PDF《2014 - 2015 年夏秋收期间全国秸秆焚烧 遥感监测结果对比分析》

2015 年夏秋季秸秆焚烧结果,对比分析了我国近两年 夏秋收季节的秸秆焚烧分布情况以及发展趋势.

2 监测数据与原理方法 2.

1 监测数据 本文进行秸秆焚烧监测的卫星数据来自美国地球观

2016 年第

6 期 环境与可持续发展 ENVIRONMENT AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT No. 6,2016 测系统计划( EOS) Terra 和Aqua 携带的中分辨率成像光 谱仪( MODIS) .MODIS 探测器扫描宽度 2330km,仪器 视场±55,具有

36 个光谱通道,分布在 0. 4~14μm 的电 磁波谱范围内,覆盖了紫外、可见、近红外、红外等通 道,为反演气溶胶和地表特征提供了丰富的信息.可见 光通道 1( 660nm) 和通道

2 ( 860nm) 具有 250m 星下点的 分辨率,可见和近红外的通道

3 ~

7 具有 500m 的分辨 率,另外

8 ~

36 通道分辨率为 1000m.作为 图谱合 一 的中分辨率成像光谱仪,MODIS 设置专门用于火 点探测和描述火点热辐射特征的两个中红外通道( 波段 范围相同,饱和亮度温度分别为 331K 和近 500K) ,不 仅保证了观测数据的辐射精度,也避免了高温火点导致 通道饱和的问题.同时,MODIS 还使用一个 2. 1μm 的 短波红外通道加强对太阳耀斑和水体边缘虚假火点的去 除.目前,用于 MODIS 的火点监测算法主要是背景对 比算法 [3 ] ,所需通道数据及主要用途如表

1 所示. 表1MODIS 火点监测算法所需通道的 谱段范围及主要用途 通道 序号 光谱范 围/μm 主要用途

1 0. 62~0.

67 太阳耀 斑、水体边缘影响去除, 云检测

2 0.

84 ~ 0.

88 高反射地表、太阳耀斑、水体边 缘影响去除,云检测

7 2.

10 ~ 2.

16 太阳耀斑、水体边缘影响去除

21 3.

93 ~ 3.

99 ( 高响应范围) 火点探测与火点特 性反演

22 3.

93 ~ 3.

99 ( 低响应范围) 火点探测与火点特 性反演

31 10.

75 ~ 11.

25 火点探测,云检测

32 11.

75 ~ 12.

25 云检测 2.

2 监测原理与方法 秸秆热异常火点遥感监测的基本原理源于维恩位移 定律 [ 4] .维恩位移定律是描述黑体电磁辐射能流密度 的峰值波长与自身温度之间反比关系的定律,其可以表 示为: λmax = b/T 式中: λmax 为辐射的峰值波长,m;

T 为黑体的绝对 温度,K;

b= 2. 8977685* 10-3 m・K,称为维恩位移常 数.维恩位移定律说明了一个物体温度越高,其辐射谱 的波长越短.根据维恩位移定律,物体辐射峰值波长随 温度升高向短波方向移动. 常温地物热辐射能量的峰值位于长波红外波段,随 着温度升高,热辐射的峰值向波长较短的波段移动.因此,热异常火点的一个显著特征就是中红外波段的辐射 能量高于常温地物.通过遥感观测的辐射能量可以计算 物体的亮度温度,基于上述特征可设置适当的亮度温度 阈值实现火点判别.一般秸秆燃烧温度为

500 ~ 1000K, 按照维恩位移定律,其辐射能量应主要集中在 2.

8 ~ 5. 7μm,实际观测的燃烧火焰辐射峰值约分布在 4μm 附 近的中红外区域,远远高于常温物体( 300K) 在这一光 谱区域的辐射,但二者在

11 ~ 12μm 的热红外区域相差 不大 [5 ] .秸秆火点遥感探测正是利用内部含有火焰的高 温像元与背景常温像元在中红外和热红外波段辐射能量 的差异来识别地面火点.算法的核心内容是将目标像元 的温度特性与周围背景像元的平均温度特性准确地统计 出来,并进行多阈值判别,根据判别结果提取火点像 元. 秸秆焚烧卫星遥感监测处理的流程: ①根据上述原 理获取热异常火点像元;