塔里木河流域生态遥感监测系统简述

[摘要] 生态环境遥感监测系统作为塔里木河流域水量调度管理系统的一个子系统, 通过对塔里木河流域“四源一干”生态环境现状调查, 建立一套实用、先进的生态环境因子遥感专题信息提取系统, 为综合评价工程实施的生态效应, 为塔里木河流域水资源科学调度和生态保护提供强有力的支持。

[关键词]塔里木河; 生态环境; 遥感

中图分类号: X 835 文章标识码: B 文章编号: 1009- 0088(2010) 04- 0061- 02

0 引言

为了使塔里木河干流生态用水有较大增加, 下游绿色走廊的自然生态状况明显改善, 除了采取大量的工程手段外, 必须利用先进的科学技术手段实施一系列非工程措施予以配合, 对塔里木河“四源一干”流域进行生态环境遥感监测, 掌握塔河流域生态环境信息,实现对塔里木河流域水量的科学调度。

1 建设内容及实现

1. 1 建设内容

生态环境遥感监测子系统是以遥感和GIS技术为主要手段, 通过对塔里木河流域“四源一干”生态环境现状调查, 建立一套实用、先进的生态环境因子遥感专题信息提取系统, 同时, 以一定的年限为监测周期更新遥感数据, 动态监测近期综合治理工程调水方案实施后生态环境的恢复和改善情况, 为综合评价工程实施的生态效应, 为塔里木河流域水资源科学调度管理和生态保护提供强有力的支持。

1. 2 总体设计及实现

根据塔里木河流域“四源一干”生态环境状况及遥感监测的特点, 系统结构主要采用C /S结构, 软件系统的主要功能在C/S结构下实现。

2 系统技术流程设计

2. 1 遥感数据源

2. 1. 1遥感数据类型

本系统生态环境遥感监测分3个层次分别拟采用低空间分辨率、高时间分辨率的MOD IS卫星数据进行1：50万比例尺宏观监测, 中空间分辨率的Landsat7的TM /ETM和中巴地球资源卫星(CBERS)数据进行1：10万比例尺监测, 高空间分辨率的SPOT 数据和QUICKB IRD 数据对重点地区1：1万比例尺详细监测。

(1)MOD IS 图像。全称为Moderate- Resolution Imaging Spectro radiometer, 即中等分辨率成像光谱仪。与以往的遥感数据相比, MODIS是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器, 它的数据改善了许多性能, 改进了AVHRR 数据的空间分辨率, 将其最大分辨率提高到250m, 比SPOT、TM 和AVHRR 有更高的光谱分辨率, 达到了36个波段。MOD IS的波段较窄, 使得近红外波段的水汽吸收区被剔除, 而红外波段对叶绿素更敏感, 这将大大改进NDV I的质量。具有以下突出特点。

(2) ETM 数据。陆地卫星Landsat7的ETM 数据具有15m的地面分辨率和16 d的重复覆盖周期, 每景地面覆盖范围是185×185 km2, 具有8个较窄的光谱段, 应用领域涉及到了地质、地貌、森林、草原、土地利用、土壤、水文、生态环境等多种研究, 是目前国内遥感界应用最为广泛的遥感数据。

(3) CBERS 数据。中巴地球资源一号卫星(CBERS- 1) 1999年发射成功, 结束了我国长期依赖国外卫星遥感数据的历史。其谱段选择与Landsat7相近, 空间分辨率达19. 5m, 经处理的图像信息可满足1：10万比例尺的制图要求。中巴地球资源卫星在北京、广州、乌鲁木齐3处设有地面接收站, 数据来源有保证, 同时实行低收费制度, 随着后续星的发射, 有可能作为Landsat7卫星的替代数据源。

( 4) SPOT 卫星数据。SPOT5 卫星数据单景覆盖范围60×60 km2, 重复覆盖周期26 d, SPOT 有5个较窄的、更适宜的光谱段, 图像空间分辨率全色模式为2. 5m, 在可见光、近红外波段为10 m, 在中红外波段为20m。由于SPOT数据信息的光谱分辨率、空间分辨率较高, 针对性较强, 因而可以根据不同应用目的,进行多种组合处理和专题提取, 大大扩大了它在环境、地质等方面的应用范围。

(5) QU ICKB IRD 数据。QU ICKB IRD 卫星成像宽度为16. 5 km, 标准景为16. 5 km×16. 5 km, 其空间分辨率达0. 61 m, 是重点区生态环境大比例尺(1：1万)遥感监测的理想数据源。

2. 1. 2遥感数据时相

(1)植被。ETM 图像选取7~ 8月的数据, 个别图像质量不好的或缺失的采用CBERS数据代替。SPOT图像和QU ICKB IRD 图像选取每年7~ 8月份的数据。

(2)土地沙漠化。选取7~ 8月的ETM 图像数据(要求每一景数据中的含云量< 5% )作为土地沙漠化调查的主要时相, 监测土地沙漠化程度及其面积的变化状况。

(3)土壤盐渍化。在塔里木河流域, 春季返盐季节, 盐渍土表层结盐壳或盐皮, 地表光滑, 其光谱反射率要比其它土壤强, 且盐分含量越高, 光谱反射能力越强。土壤盐渍化遥感监测选用春季( 2、3月)的ETM图像为基础信息源。

(4)土地利用。选取7~ 8月的遥感信息源(要求每一景ETM 中的含云量< 5% ) , 作为土地利用动态监测的主要信息源。

2. 2 监测范围

2. 2. 1植被监测范围

植被长势MODIS宏观监测范围包括塔里木河流域四源一干地区; 植被覆盖度及植被类型现状调查主要针对塔里木河干流中下游进行调查内容包括植被覆盖度、植被类型。采用的遥感信息源包括2002年7、8月份ETM /TM、2003 年7、8 月份SPOT5、QU ICKBIRD卫星图像数据。其中ETM /TM 主要用于大范围的植被调查; SPOT5卫星图像数据主要用于中下游重点地区(乌斯满和喀尔达依各一景)植被类型及其覆盖度监测。

2. 2. 2土地沙漠化监测范围

沙漠化是指在干旱多风的沙质地表环境中, 由于过度地人为活动破坏了脆弱的生态平衡, 使原非沙漠的地区出现了以风沙活动为主要特征的类似沙漠景观, 造成了土地生产力下降的环境退化过程。

2. 2. 3土壤盐渍化监测范围

塔里木盆地是一个封闭的内陆盆地, 土壤普遍积盐, 形成大面积的盐土。由于水资源利用不合理, 排灌不配套等原因, 塔里木河流域内灌区土壤次生盐渍化也十分严重, 尤以干流上游表现最为突出。本次主要针对塔里木河干流上游进行土壤盐渍化遥感调查和监测。

2. 2. 4土地利用监测范围

土地利用遥感监测的范围包括塔里木河四源一干地区, 其目的是通过监测流域土地利用面积和种植结构的变化, 合理分配水资源定额, 既要保障绿洲垦区用水的需求, 又要满足下游生态需水, 使下游绿色走廊带生态得到逐渐恢复。因此监测范围为塔里木河四源一干区。2. 2. 5地表温度、洪水淹没监测范围

利用低空间分辨率、高时间分辨率的MOD IS图像对塔里木河流域四源一干地区地表温度、洪水淹没进行长期宏观观测。

3 结语

文章结合遥感在塔里木和流域水量调度管理系统中实际工作的情况, 对生态环境遥感监测系统具备的功能, 结构, 数据组织及其实现的关键技术进行了研究和探讨, 系统结构主要采用C/S 结构, 以MOD IS、TM /ETM、CBERES、SPOT、QU ICKB IRD 等遥感图像为信息源, 结合GIS技术和基础地理信息, 通过对生态环境背景因素分析和野外踏勘, 建立知识库, 对塔里木和流域的生态环境信息进行提取, 补充更新综合数据库中的生态环境数据, 完成塔里木河流域的生态环境变化监测。