遥感教程第3-6页

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Satellites afford excellent means to monitor continuing ecological threats and damage and long term after effects to the Earth�s natural surface and to areas relevant to human activities. Sometimes, ongoing ecological problems can be watched in near-real time using geostationary satellites. Much obvious damage is imposed on vegetation, such as acreage affected by forest fires and grassland burns. Also, normally very easy to see are the destruction and deposits associated with volcanic eruptions. Oil spills constitute another ecological catastrophe that often is detectable in Landsat-type imagery and under favorable conditions in radar scenes. Illustrative examples are given.


自然和人为事件造成的生态破坏

陆地卫星和其他卫星在描述生态栖息地和监测任何威胁植物或动物生命或受到不良影响的变化方面非常有效。近年来最著名的栖息地焦点之一是环境保护主义者和木材工业之间关于木材的争论,例如第2节中考虑的明确砍伐,对斑点猫头鹰(如下所示)喜欢的非常特殊的条件所做的:

这个物种(作者只见过一次 [NMS] 他是一个热心的鸟类观察者,在新墨西哥州的高山上)喜欢茂密的,尤其是初生的冷杉林。虽然在西海岸并不罕见,猫头鹰正在失去一些主要的栖息地。在这个时候,有一部分的森林生态系统的收获暂停,以支持斑点猫头鹰。美国森林管理局正在以两种方式使用陆地卫星:1)制作一张基线图(下图中,深绿色是斑点猫头鹰的领土),2)确保这些地区不受非法砍伐。

陆地卫星和其他空间观测系统有效地监测短暂的生态疾病,如昆虫落叶(正如你在宾夕法尼亚州年底的“考试”中看到的那样)。 Section 1 )根据你对那次考试的回忆,在考试中,你学会了分辨吉普赛蛾的落叶,你应该不会有什么困难,在这个次新世发现落叶信号,从陆地卫星1号遥感影像放大,包括哈里斯堡(南部):

许多生态问题(有些是实际灾害)发生在非常短的时间内。一个主要的例子是草原和森林中的植被火灾。从太空进行的监测特别适合观察这些火灾的发生和熄灭后,以评估其影响。这两个目的都是为了有益的目的和那些不需要的是适当的监测对象。

在第一类中,大规模的控制燃烧(包括农作物和草原的砍伐管理方法)在非洲大草原上尤其常见。我们首先展示了由modis机载模拟器(mas)制作的一对图像(见第16节);左边的图像模拟自然颜色,右边的图像模拟使用长波红外穿透烟雾以看到实际火焰的能力。

MAS natural color image of an area in central Africa undergoing a controlled burn; August 20, 2000.

2000年9月,中南非洲大部分地区被控制的大火所覆盖。下面的图像是使用NOAA-14 AVHRR和TOMS传感器(见 page 14-9

森林火灾通常会燃烧几天到几周(特别是在偏远地区),直到得到控制。犹他州海狸附近的鱼湖国家森林发生火灾(约60公里) [40英里] 1996年6月17日,NOAA-9 AVHRR(1公里地面分辨率)拍摄了白山景色的ESE。

通过将通道1的图像指定为红色、通道2的图像指定为绿色、通道3的图像指定为蓝色,可以生成这种假彩色合成。在这个版本中,灰烟显示为黄色,而烟柱顶部的火显示为亮蓝色。主要火灾通常由气象卫星和陆地观测卫星拍摄,随后通过可见波段中的黑暗模式很容易评估燃烧损害的程度。由于黑体效应,这些暗斑在热成像中通常表现为亮斑(见 page 9-1

对2002年亚利桑那州、科罗拉多州和美国西部其他地方发生的大火进行了概述。2000年,新墨西哥州的一场大火烧毁了4.6万多英亩土地,摧毁了洛斯阿拉莫斯镇上的260所房屋。洛斯阿拉莫斯国家实验室是该镇的一个支持活动,在那里,处理核能使用的技术(包括1945年在那里开发的核弹)是原则产业。陆地卫星7号捕捉到了这场大火的壮观景象。下面的图像是由TM波段2=蓝色、波段4=绿色和热波段6=红色制成的。结果场景中的许多红点是实际的火焰或非常热的燃烧区域。

A Landsat-7 view of the Los Alamos, New Mexico environs, on May 15, 2000, showing areas burned out in blue and actual fires in bright red (from thermal Band 6), brought about by a controlled burn that got out of hand, burned 47000 acres, and destroyed more than 250 homes.

火灾的爆发持续到2000年夏天,当时7个西部州的100多万英亩土地一度使这成为50多年来最严重的森林火灾季节。8月中旬至下旬,蒙大拿州是燃烧最严重的地区。这幅陆地卫星TM图显示了山区的地形,那里的森林在几个地方起火;已经被烧毁的区域是红色的。

Active fires and burned forest areas (in red) in western Montana, Summer 2000.

自20世纪90年代末以来,美国大部分地区都经历了轻度到重度的干旱。卫星不仅能探测到爆发的火灾,还能监测到未来可能发生火灾的情况。火势指数(FPI)利用气象和其他卫星的数据来测量土壤湿度,这是森林或草原地区干燥程度的预测指标。那里的大多数火灾都是由雷击引起的;有些是人为的(粗心大意或故意设置的)。2000年7月20日至27日期间的计算FPI如下所示:

森林火灾是宇航员和宇航员在拍照过程中常见的机会目标,因为从太空看到森林火灾通常很明显。这里是澳大利亚北部热带地区的火灾:

从更广泛的角度来看,1997个地区的森林火灾,其中一个在Borneo,爪哇北部,三个在Sumatra,1997个是由NOAA14拍摄的(分辨率为4公里)。 [2.5英里] ,如图所示:

从太空中很容易看到大规模的空气污染。一个令人印象深刻的例子是烟雾和烟雾的混合物,它们是由遍布印度尼西亚许多岛屿的火灾造成的。利用TOMS获取的图像,并以NOAA数据为背景,一股巨大的烟雾(白色)与烟雾(颜色代表臭氧量的变化)混合,从印度洋的岛屿向西移动。

中国在向重工业快速过渡的过程中,在很大程度上存在着广泛的污染问题。下一张图片,由海天国际拍摄 (page 14-13 _)图为中国东北部大部分地区被棕色薄雾覆盖,地表特征已被掩盖。

强烈的沙尘暴造成的自然空气污染也时常困扰着中国,尤其是当风从新疆和蒙古沙漠中带走细小的物质时。这对misr图像显示了中国东部靠近朝鲜边界的一部分;在左侧,一个相对晴朗的日子,在右侧,几乎完全被厚厚的尘埃云遮蔽:

沙尘暴在非洲撒哈拉沙漠也很常见,这两张图片间隔两天拍摄:

另一个空气污染的例子是在ERTS-1发射两个月后发现的。受影响的地区包括Goddard Sp.Flt。这颗卫星的故乡。在九月的某一天,作者记得华盛顿和巴尔的摩地区有一个严重的烟雾(污染)警报。后来,在检查了一些早期的图像时,他发现了一幅图像,它戏剧性地揭示了当天的污染程度。图中所示区域位于上德尔玛瓦半岛(东海岸)的这些城市的东部;红色的消失是由于在主要的农业和森林地形上浓烟(黄白色)造成的。

空气污染的一种更局部的形式来自于2 以及其他从远洋船只上的烟囱释放的气体,如货船。这与水蒸气一起凝结,形成类似于喷气式客机的云迹。在太平洋上空可以看到这样的现象:

自然灾害,如火山爆发,是一个非常可怕,往往不可避免的灾难,生活在附近的人。我们可以通过卫星监测火山爆发及其后效应。例如,1980年华盛顿州圣海伦斯山的爆发,美国人很熟悉。 (page 12-5 _)多年来,在陆地卫星图像中,该地区周围的火山灰沉积物中的植物逐渐再生。下面我们展示了1999年8月拍摄的陆地卫星TM自然色次新世。尽管灰灰仍然分布广泛且占主导地位,但仔细的观察表明,在火山喷发后的20年里,树木、灌木甚至草地在沉积物中出现了各种各样的绿色阴影。

陆地卫星图像结合DEM数据生成圣海伦斯山及其周围环境的透视图(斜视或侧视);红色有助于定义目前正在重新生长的大量灰烬的区域。

在海外,影响人口的大爆发似乎每隔几年发生一次。1991年6月15日,菲律宾吕宋岛上的皮纳图博山事件就是一个典型的例子。经过近600年的休眠之后,1991年4月,它周围的地震开始了。他们的增加促使超过5万人撤离。就在主火山爆发前三个小时,美国国家海洋和大气管理局7号的AVHRR拍摄到了水气和火山灰的翻滚云朵,预示着即将到来的高潮。这三个波段的彩色合成图显示了与台风云崖有关的喷发物质散布在云层中(左图)。

` AVHHR image of Mt. Pinatubo, Phillipines, shortly before the June 15, 1991 eruption. <originals/Fig3_37.jpg>`__ |皮纳图博火山喷发的照片。|

这次爆发(右图)是一次猛烈的普林尼亚式喷发,喷发出的浮石、火山灰和化学气溶胶超过12200米(40000多英尺),留下了2公里(1.2英里)宽的火山口(空洞),取代了大部分山顶。硫酸是气溶胶的一个主要成分,在全球范围内传播,影响未来五年的天气和气候。在附近,火山灰堆积物环绕火山20公里,摧毁了大部分的茂密森林。这在由日本国家空间发展局(NASDA)操作的日本MOS(海洋观测卫星)上的多光谱电子自扫描辐射计(MESSR)所获得的一对前后的图像中很明显。

梅塞尔仪器在日本拍摄的前后图像

莫斯卫星;在右后图像中,灰烬显示为粉红色。|

` <>`__3-15“后”图像中粉红色的广角区域是什么? **ANSWER**

欧洲最活跃的火山,西西里岛东北角的埃特纳火山,在2001年7月中旬开始了一系列强烈的喷发。熔岩流(深红色)威胁着横跨这座成层火山斜坡的村庄。其中一次更猛烈的喷发是由Terra航天器上的传感器捕捉到的,如图所示:

July 2001 Eruption of Mount Etna in Sicily.

这就是我们现在想说的关于埃特纳山的全部内容,因为它将是 page 13-4d 这将概括“多重”概念。

世界上最活跃的火山区是夏威夷大岛莫纳罗亚东翼的基拉韦厄裂谷(见 page 17-3page 9-7 . 玄武岩熔岩的喷发或多或少持续一段时间始于1983年。熔岩已经从岛上转移到海洋的几个入口,实际上是在陆地上形成的。Landsat-7的ETM+传感器捕捉到这两幅图像(顶部,可见的自然颜色;底部,处理后的热图像,以红色色调显示熔岩中的热残余热量)。虽然地面上的公园护林员和火山学家密切关注着熔岩的路径和进展(通常30万到60万立方米/天,当活动时),因此可以提前向村民发出熔岩流可能会经过的警告,但空间图像提供了长期的信息。多年来熔岩扩散的连续记录。

Visible (top) and thermal (bottom) images of the Kilauea lava flows, seen on May 23, 2000 by Landsat-7

泥流通常伴随着火山爆发。这些,以及滑坡,也发生在大雨之后。Ikonos卫星详细描述了委内瑞拉一个遭受洪水和随后洪水袭击的地区的滑坡/水流。

IKONOS image showing a fluid landslide moving through a small village.

大量的科学人力和资金致力于发现预测破坏性和危及生命的自然事件的方法——主要是地质性质的。地震和火山爆发是最主要的原因。雷达干涉测量(见 page 11-10 )提供了真正的希望,因为它的一项成就是能够测量垂直地面位移(例如,当火山岩浆室填充时开始向上和向外膨胀时发生的位移),以及在适当的情况下,横向(亚水平)位移(如沿着三轮车打滑或扳手故障)。在下面的插图中,有证据表明南美洲四个火山点的地面膨胀,这是通过分析ERS-1和ERS-2雷达8年的数据确定的;虽然这可能不能保证即将爆发,但它确实符合已知的预示许多爆发的模式。

下一对misr(terra)图像揭示了7.7级地震后的另一个快速微妙的表现。这场古吉拉特邦地震于2001年1月26日发生在印度西部一条活动断裂线上,造成2万多人死亡。在2001年1月15日和1月31日的图片中,右侧大白沙区上方的弧形痕迹清晰可见。仔细观察1月31日图片中的那条线,沿着它的左半部分。小的黑色斑点是明显的-这些不存在于1月15日的图像。它们是地震后渗入地表的地下水液化释放产生的饱和土壤的标志。

现在转向水质问题:两个很好的例子显示了遥感图像中的水污染。下面的图片是由Nimbus 7上的海岸带彩色扫描仪(CZCS)拍摄的(请参见 page 14-13 )显示了位于纽约市南部长岛湾的大西洋浅滩区。几十年来,一列驳船每周几次将废料(垃圾的委婉说法)运到海上倾倒场。驳船以之字形移动,留下独特的污染卷曲模式,在这张彩色合成图像中很容易看到。

A Nimbus-7 CZCS image of the New York City, Long Island, and northern New Jersey coastal area, in which phytoplankton pigment concentrations are expressed in colors ranging from blue (low) to reddish-orange (high). In the Atlantic coastal waters, higher concentrations are dual in origin: natural well offshore, and from man-made pollutants near shore and in the mouth of the Hudson River. Of special interest is a large orange-red blotch that marks the earlier passage of a marine garbage scow that dumped profuse wastes into the ocean.

另一个可怕的海洋污染物是石油泄漏。石油以“使水平静”而闻名,即减少波的干扰程度,使其在某些波段可见。印度孟买以西的阿拉伯海多处漏油在下面的SIR-C雷达图像中很明显。它们的暗度不仅是因为黑色油色涉及光吸收,还因为雷达光束的后向散射减少(原理见第8节)。

雷达图像,特别是在黑白模式下,对石油泄漏的全范围定位和监测非常有效。下一幅由envisat上的雷达装置拍摄的图像显示了雷达是如何以图形的方式突出显示2002年11月底油轮名望破裂导致的大规模漏油。它的2000万桶的大部分货物在沉入深水时随船沉没。但150万桶石油最终抵达西班牙西北角,污染了近300公里(200英里)的海滩。这是泄漏后不久拍摄的雷达图像。

` <>`__3-16在陆地卫星图像中能探测到石油泄漏吗? **ANSWER**

其他类型的水污染可以从太空探测到。最早的一个例子是,一家造纸厂的废纸浆和热水从纽约的一个地方(非法)倾倒到尚普兰湖。其作用是减少水波作用。下面所示的ERTS-1次新用于一个法律诉讼案件,在该案件中,佛蒙特州对磨坊主作出了判决。这种空间图像应用在报纸上得到了广泛的关注。

湖泊也会受到影响其“健康”和质量的自然变化的影响。浮游植物是一种类似藻类的植物,可以在淡水湖中生长,数量随季节变化。印度IRS-P3卫星上的模块式光电扫描仪(MOS)被用来监测康斯坦茨湖(又名Boden See)沿瑞士巴伐利亚边境(瑞士东北部)数年内的浮游植物数量,如这一系列来自M.1996年2月至1998年2月:

人类对环境破坏的一个主要担忧是湿地数量的惊人减少——陆地上的沼泽地,尤其是与河流或海岸附近有关的沼泽地,它们是各种植物和许多特殊动物(尤其是B类)的生态栖息地。鸟)适应于生活在这些潮湿的环境中。海洋/陆地边界上有大量的湿地。在美国最著名的是沿着密西西比河与墨西哥湾交汇的三角洲国家的湿地和海湾,如图所示:

湿地经常被故意破坏,以恢复土地用于农业开发或家庭建设。其中一个最著名的湿地——美索不达米亚、伊朗和伊拉克的沼泽地——是“文明摇篮”中有文化的民族崛起的关键因素——在过去30年里经历了剧烈的排水和干涸。下面是1972年(上图)的陆地卫星图像和1997年底格里斯河和幼发拉底河在阿拉伯沙特河交汇处的复活图像(下图)。河流筑坝和故意改道已经使曾经覆盖超过20000平方英里的沼泽地减少到现在不足4000平方英里。

与上面几乎相同的区域,由俄罗斯REUR卫星拍摄

1997.|

这一土地复垦主要是为了增加伊拉克在巴士拉和乌姆盖斯尔港附近开发的可用土地,在那里,来自鲁迈拉油田的石油被运到来往波斯湾的油轮上。第二次海湾战争发生时,人们担心伊拉克军队会炸毁上游的水坝,使沼泽地恢复生机。这并没有发生。这是伊拉克第二大城市巴士拉市中心(约100万人)的卫星图:

类似于我们已经研究过的清晰的例子,卫星系统可以跟踪资源利用的长期变化,如露天开采和土地复垦的进展(同样,在宾夕法尼亚州的案例研究中)。这在下图中很明显,图中显示了马里兰州西部(阿勒格尼高原)煤系中的带状疤痕(浅到中蓝色)、再植区域(红色条纹)和农田。这幅图像是由戈达德航天中心研制的线性推扫辐射计(LAPR)拍摄的,作为测试CCD阵列概念的原型,并在美国宇航局的飞机上飞行。

作为到下一部分的过渡图像,下面的tm场景显示了德国莱比锡附近的一个城市区域,周围是许多大的农田,包括休耕地和多种作物,以及一些大的白色区域(那些是云的区域有相关的阴影),这些区域是未填充和回收不足的区域。过去开采软煤用于供热和发电的主要地表坑的伤痕。

TM natural color image of Leipzig, Germany and surroundings.

我们将在本教程中说明其他农业、林业和生态应用(在第6、13、16和17节中有几个)。本文将介绍空间图像在监测和发现作物、草原、森林、湿地和其他生态位方面提供的更多可能性。但是,现在让我们离开农村和农村环境来研究另一个对比用途:城市和相关的土地利用模式,卫星传感器可以描述它们。



主要作者:Nicholas M.Short,高级电子邮件: nmshort@nationi.net