理学防灾减灾

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,引言,我国地域辽阔，天气变化万千，洪水、飓风、龙卷风、地震等不可抗性灾难频发，此次汶川特大地震给人民的生命和财产造成巨大的伤害。近,50,年来，我国每年由地震、地质、旱涝、海洋、疫病等自然灾害造成的直接经济损失约占国民生产总值的,4%.,自然灾害已经成为影响我国经济发展和社会安全的重要因素，依靠科技进步，提高我国防灾减灾的综合能力已成为当务之急。,我国目前已建立起了较为完善、广为覆盖的气象、海洋、地震、水文、森林火灾和病虫害等地面监测和观测网，建立了气象卫星、海洋卫星、陆地卫星系列，并正在建设减灾小卫星星座系统。在气象监测预报方面，建成了较先进的由地面气象观测站、太空站、各类天气雷达及气象卫星组成的大气探测系统，建立了气象卫星资料接收处理系统、现代化的气象通信系统和中期数值预报业务系统。,此外，还发射了“资源一号”、“资源二号”卫星，广泛应用于资源勘查、防灾减灾、地质灾害监测和科学试验等领域。,一、洪涝灾害,1,、灾前背景数据库的建设与更新,2,、灾前预警,3,、灾情监测,4,、抢险救灾,5,、灾害评估,6,、与,GIS,集成提供决策支持,7,、建立灾害模型,1,、灾前背景数据库的建设与更新,1,、空间展布式社会经济数据库,2,、本底水体数据库,3,、地形数据库,4,、其它数据库包括基础地理数据库、土地利用数据库、历史汛情数据库、历史灾情数据库等，这些数据库也是进行分析的重要参考依据。,2,、灾前预警,洪灾预警利用气象卫星实时监测各流域内的气团活动、云系，跟踪降雨带的移动，及时地预报暴雨、台风等恶劣天气以及降水量和强降水的中心区域，对流域可能发生的洪灾进行预警，方便各部门及时采取应对措施，如水库提前开闸放水，重要堤段的加固等。,高分辨率遥感图像经过辐射校正、图像增强、几何校正、精细配准之后可用于地面的变形监测。通过高分辨率陆地卫星的同轨或异轨立体成像技术可以构建研究区域的数字地面模型（,DTM,），结合当地的降雨数据、植被覆盖信息、地质构造信息、岩性土壤信息等综合分析后能够判断出次生地质灾害的易发区，并对可能发生的地质灾害及时进行预警。,3,、灾情监测,1,、雨情监测：雨情的监测是时段降雨量的监测，其相应的结果有雨强，也有累积降雨量。,2,、水情监测：水情一般指流量和水位，根据流量过程可以计算出某一时段的洪水总量。可以将洪水期图像与本底水体图像叠合，确定显示淹没范围及河道变化；利用极轨气象卫星资料调查洪水，利用机载合成孔径雷达图像监测洪水，利用近红外遥感调查河流行洪障碍物的分布及堤防决口的位置和原因；将遥感与地理信息系统,(GIS),结合，实现对汛情的全天候、准实时的监测与查询，使防汛指挥部门可以快捷方便地看到汛情情况。,3,、工情监测,4,、,4,、抢险救灾,遥感能够在大的区域尺度上对洪灾地区进行监测，在第一时间发回大量的灾情和险情信息，如淹没的大致区域、水毁情况、群众受围困情况、重要工程（如交通动脉、大坝等）的运行情况等信息，使得指挥中心能够迅速响应，针对灾情采取应对措施，集中人力物力进行抢险救灾。同时，遥感也能提供灾区的路况信息，方便群众和财产进行转移，为救灾指挥调度提供依据。在救灾的过程中，航空摄影遥感和航空雷达遥感由于具有能够全天作业、灵活和高分辨率的特点而大显其功。,5,、灾害评估,1,、淹没区分析：在近红外的遥感影像上，清澈的水体呈黑色，因此可以选择近红外波段的影像来区分水陆界线，确定地面上有无水体覆盖。,2,、致灾水体特征分析：通过遥感手段（,TM12,波段）也可以直接探测出致灾水体的一些特征，比如水深、泥沙含量等。,3,、损失评估：在遥感中，植物反射光谱的红光区,(R),及近红外区,(NIR),对植物生理反应最敏感，由它们各种组合构成的植被指数则是植物长势及产量的精良监测器，也是作物估产的依据,4,、轻重灾区的划定,6,、与,GIS,集成提供决策支持,遥感：数据获取与分类提取,GIS,：空间数据的采集、存储、管理及分析方面具备强大的功能,将地理信息系统中所存赌的空间信息作为遥感图像的辅助数据源，并结合地理信息系统中包含的人文、社会、地理特征数据，则可以既快速更新,GIS,数据，又可以改善遥感分类精度和可信度，形成具有地理特征的数据分析结果，有效进行洪水淹没模拟、辅助分洪决策、损失估算等工作。,7,、建立灾害模型,模型的作用主要包括对过程进行模拟以及预测预报未来的发展趋势等，洪涝灾害模型不仅能够模拟洪水的发生与发展过程，还能够对洪水未来的演化进行预测，为后续工作的开展提供依据，因此建立合乎实际的洪灾模型具有重要的意义。,二、地质灾害,地质灾害划分为泥石流、滑坡、崩塌、碎屑流、水毁、沙害、冰雪害、翻浆及沼泽土等,9,类,其中泥石流、滑坡、崩塌是主要的地质灾害。,三、沙尘灾害,四、农业病虫害,遥感技术用于农业病虫害综合治理,最终期望达到两个目的,:,第一,早期预报,即通过遥感图像提取生境中与病虫害爆发有关的主要环境要素及其变化,来推断病虫害最有可能发生的区域,;,第二,灾情监测和评估,即当病虫害已经在局部区域造成危害时,从遥感图像上提取受害植被相关信息,快速、准确地判断出灾情发生状况,(,分布、面积和程度,),及时采取针对性的点、面防治措施,这样既可阻止病虫害进一步蔓延又可减少环境污染。,蝗灾例子,在蝗灾的防治中应用遥感和,GIS,技术能够实现如下功能,:(1),利用遥感技术实时、快速、覆盖范围广的特点,对飞蝗在不同发育阶段与生存环境之间的相互影响进行全程跟踪监测,获得飞蝗及其栖息地的实时信息,;(2),利用,GIS,强大的数据分析和处理功能,建立蝗灾信息数据库,对灾情进行实时、快速、全面的分析处理,从宏观上及时掌握灾情,;(3),将遥感与,GIS,技术两者相结合,可以获得飞蝗衍生地特征、蝗灾历史踪迹等蝗害有关数据并进行集成和分析,进而掌握蝗灾的范围、程度以及灭蝗的最佳时段等重要信息。,五、干旱灾害,通常,下垫面分裸土、部分植被覆盖和全植被覆盖。对于裸土,热惯量法和微波遥感法能够得到较好的结果,;,全植被覆盖条件下,作物缺水指数法、供水植被指数法比较适用。如何解决部分植被覆盖条件下旱情的监测是一个值得研究的问题,尤其是在用热红外遥感监测土壤水分时尤为必要,因为在农作物的生长过程中,部分覆盖在生长期中占有很长时间,而双层模型就是针对这一问题进行研究的成果。,裸土,基于裸露地表的监测方法,1,、热惯量法 热惯量是物质热特性的一种综合量度,反映了物质与周围环境能量交换的能力。土壤的热惯量与土壤含水量有很好的相关关系,因此,可以从土壤温度昼夜的变化幅度来推求土壤含水量。其表达式为,:P=C(1-A)/T0;,其中,P,为热惯量,T0,为昼夜温差,A,为全波段反照率,C,为常数。,2,、微波遥感法 微波遥感主要是根据目标物的介电特性进行土壤湿度监测的,水的介电常数为,80 dB,干土的介电常数为,3 dB,差别很大。就是说土壤介电常数对土壤含水量十分敏感,这是利用微波遥感测定土壤水分的理论基础。,全植被覆盖,1,、距平植被指数,(AVI),：通过多年遥感资料计算出某一地点某一时刻的多年年平均植被指数,然后用当年该时刻的植被指数与多年平均值的差异来判断当年作物长势,进而判断出作物受旱程度。,2,、,植被状态指数,(VCI),：,IVC=INDVi-INDVminINDVmax-INDVmin100,3,、作物缺水指数,(CWSI),：,(dT-dT1)/(dTn-dT1),dT,为作物冠层温度与气温差,dT1,代表作物冠层温度与气温差上限,(,作物完全停止蒸腾的状态,),dTn,代表下限,(,作物水分充足,处在潜在蒸发的状态,),。,部分植被覆盖地表,1,、温度条件指数,(TCI),：其原理是植物受到水分胁迫时,植物关闭叶片气孔,降低因蒸腾所造成的水分损失,进而地表潜热通量降低,感热通量增加,造成植物冠层温度的升高。即用植物冠层温度可以作为干旱发生的指示器。,2,、双层模型：植被部分覆盖时,土壤和植被的热特性不同,对地表的蒸散贡献不同,显然再用单层模型已经无法解决问题,因此就诞生出将地表蒸散细化为土壤蒸发和植物蒸腾,分别建立冠层、土壤表面的热量平衡方程,即经典的双层模型,六、地震预测,在理解地震前热异常的物理过程的基础上，从实际震例的分析入手，针对,EOS Terra,卫星数据，把热红外信息作为非平稳信号，利用小波分析处理突变信号的优势，对其进行了分析研究，以便找出地震前的热异常规律。,以地震前后卫星热红外亮温差值分析为研究方法，定量研究了卫星红外增温与活动断裂的时空关系，挖掘和提取出了有明确构造意义的热红外异常信息。,研究存在的问题,1,、目前从卫星遥感资料得到的亮温数据与实际地面温度有一定差异，应该结合一些其它地面观测资料等信息进行分析，才可能得到比较可靠的结果。,2,、由于小波分析是一种较新的数据处理方法，地震预测问题也一直是个难点。,3,、热红外异常的范围通常都比较大，震中区不一定是增温最高的区域，需要更多的震例来进行检验和完善。另外，断裂带内外亮温差值分析法在活动断裂不是很清楚的地方不易应用，在一些地区季节性变化也可能引起断裂带内外温差变化，应该用多年的观测资料对比分析才可能取得较好的结果。,4,、地震前的热红外异常与气象因素干扰的区分不容易把握，需要深入研究。,今后的展望,1,、尽可能结合多种信息来对震前的热红外异常进行分析。,2,、利用小波变换在分析突变信号领域的优势，更深入的运用到卫星热红外数据的处理分析中进行研究。,3,、收集更多的震例资料，对提出方法的研究进行检验和完善。,七、火山监测,一是利用卫星热红外遥感监测火山喷发前、喷发中和喷发后火山区的地表热异常,;,二是利用热红外遥感监测火山喷发造成的火山灰和火山云的高度、形态、面积和移动方向等,长白山例子,利用,1999,、,2003,和,2004,年的,NOAA,卫星影像资料,对长白山火山及周围地区的热红外影像特征进行了分析解译,对长白山火山区与外围参照区的红外亮温年变差异进行了统计分析。,研究区域：东经,126130,北纬,4044,的范围,数据源：,1999,、,2003,和,2004,年的,NOAA16/AVHRR,极轨气象卫星热红外遥感图像,技术路线,1,、去云去噪处理和影像目视解译获得研究区夜间晴空条件下的红外影像,每旬,1,幅,3,年共,108,幅。,2,、利用气象卫星图像处理软件,对筛选出的可用图像进行辐射校正、标准大气矫正和几何校正,并按等角投影对图像进行重采样,将辐射量值转换成亮度温度,生成研究区范围内的局地投影文件。,3,、,利用常规遥感图像处理软件,对第,5,通道的图像进行伪彩色合成,得到亮度温度伪彩色合成图像,并对每幅图像进行几何精校正,使其能够与活动断裂、地形地貌等矢量图层叠合,便于做进一步的分析解译。,4,、利用处理过的影像资料,对长白山天池及外围参照区的热红外亮温年变过程进行统计,对比分析火山区与外围背景区的红外亮温年变特征及不同年份的差异。,