛星過境仰角在600以上的時次。時相上選擇14時左右過境時的遙感資料，此時太陽輻射較強，有利于信息提取，均做了渤海灣水域的影像處理。

2 遙感技術在環境監測中的應用

2.1 在海洋環境中的應用

在地球表面積中，海洋面積占據 70%，在全球環境組成部分中，也是非常重要的關注內容。現階段，雖然陸地表面問題備受關注，但是在全球環境風險評估工作中，海洋作用是毋庸置疑的。海洋的陸地環境和大氣的物理化學和生物學影響，是不可忽視的，從全球范圍來講，海洋起到一個很好的緩沖作用，能夠對大自然的自然溫度變化，起到很好的緩和作用，進而緩解極端氣候變化。從區域尺度方面來說，沿海區域海洋是洪水泛濫的潛在因素，對當地氣候有著非常重要的影響，應當不斷加強通過衛星遙感技術，來對航海環境風險進行檢測。

目前，太空對海洋的觀測，主要針對的是表面溫度、粗糙度、坡度以及海水顏色，通過對海洋表面溫度的遙感監測數據，能夠對全球海洋的變化進行觀測，通過對海洋表面溫度及高度的繪制工作，能夠實現對海洋近況及海面風力程度的了解，將大氣尺度和海洋尺度之間的關系予以建立。能夠提供天氣數據，有利于對海洋從數小時到連續數周重復探測功能的實現，能夠對大面積時間同步觀測，探測范圍較廣，對于普通探測較難達到的區域數據，通過遙感就能實現。但是海洋特殊性比較突出，加上遙感探測技術的局限性，遙感觀測數據會存在一定誤差，遙感數據的取得，應當以具體測量技術數據的校準和修正工作為基礎。

2.2 在大氣環境中的應用

氣溶膠屬于比較穩定的懸浮體系，主要是有液體或固體微粒，平均分散在氣體中而形成的。關于氣溶膠粒子的來源方面，是一個比較復雜問題，其來源比較廣泛并且紛繁復雜，可以是通過地球表面巖石和土壤風化作用，也可以通過風浪作用，使海水泡沫進行飛濺，進而在海洋表面形成海鹽粒子、孢子、植物花粉，關于液態或固體粒子的產生方面，主要是通過人類燃燒活動和自然火災，或者是通過工廠排放的氣體或發生的化學反應而產生等。通過激光雷達遙感技術的應用，為更高時間和空間分辨率，對地球大氣參數變化和特性的研究工作，提供了更大的可能性，伴隨著研究工作的深入開展，不同類型的地面基礎雷達系統，能夠實現對地球大氣層的持續探入，將激光雷達和其他遙感技術結合起來，能夠對臭氧和顆粒物質的特性進行測量，這些特性包括許多方面，比如日變化、光學深度、空間分布、空間分層等。在對區域和全球尺度上地球大氣層中氣溶膠垂直可變性觀測方面，已經或即將被運用空運和空間的激光雷達系統。

3 結束語

（1）綜合利用多種衛星遙感資料可以實現對海洋災害的遙感監測,海洋災害衛星遙感監測系統的應用對于防災減災具有重要的意義。

（2）應用的赤潮遙感監測方法有單通道閉值法、比值法、多通道判識法、水溫水色合成方法。現有的赤潮遙感技術均不具備發現赤潮、識別赤潮種類的能力,只適用于監測赤潮的分布范圍。

[1]黃小賢, 楊偉光.探究遙感技術在環境監測中的應用[J].中國戰略新興產業, 2017, (08): 1.

[2]林昌虎, 馮江.遙感技術在生態環境監測中的應用[J].農業開發與裝備,2016, (05): 5.

[3]林紹霞.遙感技術在水環境和大氣環境監測中的應用研究進展[J].貴州農業科學, 2013, (01): 11.

[4]康樹靜.遙感技術及其在環境監測方面的應用[J].化工設計通訊, 2017,43(2): 154-155.

[5]李清泉, 盧藝, 胡水波, 等.海岸帶地理環境遙感監測綜述[J].遙感學報, 2016, 20(5): 1216-1229.