(2)洪涝。洪涝灾害是一种突发性强、危害性大、时空分布广的自然灾害。我国每年约有733万多hm2农田遭受洪涝灾害,平均每年造成的经济损失达150~200亿元人民币,占全年主要自然灾害损失的30%~30.3%。洪涝灾害遥感监测主要包括洪涝灾害面积提取和洪涝灾害程度(水量、水深)的监测。
严重的洪涝灾害发生常伴有淹没农田现象,可以利用归一化植被指数(NDVI)实现水灾面积的遥感提取。由于水体在可见光和近红外波段的反射率远远低于土壤和植被,所以水体的NDVI一般为负值,植被和土壤的NDVI则为正值,通过设定阀值实现水体面积的提取。分离出水体面积后和洪涝发生前一周左右水体分布图像进行严格配准即可获得洪涝分布面积;结合土地利用专题图和DEM数据,可以进一步得到洪水淹没的耕地面积以及洪水淹没深度等水灾信息。作物受到洪涝灾害影响后,其正常生长过程受到抑制,在形态学上表现出叶子发黄、萎蔫等现象而区别于正常生长的作物。可以采用洪涝灾害前后的NDVI进行对比分析,得出受洪涝影响的作物分布情况;对洪涝影响后的NDVI遥感图像进行横向对比分析,通过对受灾作物的NDVI进行分类,可以进一步获得同一次洪涝灾害对作物危害程度的信息。
目前洪涝灾害遥感监测技术已日趋成熟,较为常用的遥感数据有NOAA—AVHRR和EOS—MODIS等,TM和SPOT遥感资料虽然空间分辨率较高,但是由于其过境周期较长,无法实现洪涝的实时监测而相对应用较少。微波遥感不受时间和天气的影响,可以全天时、全天候地用来监测洪涝动态信息,是洪水遥感监测中最常用的数据源。
(3)病虫害。农作物病虫害对农业生产的影响相当严重,我国每年病虫害造成的损失大约占农业灾害的10%—15%[9]。以往人们主要用肉眼观测农作物病虫害,当农业病虫害能够被人用肉眼观察到时,农作物已经受到了很严重的破坏。利用遥感技术则能快速、准确的对农作物病虫害的发生和范围进行监测,可以解决作物病虫害早期发现和早期防治的问题,为促进农业生产提供了条件。
农作物发生病虫害时常表现为作物外部形态和内部生理结构的变化。外部形态变化主要表现为作物卷叶、叶片脱落等症状;作物叶片内部生理结构的变化是叶绿素减少,光合作用、养分水分吸收等机能衰退等。正常生长的农作物一般都有很规则的光谱反射曲线,即在蓝光和红光波段附近反射率较低,绿光波段有一小反射峰,进入近红外波段反射率出现较陡的峰值[10]。病虫害影响的作物光谱表现为绿光波段的反射峰向红光波段移动,在可见光波段的光谱反射率高于正常作物,而在近红外波段,受害作物的光谱反射率要比正常作物光谱反射率低,陡坡效应不明显或消失。病虫害影响的作物光谱反射率的变化特征是遥感监测作物病虫害的理论基础。
1965年美国开始应用红外摄影(0.7~0.9微米)来探测小麦、大麦和燕麦的病害,发现健康植株和病害的植株在红外图像上色调明显存在差异而且小麦锈病用红外摄影可比肉眼提前两周发现。目前利用遥感方法来监测农作物病虫害多是基于光谱参数法,即从遥感数据中提取出植物外部形体和生理方面的信息探测农作物是否发生病虫害,比较常用的遥感监测病虫害的方法有植被指数法和红边参数法。在红边研究中,主要采用红边斜率和红边位置来描述红边的特性。红边斜率主要与植被覆盖度或叶面积指数有关,覆盖度越高越大,红边斜率就越大。红边位置是指光谱反射率增长率最大处所对应的波长,由曲线拐点波长确定。当农作物遭受病虫害时,叶绿索含量下降,导致红边陡升段斜率的降低出现红边位置蓝移 ,因此利用红边参数可较好的监测农作物病虫灾害情况。此外,根据农业害虫的孳生环境以及害虫的行为特征,利用遥感技术还可以实现农作物病虫害的病源和爆发预测,对于及时了解农业病虫害的发生、发展状况并及时采取应对措施具有重要的意义。
(4)冷冻害。冷冻害是农作物常见的自然灾害之一,是指在农作物生长季节温度过低对作物造成的损害。不同程度的冷冻害将造成农作物大面积死亡或延迟生长,致使农作物产量大幅度减产。与传统的冷冻害监测方法相比,遥感技术可快速、准确的估算冷冻灾害的发生与覆盖范围,因而对冷冻害的防灾减灾具有重要的意义。
农作物发生冷冻害时,作物的根部或者叶片组织受到损伤,其正常生长受到抑制而使生物量减少和植被指数急剧降低,因此可以选用冷冻害发生阶段及前后的遥感图像进行分析处理获得地面作物的植被指数,通过对NDVI进行时间序列分析,根据NDVI的突变进行农作物冷冻害的识别。此外,农作物发生冷冻害时气温低是其重要特征,因此利用遥感技术反演研究区地面温度也是农作物冷冻害识别的重要手段。由于不同程度的冷冻害对农作物的影响不同,同样程度的冷冻害对不同生长阶段的农作物危害也不相同,因此农作物冷冻害监测中实时遥感数据的选择具有十分重要的意义。对于不同生长阶段的作物受到冻害后,作物活性降低使植被指数急剧下降。以冬小麦为例,在春季遭受冷冻害后,-1℃左右的低温,冬小麦根、叶不致冻死,生物量并未明显减少,随后迅速回复,NDVI已与未受冻害地区无差异,对于这种冷冻害,必须选择实时或准实时数据,在冬小麦回复活性前及时获取并分析图像[11]。由于NDVI对作物生长的反映具有一定的延迟效应,即农作物冻害发生后并不能立刻在植被指数上表现出较大的变化,因此农作物冷冻害的研究遥感监测必须采用NDVI和农作物地表温度反演结合才能取得较好的监测效果。
(5)风雹灾。我国是受风雹灾影响较为严重的国家之一,每年的大风尤其是台风给我国造成的直接经济损失都在百亿元以上,每年的冰雹灾害受灾面积可达600多万hm2,直接经济损失达2O—3O亿元。农作物受到风雹袭的时间虽然很短,但是风雹时常常伴有狂风暴雨,引起大面积农作物倒伏,作物枝叶被打烂甚至打落而光秃,受损的枝叶还会变黄等现象,使作物在片刻之间减产甚至绝收,是一种对农业破坏性极大的自然灾害。
农作物遭受风雹袭击后,引起作物倒伏、叶片被打烂或脱落,受风雹灾害的农作物的光谱反射率会发生变化,作物的植被指数将降低。利用雹灾前期或历史同期同一地区的植被指数与风雹灾后的作物的植被指数比较,可得到受灾面积的空间分布和受灾程度分异特征。目前利用遥感技术对风雹灾害进行监测的研究相对较少,风雹灾造成的作物倒伏面积相对不大,倒伏角度或倒伏级数的遥感探测需要遥感数据的空间分辨率较高;风雹灾的发生具有瞬时性对于遥感数据的时间分辨率提出了一定的要求。因此,风雹灾遥感监测可以采用不同时间分辨率和空间分辨率数据源相结合的方式,当前利用NOAA.AVHRR、EOS.MODIS和TM等遥感数据相结合应是实现风雹灾遥感监测的较好数据源方式。
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