高浩　武勝利　趙長(zhǎng)?！》较琛⒄\(chéng)（國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081）

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Charter機(jī)制在氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

高浩武勝利趙長(zhǎng)海方翔劉誠(chéng)
（國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081）

摘要：近年來在氣象災(zāi)害和衍生災(zāi)害的業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)中，高分辨率衛(wèi)星遙感影像和雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的作用越來越重要。雖然中國(guó)的環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星和資源衛(wèi)星已在業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用，但是仍不能滿足對(duì)高分辨率衛(wèi)星影像和雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求。國(guó)際減災(zāi)憲章機(jī)制（Charter機(jī)制）是目前運(yùn)行最成功的政府間減災(zāi)機(jī)制之一，通過授權(quán)用戶向遭受災(zāi)害的地區(qū)無償提供及時(shí)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，用于災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。中國(guó)氣象局作為中國(guó)的授權(quán)用戶，已啟動(dòng)兩次針對(duì)氣象災(zāi)害的Charter 機(jī)制，通過獲取各類高分辨光學(xué)影像和雷達(dá)衛(wèi)星影像分別對(duì)2010年8月7日甘肅舟曲泥石流災(zāi)害和2013年8月東北洪澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)顯示，國(guó)際減災(zāi)憲章提供的高分辨率衛(wèi)星影像是對(duì)中國(guó)氣象衛(wèi)星及陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)氣象災(zāi)害和衍生災(zāi)害的有效補(bǔ)充，在業(yè)務(wù)應(yīng)用中起到了重要的作用。

關(guān)鍵詞：氣象災(zāi)害，Charter機(jī)制，衛(wèi)星遙感，業(yè)務(wù)應(yīng)用

0　引言

中國(guó)是世界上自然災(zāi)害發(fā)生頻繁、災(zāi)害種類多樣的國(guó)家之一，其中氣象災(zāi)害是自然災(zāi)害中最為頻繁而又嚴(yán)重的災(zāi)害之一[1]。氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害直接或間接對(duì)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成極大的損失。而且，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，氣象災(zāi)害造成的損失也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，直接影響中國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

隨著中國(guó)氣象衛(wèi)星事業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)云氣象衛(wèi)星在氣象災(zāi)害的業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重大作用。風(fēng)云氣象衛(wèi)星作為中等空間分辨率的衛(wèi)星，針對(duì)一些重大災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，仍有一定的局限性。例如，氣象衛(wèi)星和陸地觀測(cè)衛(wèi)星等光學(xué)衛(wèi)星在有云層的遮擋時(shí)，對(duì)地表的監(jiān)測(cè)能力不足；氣象衛(wèi)星的空間分辨率在一些局地重大災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估中仍顯不足；陸地觀測(cè)衛(wèi)星的分辨率尚無優(yōu)于1m的民用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，無法提供更豐富的細(xì)節(jié)信息。近年來，業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)中高分辨衛(wèi)星影像，特別是雷達(dá)衛(wèi)星影像日趨重要，盡管中國(guó)的環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星和資源衛(wèi)星已在業(yè)務(wù)中得到不斷應(yīng)用，但仍不能滿足重大氣象災(zāi)害業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)的需求。

作為“空間與重大災(zāi)害”國(guó)際憲章（Charter）成員國(guó)的授權(quán)用戶，近年來中國(guó)氣象局針對(duì)重大氣象災(zāi)害啟動(dòng)了兩次國(guó)際憲章機(jī)制（Charter 機(jī)制），獲取的高分辨率衛(wèi)星影像和雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在減災(zāi)評(píng)估中起到了重要的作用。本文針對(duì)中國(guó)氣象局針對(duì)重大氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害監(jiān)測(cè)中啟動(dòng)的這兩次國(guó)際減災(zāi)憲章機(jī)制，對(duì)國(guó)際減災(zāi)憲章機(jī)制做詳細(xì)介紹，重點(diǎn)介紹啟動(dòng)的兩次Charter機(jī)制在氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，分析其在國(guó)家衛(wèi)星氣象中心氣象災(zāi)害業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)中的作用。

1　Charter機(jī)制簡(jiǎn)介

“空間與重大災(zāi)害”國(guó)際憲章（International Charter “space and major disasters”，簡(jiǎn)稱Charter），是目前影響最大的國(guó)際減災(zāi)機(jī)制之一，旨在通過授權(quán)用戶向遭受自然或人為災(zāi)害的地區(qū)提供統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)獲取和交付系統(tǒng)[2-4]。每個(gè)成員機(jī)構(gòu)都承諾提供資源支持憲章條款，并幫助減輕災(zāi)害對(duì)人類生命和財(cái)產(chǎn)的影響。國(guó)際憲章由歐洲空間局（ESA）和法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）在1999年7月于奧地利維也納UNISPACE Ⅲ大會(huì)后發(fā)起，加拿大空間局（CSA）于2000年10月20日簽署該憲章。2000年11月1日，該憲章正式宣布實(shí)施[2]。截止到2015年，共有15個(gè)航天或減災(zāi)機(jī)構(gòu)加入并提供衛(wèi)星應(yīng)急支持。中國(guó)國(guó)家航天局（CNSA）于2007年5月代表中國(guó)作為正式成員加入憲章，國(guó)家減災(zāi)委和中國(guó)氣象局為中國(guó)的授權(quán)用戶[5]。

目前各成員機(jī)構(gòu)為Charter服務(wù)的衛(wèi)星資源數(shù)量達(dá)到60多顆，包括RADARSAT、SPOT、PLEIADES、Landsat、TerraSAR-X、ENVISAT、QuickBird、GeoEye、DMC Constellation等光學(xué)和雷達(dá)衛(wèi)星，其中也包括中國(guó)的風(fēng)云系列衛(wèi)星、CBERS、SJ-9A和高分一號(hào)衛(wèi)星。截止到2014年3月底，Charter已為世界范圍內(nèi)遭受洪災(zāi)、滑坡、泥石流、地震、森林火災(zāi)、颶風(fēng)等重大災(zāi)害的國(guó)家或地區(qū)提供了500次數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，調(diào)動(dòng)了60多顆衛(wèi)星資源，為110多個(gè)國(guó)家提供了20多萬景衛(wèi)星數(shù)據(jù)，為受災(zāi)國(guó)家和地區(qū)的減災(zāi)救災(zāi)及災(zāi)后重建提供了及時(shí)有效的人道主義援助。作為Charter中國(guó)的授權(quán)用戶，當(dāng)中國(guó)遭遇重大氣象災(zāi)害，比如洪澇、泥石流等災(zāi)害，且中國(guó)氣象局啟動(dòng)相應(yīng)災(zāi)害的二級(jí)及以上響應(yīng)時(shí)，就可以申請(qǐng)啟動(dòng)國(guó)際減災(zāi)憲章，但當(dāng)災(zāi)情嚴(yán)重時(shí)，并不局限于二級(jí)響應(yīng)。截止目前，由中國(guó)氣象局針對(duì)重大氣象災(zāi)害啟動(dòng)的國(guó)際憲章有兩次，分別針對(duì)2010年8月的甘肅舟曲泥石流災(zāi)害（Call_321）、2013年8月的東北大范圍洪澇災(zāi)害（Call_447）。

2　國(guó)際憲章數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)

近年來中國(guó)氣象災(zāi)害頻發(fā)，風(fēng)云氣象衛(wèi)星在氣象災(zāi)害及其衍生害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估方面發(fā)揮了巨大的作用，在業(yè)務(wù)運(yùn)行中風(fēng)云衛(wèi)星在對(duì)暴雨、臺(tái)風(fēng)、雪災(zāi)、海冰等惡劣天氣的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)也為防災(zāi)減災(zāi)提供了重要的依據(jù)。

風(fēng)云系列衛(wèi)星屬于中等空間分辨率的衛(wèi)星，其最高分辨率為250m，在監(jiān)測(cè)大范圍的自然災(zāi)害時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)發(fā)生小范圍的重大自然災(zāi)害時(shí)，其空間分辨率并不能滿足業(yè)務(wù)需求，并且在有大量云覆蓋的情況下，光學(xué)衛(wèi)星并不能穿透云層。Charter機(jī)制成員機(jī)構(gòu)對(duì)授權(quán)用戶可提供數(shù)據(jù)服務(wù)的衛(wèi)星資源有45種（表1），不但衛(wèi)星數(shù)量多、傳感器種類豐富、空間分辨率多樣，而且不同衛(wèi)星也提供了較高的過境頻次，在災(zāi)害的監(jiān)測(cè)中具有一定的針對(duì)性和優(yōu)勢(shì)，特別是雷達(dá)衛(wèi)星能全天時(shí)、全天候工作并且能夠穿透云層，能彌補(bǔ)光學(xué)衛(wèi)星的不足。目前中國(guó)的民用雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)量較少，Charter提供的雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)少、洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)中獲取雷達(dá)數(shù)據(jù)不足的缺陷。此外，中國(guó)缺乏空間分辨率優(yōu)于1m的民用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而Charter提供的衛(wèi)星數(shù)據(jù)分辨率為亞米級(jí)，這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)為泥石流、地震等災(zāi)害的監(jiān)測(cè)提供了豐富的細(xì)節(jié)信息，在重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和評(píng)估中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

3　兩次啟動(dòng)Charter機(jī)制獲得的數(shù)據(jù)及在氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.12010年8月甘肅舟曲泥石流監(jiān)測(cè)

泥石流是氣象衍生災(zāi)害中的常見地質(zhì)災(zāi)害，其分布廣，危害大。目前對(duì)泥石流的監(jiān)測(cè)采用多種手段相結(jié)合，其中遙感影像解譯是業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)中的重要方法，高分辨率的衛(wèi)星影像和雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為泥石流的監(jiān)測(cè)提供了重要的影像數(shù)據(jù)。

2010年8月7日晚至8日凌晨，甘肅省舟曲縣強(qiáng)降雨引發(fā)泥石流災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)卦斐芍卮髶p失。中國(guó)氣象局緊急啟動(dòng)國(guó)際減災(zāi)憲章機(jī)制（Call_321），先后獲取了日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）提供的ALOS/AVNIR-2光學(xué)衛(wèi)星影像2景、ALOS/PALSAR雷達(dá)衛(wèi)星影像2景、法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）提供的SPOT-5高分辨率光學(xué)衛(wèi)星影像3景，加拿大空間局（CSA）提供的RADARSAT-2高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星影像2景，用于此次由于強(qiáng)降雨引發(fā)的泥石流災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。由于氣象衛(wèi)星的空間分辨率不足，不能對(duì)泥石流災(zāi)害的滑坡體進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，而環(huán)境減災(zāi)星的空間分辨率（30m）也不足以監(jiān)測(cè)到滑坡體的細(xì)節(jié)信息，因而通過Charter獲取的10m分辨率的ALOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)和5m分辨率的SPOT-5衛(wèi)星數(shù)據(jù)在對(duì)滑坡體的監(jiān)測(cè)和災(zāi)害發(fā)生誘因的分析中起到了關(guān)鍵的作用。此外，由于持續(xù)的強(qiáng)降雨，災(zāi)害發(fā)生時(shí)光學(xué)衛(wèi)星不能穿透云層對(duì)下墊面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過Charter獲取的3m分辨率的Radarsat-2和12.5m分辨率的ALOS/PALSAR雷達(dá)衛(wèi)星影像彌補(bǔ)了這方面的不足，及時(shí)提供了災(zāi)害發(fā)生時(shí)的泥石流監(jiān)測(cè)信息，為救災(zāi)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

表1　Charter機(jī)制提供的衛(wèi)星數(shù)據(jù)Table 1　Satellite data from the international charter

利用空間分辨率為10m的日本ALOS衛(wèi)星2010年8 月10日的AVNIR光學(xué)衛(wèi)星影像（圖1）對(duì)甘肅舟曲泥石流災(zāi)害的監(jiān)測(cè)分析表明，災(zāi)害發(fā)生后舟曲縣城北部三眼裕、羅家裕出現(xiàn)明顯的滑坡體信息。三眼裕的滑坡災(zāi)害最為嚴(yán)重，滑坡體將原來的植被及建筑全部掩埋，一直延伸到白龍江，同時(shí)，流經(jīng)舟曲縣城的白龍江水體信息有明顯增加，并延伸至沿岸的城區(qū)內(nèi)。定量計(jì)算顯示，三眼?；麦w長(zhǎng)2km、寬150m，面積約0.24km2；羅家?；麦w面積約0.07km2。

利用空間分辨率5m的法國(guó)SPOT-5光學(xué)衛(wèi)星2010年8月15日的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合DEM高程數(shù)據(jù)分析顯示（圖2），舟曲縣城特大泥石流災(zāi)害的三眼峪和羅家峪泥石流來自于北部三眼峪集水區(qū)和羅家峪集水區(qū)，集水區(qū)地形和植被的共同作用是引發(fā)特大泥石流災(zāi)害的重要因素。三眼裕集水區(qū)呈現(xiàn)扇形漏斗狀，山頂最高處海拔約3700m，舟曲縣城海拔約1300m，兩條溝谷的匯合處約2000m，從山頂?shù)绤R合處的溝谷有數(shù)千米的落差，從山谷匯合處到縣城又有數(shù)百米的落差，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，三眼裕的集水區(qū)面積約20.5km2。利用空間分辨率5m的法國(guó)SPOT-5衛(wèi)星2008年7月1日的影像數(shù)據(jù)分析顯示，舟曲縣北部的山區(qū)前期的植被覆蓋較低，沿山脊的溝谷兩側(cè)多為裸露的褐色巖石和裸土，這是形成泥石流的重要因素。相比較，羅家峪溝的集水區(qū)面積經(jīng)為14.8km2，集水區(qū)面積、海拔落差、山脊植被裸露程度都輕于三眼峪溝。強(qiáng)降雨時(shí)，雨水沿多條溝澗直接瀉入山谷中的主溝槽，雨水?dāng)y帶沙石和裸土形成泥石流，在多條山谷的狹窄交匯處匯合，直接形成特大泥石流。因此，舟曲縣附近特殊的地形，如扇形集水區(qū)、漏斗狀山谷、巨大的海拔落差，以及植被覆蓋狀況和短時(shí)間內(nèi)集中的強(qiáng)降水是共同引起甘肅舟曲縣8月7日特大泥石流災(zāi)害的致災(zāi)因子。

圖1　ALOS衛(wèi)星2010年8月10日甘肅省舟曲縣泥石流監(jiān)測(cè)圖Fig.1　Mud-rock flow monitoring graph of Zhouqu,Gansu Province by ALOS on 10 August 2010

圖2　SPOT衛(wèi)星2010年8月15日甘肅省舟曲縣3D監(jiān)測(cè)圖Fig.2　Three D monitoring graph of Zhouqu County,Gansu Province by SPOT-5 on 15 August 2010

3.22013年8月東北洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)

2013年8月以來，中國(guó)東北地區(qū)的持續(xù)強(qiáng)降水造成嫩江、松花江和黑龍江流域發(fā)生自1998年以來的最大洪澇災(zāi)害。持續(xù)陰雨天氣使得利用風(fēng)云氣象光學(xué)衛(wèi)星難以及時(shí)監(jiān)測(cè)該地區(qū)的洪澇水體，急需能穿透云層、全天候、全天時(shí)工作的雷達(dá)衛(wèi)星影像對(duì)東北地區(qū)下墊面洪澇水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)服務(wù)。因而，8月16日中國(guó)氣象局啟動(dòng)國(guó)際憲章（Call_447）申請(qǐng)獲取東北洪澇災(zāi)區(qū)的雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開展洪澇水體的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。

通過Charter機(jī)制獲取了東北災(zāi)區(qū)嫩江下游、吉林樺甸和黑龍江下游區(qū)域的數(shù)據(jù)，包括美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）提供的Landsat-8災(zāi)前和災(zāi)后光學(xué)影像、高分辨的WorldView-1、Quickbird遙感影像數(shù)據(jù)；德國(guó)航空航天中心（DLR）提供的嫩江下游、吉林樺甸和黑龍江下游TerraSAR-X災(zāi)后和災(zāi)前影像；加拿大空間局提供的嫩江下游、吉林樺甸和黑龍江下游洪澇災(zāi)區(qū)RADARSAT-2災(zāi)前和災(zāi)后影像；法國(guó)國(guó)家空間研究中心提供的洪澇災(zāi)區(qū)災(zāi)后SPOT-5光學(xué)影像；印度空間研究組織（ISRO）提供的洪澇災(zāi)區(qū)RISAT-1災(zāi)后雷達(dá)影像數(shù)據(jù)、Resourcesat-2 Awifs光學(xué)影像；英國(guó)災(zāi)害監(jiān)測(cè)衛(wèi)星國(guó)際圖像公司（DMCii）提供的災(zāi)區(qū)災(zāi)后光學(xué)影像，共計(jì)1106景。

國(guó)家衛(wèi)星氣象中心及時(shí)對(duì)從Charter獲取的各類衛(wèi)星和雷達(dá)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理分析，對(duì)此次東北地區(qū)洪澇水體變化范圍進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，相關(guān)的監(jiān)測(cè)成果圖和分析報(bào)告報(bào)送至中國(guó)氣象局相關(guān)決策部門、以及黑龍江當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)政府部門，為此次洪澇災(zāi)害的評(píng)估和救災(zāi)提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。此外，針對(duì)東北洪澇災(zāi)害啟動(dòng)的Charter機(jī)制也得到了中國(guó)氣象報(bào)等相關(guān)媒體的陸續(xù)報(bào)道，同時(shí)國(guó)家衛(wèi)星氣象中心工作人員也參加了中國(guó)氣象頻道關(guān)于東北洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)的專題節(jié)目，對(duì)此次洪澇與1998年的洪澇災(zāi)害進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析。

3.2.1雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)水體優(yōu)勢(shì)及方法

東北地區(qū)洪澇發(fā)生后，持續(xù)的降雨云團(tuán)使得光學(xué)和紅外衛(wèi)星都無法穿透云層對(duì)東北地區(qū)的水體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星（Synthetic Aperture Radar，SAR）作為一種主動(dòng)式微波傳感器，具有全天候、全天時(shí)成像的特點(diǎn)，可以穿透云層對(duì)水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)（圖3）。SAR影像是目前監(jiān)測(cè)洪澇災(zāi)害最為有效的遙感技術(shù)，但是SAR數(shù)據(jù)并不容易獲取。SAR影像上，水體由于鏡面反射回波強(qiáng)度較小，在圖像上呈現(xiàn)出暗色或者黑色，而陸地的回波強(qiáng)度較大，呈現(xiàn)灰白色或者黑灰色，因而在SAR影像上水陸界限明顯，可以清晰的看到洪水淹沒范圍，利用SAR影像可以迅速有效地監(jiān)測(cè)洪澇災(zāi)害。

圖3　光學(xué)衛(wèi)星與雷達(dá)衛(wèi)星性能對(duì)比（2013年8月17日）,(a)FY-3A；(b)TerraSAR-XFig.3　Comparison of optical and radar satellite capability on 17 August 2013,(a)FY-3A;(b)TerraSAR-X

利用SAR影像對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，首先對(duì)SAR影像進(jìn)行幾何精校正，多采用多項(xiàng)式校正方法。Charter提供的數(shù)據(jù)都已進(jìn)行了地理精校正，在應(yīng)用中可以忽略此步。其次，利用雷達(dá)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的相關(guān)參數(shù)表，將影像亮度值轉(zhuǎn)為后向散射系數(shù)。第三，對(duì)SAR影像進(jìn)行濾波。由于雷達(dá)發(fā)射的是純相干波，相干波照射地面產(chǎn)生衍射，地面目標(biāo)上隨機(jī)散射面的散射信號(hào)與發(fā)射的相干信號(hào)之間的干涉作用會(huì)使圖像產(chǎn)生相干的斑點(diǎn)噪聲，嚴(yán)重影響圖像的質(zhì)量和使用。在消除斑點(diǎn)噪聲的同時(shí)還要保留圖像更多的銳度和細(xì)節(jié)，并增強(qiáng)水體信息，因而必須根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的濾波器對(duì)雷達(dá)影像進(jìn)行濾波。實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用基于局域統(tǒng)計(jì)特性的空域自適應(yīng)濾波方法，如Lee濾波、Sigma濾波等[6-8]，或者空域相干斑算法自適應(yīng)處理，如Kuan濾波、Frost濾波等[9-10]，在本次災(zāi)害監(jiān)測(cè)中對(duì)所獲取的雷達(dá)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了Lee濾波。最后，利用濾波后的影像選擇合適的后向散射系數(shù)閾值提取影像中的水體。準(zhǔn)確的后向散射系數(shù)閾值是提取水體精度的保證，在本次水體監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，采用基于水體內(nèi)像元灰度特征值和水陸邊界像元點(diǎn)灰度值確定閾值的方法，這兩種方法也是經(jīng)過試驗(yàn)表明最能反映真實(shí)水體邊界的方法，其誤差在±1%～±4%[11]，能夠滿足利用SAR影像監(jiān)測(cè)洪澇的需要。

3.2.2SAR影像監(jiān)測(cè)東北洪澇

利用2013年8月19日加拿大RADARSAT-2雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)與2013年6月17日的美國(guó)Landsat-8陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)嫩江下游流域的水體變化的監(jiān)測(cè)顯示（圖4），嫩江下游和松花江西段的水體范圍與持續(xù)強(qiáng)降水前相比，水體范圍顯著增寬。嫩江下游河段水體最寬處達(dá)8km，是此次持續(xù)強(qiáng)降水前該處河段寬度的數(shù)十倍。嫩江下游區(qū)域多處出現(xiàn)大范圍新增水體，其中齊齊哈爾市新增水體面積約480km2、肇源縣約560km2、杜爾伯特蒙古族自治縣約1050km2、泰來縣約470km2。

利用2013年8月21日空間分辨率12.5m的加拿大RADARSAT-2雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和2013年7月23日空間分辨率30m的美國(guó)Landsat-8陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)黑龍江及松花江下游綏濱縣、同江市水體變化的監(jiān)測(cè)顯示（圖5），8月21日黑龍江在綏濱縣、同江市河段的水體范圍較7 月23日顯著增寬，黑龍江在綏濱、同江沿江地區(qū)形成了大范圍的洪澇積水，在俄羅斯境內(nèi)沿江區(qū)域也形成了嚴(yán)重的洪澇水體。與7月23日相比，松花江下游綏濱縣段有一處新增洪澇水體，綏濱縣境內(nèi)泛濫洪水面積約392km2，同江市境內(nèi)部分地區(qū)的泛濫水體面積約200km2。另外，黑龍江該處河段在俄羅斯境內(nèi)形成的泛濫水體約943km2。

圖4　RADARSAT-2雷達(dá)衛(wèi)星（2013年8月21日）與Landsat-8光學(xué)衛(wèi)星（2013年7月23日）嫩江水體監(jiān)測(cè)圖Fig.4　Water monitoring graph of Nenjiang by RADARSAT-2(21 August 2013)and Landsat-8(23 July 2013)

4　小結(jié)

作為中國(guó)在國(guó)際減災(zāi)憲章（Charter）的授權(quán)用戶，中國(guó)氣象局針對(duì)氣象災(zāi)害啟動(dòng)的兩次Charter機(jī)制，通過獲取Charter成員機(jī)構(gòu)的高分辨光學(xué)影像和雷達(dá)衛(wèi)星影像分別對(duì)2010年8月7日甘肅舟曲泥石流災(zāi)害和2013年8月東北洪澇災(zāi)害進(jìn)行了業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)服務(wù)，應(yīng)用實(shí)踐顯示國(guó)際減災(zāi)憲章提供的高分辨率衛(wèi)星影像和雷達(dá)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)種類豐富、空間分辨率多樣、過境頻次高，并且具有特定的性能優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了中國(guó)民用雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)不足，亞米級(jí)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)不足的缺陷。相關(guān)數(shù)據(jù)與中國(guó)衛(wèi)星互補(bǔ)，對(duì)氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)氣象災(zāi)害和衍生災(zāi)害起到重要的補(bǔ)充作用，并且有效提高了災(zāi)害監(jiān)測(cè)的頻次和范圍，在業(yè)務(wù)應(yīng)用中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為決策服務(wù)部門和相關(guān)各級(jí)部門的災(zāi)害評(píng)估、防災(zāi)救災(zāi)等提供了及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的信息。

根據(jù)Charter機(jī)制預(yù)案[12]，除洪澇、泥石流等對(duì)高分辨率衛(wèi)星資料需求迫切的自然災(zāi)害之外，該機(jī)制還能夠應(yīng)用于地震、火災(zāi)、雪災(zāi)、海冰等其他各類自然災(zāi)害。我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，上述災(zāi)種在我國(guó)均可能會(huì)出現(xiàn)，因此，在可預(yù)見的未來，Charter機(jī)制將是我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)的重要手段之一。

圖5　RADARSAT-2雷達(dá)衛(wèi)星（2013年8月21日）和Landsat-8光學(xué)衛(wèi)星（2013年7月23日）綏濱水體監(jiān)測(cè)圖Fig.5　Water monitoring graph of Suibin by RADARSAT-2(21 August 2013)and Landsat-8(23 July 2013)

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The Application of Charter in Meteorological Disaster Monitoring

Gao Hao,Wu Shengli,Zhao Changhai,Fang Xiang,Liu Cheng
(National Satellite Meteorological Centre,Beijing 100081)

Abstract:The high resolution satellite data and Radar satellite data have become very important in the meteorological disasters and derived disasters monitoring in recent years.Although,the HJ-1A/B and ZY-3 satellite data are used in the operational application,the need for the high resolution optical and SAR satellite data still couldn’t be fulfilled.As one of the successful intergovernmental mechanism of disaster mitigation,Charter aims at providing cost-free satellite data in time to those affected by natural disasters through authorized users for disaster monitoring and evaluation.China Meteorological Administration,as the authorized users of Charter in China,has twice triggered Charter activations for mud-rock flow monitoring in Zhouqu county of Gansu province on Aug 7th 2010,and flood monitoring in the northeast of China on Aug 16th 2013,respectively.It is showed that the high resolution satellite imagery is an effective complement for meteorological disasters and derived disasters monitoring by meteorological satellites and earth observation satellites,and plays an important role in the operational application.

Keywords:meteorological disaster,Charter mechanism,remote sensing,operational application

收稿日期：2014年5月6日；修回日期：2014年8月12日

DOI：10.3969/j.issn.2095-1973.2016.01.021

第一作者：高浩（1982—），Email:gaohao@cma.gov.cn

資助信息：公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201306049）