可快速關注我們
全球地表覆蓋變化監測動態
捷克的乾旱——來自遙感視角的解讀
水安全遙感應用：數量、質量和極端事件監測
淺海水域遙感應用——50年回顧和未來方向
捷克的乾旱---來自遙感視角的解讀
關鍵詞：捷克、乾旱、土壤水分、遙感監測
專家稱捷克長時間的乾旱天氣為「500年來最嚴重的乾旱」。科學家們正在使用歐洲航天局(ESA)衛星數據來監測該國乾旱情況。荷蘭VanderSat公司製作的最新地圖顯示了捷克共和國最近的乾旱程度。如下圖顯示，與過去六年（2015-2020）同期的平均觀測值相比，2020年4月10日至5月10日的土壤溼度狀況比平時更為乾燥。一些地區與平均水平相比有30%的差異，其中奧洛穆茨（Olomouc）和烏斯蒂（Ústí）地區似乎受影響最大。
圖1. 2015年至2020年間4月10日至5月10日土壤水分平均狀況
圖2. 2020年4月10日至5月10日捷克土壤水分情況圖
圖3. 2020年4月10日至5月10日捷克土壤水分差異百分比
這些圖像序列顯示了近期乾旱的程度。據可靠評論，與平均水平或我們認為的「正常」條件相比，如乾旱持續整個夏季，那麼春季30%的差異對農業和自然都是災難性的。
乾旱是主要的自然災害，具有廣泛的經濟、社會和環境影響。在全球範圍內，嚴重的乾旱被認為是對農民的頭號威脅——經常危及農作物產量和生意。氣候變化正在加劇世界許多地方的乾旱，增加其發生頻率、嚴重程度和持續時間。預計2020年將是有記錄以來最熱的一年，因此乾旱監測至關重要。
VanderSat公司使用來自ESA的SMOS衛星和歐盟的哥白尼前哨任務數據，結合來自美國宇航局（NASA）和日本航天局（JAXA）任務的數據，測量全球土壤溼度。這些數據可以幫助農民確保並保護自己免受特定目標地區農業乾旱的影響。該項工作相關負責人表示，衛星土壤溼度數據是全球農業乾旱保險的關鍵，並廣泛用於支持農業實踐。因為歐洲航天局SMOS衛星和哥白尼哨兵號任務的數據，我們的土壤溼度服務才得以實現。
圖4. 在軌的SMOS衛星
ESA的SMOS任務經理Klaus Scipal表示，經過10年的在軌運行，SMOS仍處於非常健康的狀態，繼續提供著高質量的數據來支持農業相關企業等許多行業。SMOS在不到三個小時的感測中即可提供其96％的數據，這使Vandersat這樣的公司可將其觀察結果立即提供給農業相關企業。
SMOS於2009年啟動，是ESA的地球探測（Earth Explorer）任務之一，該任務構成了「活星球」（Living Planet）計劃的科學研究要素。SMOS衛星搭載了一種新型幹涉輻射計，可以捕獲「亮度-溫度」圖像。這些圖像用於每三天繪製一次全球土壤溼度圖，在約50 km的空間解析度下達到4％的精度，相當於能檢測到混入一小把土壤中一茶匙量水。
原文來源：
http://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/SMOS/Czech_Republic_drought_visible_from_space
水安全遙感應用：數量、質量和極端事件監測
關鍵詞：水安全、遙感、水質、水量、乾旱、洪水
水資源對地球生命的可持續性至關重要。隨著人口的增長和氣候變化，必須有效評估這些資源的安全性。在過去的五十年中，衛星遙感已成為了解地球和大氣過程的必不可少的部分。衛星傳感器具有在全球範圍內提供數據的能力，與地面或機載傳感器的採集相比成本更低。近年來，科學界藉助衛星遙感技術取得了重大進展，鑑於這些努力，本文針對一篇全面概述遙感在評估水安全的作用的論文提煉了其中的主要觀點和結論。
該論文回顧了遙感在解決水安全的三個關鍵方面中的作用，即：水質、水量（地表和地下水資源）以及水文氣候極端事件。研究表明，衛星數據為上述監測提供了令人鼓舞的結果。衛星測量能夠增加觀測網絡來繪製全球水資源圖，利用遙感數據估算水質參數、河流流量、水庫監測、地下水存儲以及繪製極端事件的地圖，可提供與水的可利用量的相關及有價值的信息，從而改善該地區的水安全。
在水質評估中，考慮了四個水質參數，即葉綠素-a濃度（Chl-A），總懸浮物濃度（Total Suspended Solids，TSS）、透明度（Secchi Disk Depth，SDD）和有色可溶性有機物（黃色物質）（Colored Dissolved Organic Matter，CDOM）。為了建立水質參數和光譜反射率之間的統計關係, 越來越多地使用來自Landsat、MODIS、OrbView-2（SeaWiFS）、MERIS、Sentinel-2和Hyperion數據。水質監測所需的遙感數據集缺乏廣泛可用性，給估算值增加了很大不確定性，強烈需要進一步改善數據。此外，大多數算法本質上是經驗性的，這需要精確的參數化，該參數化會隨水體的光學特性而變化。近年來，還嘗試將多光譜數據與高光譜傳感器數據合併以準確確定水質參數。
在水量評估中，概述了三個方面，即流量估算、陸地水儲量(TWS)和水庫。衛星測高數據集最常用於估算河流和水庫中的水位。不同高程數據集組合對於流量估算和儲層監測大有用途。早期的測高儀因佔地面積較大只能繪製大型河流和水庫地圖。但最近的數據集（例如Jason-2，Jason-3和Saral）已能夠監視寬度不一的小河。此外，結合其他與河流寬度和路徑有關的遙感數據，可顯著改善河流水位估計。除了高度計數據集外，還可從遙感數據集獲得與水表面積、河道坡度、平均河道寬度和河流速度有關的輔助數據，並用於水力方程式估計流量。SWOT衛星將在估算河流流量和蓄水量方面提供重大進展。為監測陸地水儲量（TWS）的變化，通常會使用GRACE（重力衛星）雙衛星任務，GRACE數據還用於繪製地下水變化和地下水枯竭圖。GRACE數據的一個主要局限是其低解析度，這限制了它在大陸範圍的應用，但目前也在努力將陸地水儲量（TWS）進行細分類以開展水文研究。
在極端事件的應用中，衛星遙感可用於氣象、農業、水文和地下水乾旱分析。遙感降水ET數據（包括土壤蒸發和植物蒸騰兩方面,英文為Evapotraspiration,簡稱為ET)是陸面生態過程的關鍵參數,也是流域水循環研究和水資源管理最重要的分量之一。其長期記錄有助於利用標準化降水指數（SPI）和標準化降水蒸散指數（SPEI）等指數進行氣象乾旱分析。目前，正努力將農業乾旱期間受影響的變量，如ET、LST以及土壤溼度和植被，合併為乾旱指數。此外，還從統計的角度嘗試得出了多變量乾旱指數。隨著GRACE衛星發射，遙感在水文和地下水乾旱分析方面的作用也越來越受歡迎，GRACE的陸地水儲量（TWS）評估可用於制定水文和地下水乾旱指數。因此，遙感信息已成為乾旱預報的重要組成部分，從衛星中獲得的近實時水文氣象觀測資料也正在用於饑荒預警系統。由於遙感產品能夠覆蓋更大的空間範圍，因此它們被用於區域乾旱分析，通常評估乾旱的強度、持續時間、頻率、嚴重程度和面積等特徵是具有優勢的。但是，同一變量的遙感產品之間的系統差異可能會影響結果，因此應謹慎選擇合適的產品。
該文針對遙感在水資源安全監測方面還提出了如下展望：
一是大多數水質參數，如有色可溶性有機物（黃色物質）（CDOM）和透明度（SDD），都是通過總懸浮物來表示的。需要改進傳感系統和反演方法，以便能夠在全球尺度上直接探測到這些參數。
二是關於流量估算，大多數研究僅限於湄公河、剛果河、亞馬遜河、恆河和雅魯藏布江等大型河流的流量監測。儘管這項研究仍在提高流量測量精度，但也應致力於開發一個監測框架，以實現在全球範圍內各種寬度的河流流量監測。此外，在監測有水庫的跨界河流問題上也存在挑戰。SWOT衛星預計將推進解決這些問題。
三是目前的測高儀時間解析度較低(大約幾十天)，這使監測河流面臨挑戰，克服這一局限的一個方法是融合多衛星信息。此外，由於大多數測高儀的目的是監測海洋表面，需要解決它們在監測內陸水體時受到的陸地回聲幹擾的局限性。
四是GRACE和GRACE-FO衛星提供了包括地表水和地下水資源在內的陸地水儲量的寶貴信息。應努力縮小這些產品的尺度，使其在灌溉和飲用水供應等領域的應用多樣化。
五是洪水監測可通過使用多星組合應用來進一步改善，這些衛星可以解決洪水事件期間的雲層覆蓋、空間重建解決方案和跨越時間等問題。
六是因對作物生長的根區土壤水分供應了解有限，量化農業乾旱的解剖結構仍然是一個挑戰。因此，有必要提高我們對不同類型環境中土壤水分信號的理解，以改善農業用水管理。遙感產品的不斷發展，以及將其納入陸地表面模型，可以產生根區土壤水分產品，從而改善農業乾旱管理。此外，遙感土壤水分產品可以擴大覆蓋全球土壤水分赤字的能力，並且可以極大地補充稀疏的土壤水分網絡。衛星遙感產品的製圖能力為區域到國家範圍內乾旱的發生和演變打開了一個新窗口。
七是在描述乾旱特徵時，需要結合水文氣象變量在不同時間尺度上的表現信息。應在利益相關者之間促進遙感數據的發展和共享與結合，通過整合乾旱事件的多變量性質來改善水安全，這對於世界許多地方的數據稀缺地區尤其重要。
八是上述幾個方向上的進步需要努力發展科學技術以獲得超時空解析度的遙感產品。諸如歐空局的土壤水分和海洋鹽度衛星（SMOS-HR），致力於對陸地和海洋上的土壤水分進行全球觀測之類的仍處於概念階段的項目研發將進一步滿足這一要求。
原文來源：
http://9.rm.cglhub.com/detail_38502727e7500f261dc58c85e5718467e7e5a87bdbae8dc01921b0a3ea255101c944b624736f9e858a9bb65de13a19ecdc5299d1ac7134a10f4912d50115ca42382fb217ed493c2c669b9e4b364fd14e?
原文作者：
Ila Chawla; L. Karthikeyan; Ashok K. Mishra
淺海水域遙感應用——50年回顧和未來方向
過去幾十年，技術進步擴大了在繪製淺海水底棲生物棲息地和水深測量中遙感技術的應用範圍。另一方面，淺海水域遙感的需求也推動了儀器的發展。本文針對一篇水遙感測量的論文進行了提煉。
該文獻結論之一說明了從熱帶到亞北極地區以及從鹹水到淡水的淺海水域主要生物群的光譜特徵都是一致的。淺海底棲生境製圖和水深測量的基本限制因素是水分子對光的吸收。但是，水分子的光譜吸收是水深推導的關鍵。粒子引起的反向散射以及溶解有機物的吸收都是混雜因素。結合使用海底特徵的光譜和紋理特徵以及我們對這些特徵的了解，現在已經能夠應用遙感技術繪製大型海岸系統的棲息地地圖。該文認為光學淺海水遙感已基本達到了使不同終端用戶(包括國際海事組織)接受衛星遙感獲取的水深和底棲生境圖的水平，並經常用於生態研究、監測和沿海環境管理。
該文將淺海水域遙感測量技術和應用分析的幾個發展方向可歸納為：
一是擴大衛星衍生測深法（Satellite Derived Bathymetry，SDB）的使用。利用實地調查很難獲得世界所有沿海地區高頻次的水域深度圖。高空間解析度衛星星座已經提供了大量高時間解析度的數據。因此，預計在不久的將來衛星衍生測深法（SDB）的使用將不斷擴大。但將SDB的產品納入國際海道測量組織（IHO）的標準帶來的挑戰，也會使水文界對SDB的接受受到阻礙。
二是頻繁使用免費中解析度數據。利用遙感手段繪製沿海和內陸水域的水深和/或水底類型通常是一次性的個案研究，因為獲取具有高時間頻率的高解析度圖像成本高昂。免費的中解析度數據（如10 米解析度的Sentinel-2 MSI圖像）的頻繁可用，為繪製以前不可能實現的底棲生物棲息地提供了新的可能性。
三是發射具有極高空間解析度（<5m）的小衛星星座。這將進一步增加從簡單製圖研究轉向過程研究和近實時監測的機會，其數據更容易獲得，因為它可以租用而不是購買整景。
四是應制定更廣泛意義上的底棲生物多樣性指數，而不僅僅是描述少數關鍵物種的存在或缺失。
五是對底棲生境在碳循環中的作用進行適當解釋。全球氣候觀測系統已將海洋生境特性定義為54個關鍵氣候變量（ECVs）之一。珊瑚礁和海草床位列ECV產品之中。
六是淺海水域遙感方法也可拓展於深水和實驗室研究。近年來，高光譜光學影像在水產研究中的應用越來越廣泛。例如，高光譜成像儀已被用於繪製深海底棲動物棲息地的地圖，實驗室或現場採集的亞毫米級圖像可用於研究水生動植物的生理學。
七是被動光學遙感方法將進一步擴大廣泛的應用範圍。
原文來源：
http://9.rm.cglhub.com/detail_38502727e7500f2638a53c90ffd8bd77e69ccf2a8980659a1921b0a3ea255101c944b624736f9e85e423f2eab43b040680bc11fbc9044982497c8af42d360ad739d80d4429052a7b94288a32f1e54757?&apistrclassfy=1_5_2
原文作者：
Tiit Kutser; John Hedley; Claudia Giardino; Chris Roelfsema; Vittorio E. Brando
來源：國土衛星遙感應用中心
原標題：《全球地表覆蓋變化監測動態（水資源）》
閱讀原文