興安盟高分中心高分數據應用與思考

文｜趙晶

興安盟氣象局

一、前言

內蒙古興安盟河流、森林、草原等生態資源富集，在內蒙古的生態版圖中占據“一席高地”。截至目前，興安盟6 個旗縣市中有兩個被評為國家生態文明建設示范市，兩個“綠水青山就是金山銀山”實踐創新基地，也是內蒙古自治區“兩區兩帶”農業戰略格局中大興安嶺沿麓農業產業帶的重要組成部分。

按照“國家重要的農牧產品生產基地、國際知名旅游目的地、國家北方重要生態安全屏障區”的總體定位要求，圍繞“五區共建”總體發展戰略，2020 年7 月，興安盟氣象局黨組研究決定開展高分衛星內蒙古興安盟分中心（以下簡稱“興安盟高分中心”）建設，加強對衛星遙感資料的應用。本文從興安盟高分中心建設、典型應用與思考等角度，介紹興安盟高分中心高分數據應用與思考。

二、興安盟高分中心建設

2020 年7 月，興安盟氣象局向高分辨率對地觀測系統內蒙古數據與應用中心申請設立高分衛星內蒙古興安盟分中心。2020 年8—9 月，明確了興安盟高分中心發展定位、發展目標和發展思路，編制了《高分衛星內蒙古興安盟分中心建設方案》。2020 年10 月，獲得內蒙古自治區高分中心機構批復，興安盟高分中心明確機構在數據管理、應用推廣、空間信息服務、規劃培訓等職能。興安盟高分中心直屬于興安盟氣象局管理，主要負責全盟生態、遙感、農牧業氣象服務；承擔陸地衛星遙感資料收集、高分辨率衛星資料的應用，衛星遙感監測產品制作和服務；GIS 技術的應用；承擔全盟重大農牧業氣象災害監測評估等工作。

目前，興安盟高分中心依托中國資源衛星應用中心、高分辨率對地觀測系統內蒙古數據與應用中心、歐洲航天局哨兵系列衛星科研數據中心、美國國家航空航天局等推送的衛星數據開展常規業務。數據包括：高分一號（WFV/PMS）、高分二號、高分六號（WFV/PMS）、哨兵二號、MODIS、Landsat等衛星數據。

自成立以來，興安盟高分中心一直致力于在創建國家生態文明示范盟、全域旅游和鄉村振興的工作中發揮積極作用。首先從興安盟生態發展和業務實際需求出發，工作任務圍繞全盟生態文明建設開展，以基礎信息提取為主，后續逐步深化應用和服務。2021 年至今深入開展農作物長勢及災害評估、重點生態修復工程評估，為保險及政府部門提供遙感產品與技術支撐。與興安盟林草局、盟生態環境局、盟農牧局、盟應急保障局等單位就高分衛星遙感數據在生態環境、大氣污染防治、農作物長勢及播種面積、農業保險核查、氣象災害損失評估等方面達成合作及需求意向，不斷提升業務能力。截至2023 年3 月，共使用各類遙感影像260 余景，編制產品報告50 余期。自治區領導在高分中心的產品上批示：“應用高分衛星數據進行監測分析，精準度高，說服力強，開展此項工作很有意義，可繼續推廣應用，不斷完善。”

三、典型高分應用

1.植被生態覆蓋變化分析

興安盟高分中心以植被生態覆蓋率作為關鍵指標，通過應用高分衛星數據，監測興安盟地區植被生態環境變化趨勢。通過解譯2015 年和2020 年高分一號衛星16m 分辨率遙感影像資料，分類提取計算2015 年和2020 年興安盟草地、農田、林地面積及占比，以此反映興安盟植被生態環境變化情況，為興安盟生態文明建設、經濟社會可持續發展提供科學參考（圖1）。這說明興安盟委、行署近年來圍繞生態文明建設的一系列舉措卓有成效，結果表明：2020 年全盟植被覆蓋率較2015 年大幅提升，升幅達15.65%，其中林地覆蓋率上升4.93%，農田用地覆蓋率上升2.61%，草地覆蓋率上升8.11%，升幅最大。

圖1 興安盟植被覆蓋變化遙感監測圖

科爾沁右翼中旗沙地主要集中分布在其南部地區。通過應用哨兵二號衛星10m 分辨率數據，監測科爾沁右翼中旗南部沙地周邊2022 年9 月初植被長勢情況。結果顯示（圖2）：2022 年9 月初巴彥呼舒鎮大部、高力板鎮北部和偏西地區歸一化植被指數（NDVI）值在0.5 以上，植被長勢好，新佳木蘇木中部、代欽塔拉蘇木北部、巴彥淖爾蘇木中部部分地區、巴彥茫哈蘇木南部和好腰蘇木鎮部分地區NDVI 值在0.4 至0.5 之間，植被長勢較好，其余地區植被長勢為一般到較差。

圖2 科爾沁右翼中旗南部NDVI（2022 年9 月初）

2.玉米水稻高分遙感監測分析

通過解譯2020 年6—9 月高分一號衛星16m分辨率遙感影像資料，分類提取計算2020 年興安盟玉米、水稻種植面積及占比。分類結果顯示（圖3），全盟玉米、水稻總播種面積為8493.54km2，占農作物總播種面積的65.60%。其中玉米主要分布在扎賚特旗中東部、科右前旗大部、突泉縣大部、科右中旗西北部及中南部部分地區，總播種面積為7570.43km2，占全盟總播種面積的58.47%；水稻分布在扎賚特旗東部、科右前旗中部偏東、烏蘭浩特市周邊、突泉縣中部以及科右中旗中部部分地區，總播種面積為923.11km2，占全盟總播種面積的7.13%。

圖3 2020 年興安盟玉米和水稻分布圖

3.強對流天氣過程災害影響評估

2020 年6 月20 日午后到夜間，興安盟科右前旗中東部、烏蘭浩特市及周邊出現強對流天氣過程，造成風雹、暴雨洪澇等災害。多地出現冰雹，最大冰雹直徑4cm。分別獲取冰雹發生前后覆蓋科右前旗、烏蘭浩特市及周邊的哨兵二號衛星10m 分辨率遙感影像資料，運用近紅外及紅外波段計算受災前、受災后NDVI。根據受災前后NDVI的變化可發現（圖4），研究區域中由大石寨鎮偏北至歸流河鎮偏西呈西北走向有明顯NDVI 直線型下降條帶，表明該區域植被嚴重受損。

圖4 受災前后植被指數NDVI 對比

根據受災前后NDVI 的變化將受災程度劃分為兩級（圖5）：輕度受災和重度受災。遙感影像有力支撐了災情評估，為后續災后重建與生產生活恢復提供了重要的科技支撐。

圖5 受災等級劃分

氣象自動站監測顯示多地出現雷雨大風，極大風速達到9 級，當地農作物、牲畜、房屋等受到不同程度的損失。由于沿線上有多個風暴單體不斷經過同一區域，疊加效應明顯。根據雷達反射率強回波數據分布，降雹呈現“雹打一條線”特征，主要降雹帶位于興安盟中部，與遙感監測結果在受災分布和受災強度上基本吻合。

4.積雪覆蓋變化分析

興安盟高分中心通過應用高分衛星數據，監測科爾沁右翼前旗2021 年11—12 月積雪覆蓋面積變化。通過解譯2021 年11 月和12 月高分一號衛星16m 分辨率遙感影像資料，分別提取計算11月和12 月積雪覆蓋面積（圖6 中白色區域），以此反映科爾沁右翼前旗積雪覆蓋面積變化狀況，為科爾沁右翼前旗政府及職能部門制定相關政策提供科學參考。

圖6 科爾沁右翼前旗積雪覆蓋圖

遙感監測結果顯示2021 年11 月中旬該旗積雪覆蓋面積7441.1km2，占全旗總面積的41%；12 月下旬全旗積雪覆蓋面積14156.3km2，占全旗總面積的78%。2021 年11 月中旬該旗積雪覆蓋計算結果顯示：積雪覆蓋區域部分地區。2021 年12 月下旬全旗積雪覆蓋計算結果顯示全旗大部均有積雪覆蓋。

四、高分遙感應用思考

1.提升農業和生態保護科技水平

高分衛星數據具有獲取信息快、更新周期短、動態監測范圍大、分辨率高等特點，反映情況客觀、可靠、公平、公正，可以有效規避人為誤差，依托高分應用技術進行監測評估，已成為開展精細化農業監測，定量評估生態環境變化趨勢等工作的有效手段，為各級政府部門提供科學準確的參考依據進行決策部署。

2.對防災減災有特殊效果

在開展防災減災工作中，高分衛星可提供多光譜高空間分辨率的大面積同步觀測，這是依靠傳統地面調查無法做到的，且不受地形阻隔等限制，針對地表覆蓋的識別能力較傳統衛星有大幅度提高。在災害監測中，可以進行定量或半定量的跟蹤分析，特別是對大區域的干旱、洪澇、強對流天氣等自然災害監測具有十分重要的意義。

3.應用中存在問題

不同衛星數據源的處理結果難以比對，且遙感技術精確度與實際數據有誤差。受采樣點數量、采樣區域地形、采樣技術水平一致性、大氣云層覆蓋等諸多因素影響，遙感技術獲取的農作物種植面積與實際種植面積會存在一定偏差，無法實現百分百一致。

在進行農作物生長季監測時常常不能得到有效的數據，因而不能滿足農作物農業生產管理的農田尺度遙感監測對時間分辨率的需求；特別是陰雨天氣較多的區域，在生長季很長時間內獲取的光學影像，由于云霧遮擋，很難應用于農作物監測。

4.后續推廣想法

針對不同衛星數據源的處理結果難以比對、遙感技術精確度與實際數據存有誤差以及生長季較難獲得有效數據等問題，未來將進一步增加對采樣區域試驗地塊的建設，建立本地應用模型，將多源遙感數據處理結果統一進行標準化，增強對多源遙感數據的交叉使用。并將無人機技術融入生長季的農田監測中，減少遙感數據由于云霧影響無法獲取有效觀測數據的問題，更好地服務日常業務工作。

興安盟在落實生態文明、全域旅游、鄉村振興等重大戰略，調整產業結構、實現經濟轉型發展等方面，需要轉變觀念，注入新動能。高分應用作為新型產業不僅可以創新經濟增長點，而且可以為傳統行業提供有力支撐，提高其信息化和科學化水平，優化資源配置，提高經濟運行效率，在農業農村、生態環境、自然資源、林草、水利、住建、交通、應急管理、氣象等領域均有廣泛的應用前景。

五、結語

興安盟實施的森林、草原和濕地生態系統保護修復、退耕還林還草還濕、沙地生態系統治理、礦山生態修復治理、生物多樣性保護、河庫水體質量監測、優化旅游和農牧業產業布局、優化國土利用空間、構建城鎮綠地系統等一系列重大工程，需要環境保護、自然資源、水利、農牧業、林草、交通、氣象等行業進行科學判識和謀劃未來發展。高分衛星數據已為諸多領域提供了高效有力的數據支撐，未來興安盟高分中心將繼續堅持“創新發展、規范管理、服務全盟、生態優先”的建設思路，以“高分+”方式融入各行業進行推廣應用，對接興安盟行署“十四五”發展規劃和各專項規劃，著力打造具有地方特色、對本地經濟社會發展具有重要支撐作用的高分衛星數據應用中心，提升政府治理體系和治理能力現代化水平，實現共贏發展的目標。