博鱼体育全球地表覆盖变化监测动态（水资源）

　　博鱼体育专家称捷克长时间的干旱天气为“500年来最严重的干旱”。科学家们正在使用欧洲航天局(ESA)卫星数据来监测该国干旱情况。荷兰VanderSat公司制作的最新地图显示了捷克共和国最近的干旱程度。如下图显示，与过去六年（2015-2020）同期的平均观测值相比，2020年4月10日至5月10日的土壤湿度状况比平时更为干燥。一些地区与平均水平相比有30%的差异，其中奥洛穆茨（Olomouc）和乌斯蒂（Ústí）地区似乎受影响最大。

　　这些图像序列显示了近期干旱的程度。据可靠评论，与平均水平或我们认为的“正常”条件相比，如干旱持续整个夏季，那么春季30%的差异对农业和自然都是灾难性的。

　　干旱是主要的自然灾害，具有广泛的经济、社会和环境影响博鱼体育。在全球范围内，严重的干旱被认为是对农民的头号威胁——经常危及农作物产量和生意。气候变化正在加剧世界许多地方的干旱，增加其发生频率、严重程度和持续时间。预计2020年将是有记录以来最热的一年，因此干旱监测至关重要。

　　VanderSat公司使用来自ESA的SMOS卫星和欧盟的哥白尼前哨任务数据，结合来自美国宇航局（NASA）和日本航天局（JAXA）任务的数据，测量全球土壤湿度。这些数据可以帮助农民确保并保护自己免受特定目标地区农业干旱的影响。该项工作相关负责人表示，卫星土壤湿度数据是全球农业干旱保险的关键，并广泛用于支持农业实践。因为欧洲航天局SMOS卫星和哥白尼哨兵号任务的数据，我们的土壤湿度服务才得以实现。

　　ESA的SMOS任务经理Klaus Scipal表示博鱼体育，经过10年的在轨运行，SMOS仍处于非常健康的状态，继续提供着高质量的数据来支持农业相关企业等许多行业。SMOS在不到三个小时的感测中即可提供其96％的数据，这使Vandersat这样的公司可将其观察结果立即提供给农业相关企业。

　　SMOS于2009年启动，是ESA的地球探测（Earth Explorer）任务之一，该任务构成了“活星球”（Living Planet）计划的科学研究要素。SMOS卫星搭载了一种新型干涉辐射计，可以捕获“亮度-温度”图像。这些图像用于每三天绘制一次全球土壤湿度图，在约50 km的空间分辨率下达到4％的精度，相当于能检测到混入一小把土壤中一茶匙量水。

　　水资源对地球生命的可持续性至关重要。随着人口的增长和气候变化，必须有效评估这些资源的安全性。在过去的五十年中，卫星遥感已成为了解地球和大气过程的必不可少的部分。卫星传感器具有在全球范围内提供数据的能力，与地面或机载传感器的采集相比成本更低。近年来，科学界借助卫星遥感技术取得了重大进展，鉴于这些努力，本文针对一篇全面概述遥感在评估水安全的作用的论文提炼了其中的主要观点和结论。

　　该论文回顾了遥感在解决水安全的三个关键方面中的作用，即：水质、水量（地表和地下水资源）以及水文气候极端事件。研究表明，卫星数据为上述监测提供了令人鼓舞的结果。卫星测量能够增加观测网络来绘制全球水资源图，利用遥感数据估算水质参数、河流流量、水库监测、地下水存储以及绘制极端事件的地图，可提供与水的可利用量的相关及有价值的信息，从而改善该地区的水安全。

　　在水质评估中，考虑了四个水质参数，即叶绿素-a浓度（Chl-A），总悬浮物浓度（Total Suspended Solids，TSS）、透明度（Secchi Disk Depth，SDD）和有色可溶性有机物（黄色物质）（Colored Dissolved Organic Matter，CDOM）。为了建立水质参数和光谱反射率之间的统计关系, 越来越多地使用来自Landsat、MODIS、OrbView-2（SeaWiFS）、MERIS、Sentinel-2和Hyperion数据。水质监测所需的遥感数据集缺乏广泛可用性，给估算值增加了很大不确定性，强烈需要进一步改善数据。此外，大多数算法本质上是经验性的，这需要精确的参数化，该参数化会随水体的光学特性而变化。近年来，还尝试将多光谱数据与高光谱传感器数据合并以准确确定水质参数。

　　在水量评估中，概述了三个方面，即流量估算、陆地水储量(TWS)和水库。卫星测高数据集最常用于估算河流和水库中的水位。不同高程数据集组合对于流量估算和储层监测大有用途。早期的测高仪因占地面积较大只能绘制大型河流和水库地图。但最近的数据集（例如Jason-2，Jason-3和Saral）已能够监视宽度不一的小河。此外，结合其他与河流宽度和路径有关的遥感数据，可显著改善河流水位估计。除了高度计数据集外，还可从遥感数据集获得与水表面积、河道坡度、平均河道宽度和河流速度有关的辅助数据，并用于水力方程式估计流量。SWOT卫星将在估算河流流量和蓄水量方面提供重大进展。为监测陆地水储量（TWS）的变化，通常会使用GRACE（重力卫星）双卫星任务，GRACE数据还用于绘制地下水变化和地下水枯竭图。GRACE数据的一个主要局限是其低分辨率，这限制了它在大陆范围的应用，但目前也在努力将陆地水储量（TWS）进行细分类以开展水文研究。

　　在极端事件的应用中，卫星遥感可用于气象、农业、水文和地下水干旱分析。遥感降水ET数据（包括土壤蒸发和植物蒸腾两方面,英文为Evapotraspiration,简称为ET)是陆面生态过程的关键参数,也是流域水循环研究和水资源管理最重要的分量之一。其长期记录有助于利用标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）等指数进行气象干旱分析。目前，正努力将农业干旱期间受影响的变量，如ET、LST以及土壤湿度和植被，合并为干旱指数。此外，还从统计的角度尝试得出了多变量干旱指数。随着GRACE卫星发射，遥感在水文和地下水干旱分析方面的作用也越来越受欢迎，GRACE的陆地水储量（TWS）评估可用于制定水文和地下水干旱指数。因此，遥感信息已成为干旱预报的重要组成部分，从卫星中获得的近实时水文气象观测资料也正在用于饥荒预警系统。由于遥感产品能够覆盖更大的空间范围，因此它们被用于区域干旱分析，通常评估干旱的强度、持续时间、频率、严重程度和面积等特征是具有优势的。但是博鱼体育，同一变量的遥感产品之间的系统差异可能会影响结果，因此应谨慎选择合适的产品。

　　一是大多数水质参数，如有色可溶性有机物（黄色物质）（CDOM）和透明度（SDD），都是通过总悬浮物来表示的。需要改进传感系统和反演方法，以便能够在全球尺度上直接探测到这些参数。

　　二是关于流量估算，大多数研究仅限于湄公河、刚果河、亚马逊河、恒河和雅鲁藏布江等大型河流的流量监测。尽管这项研究仍在提高流量测量精度，但也应致力于开发一个监测框架，以实现在全球范围内各种宽度的河流流量监测。此外，在监测有水库的跨界河流问题上也存在挑战。SWOT卫星预计将推进解决这些问题。

　　三是目前的测高仪时间分辨率较低(大约几十天)，这使监测河流面临挑战，克服这一局限的一个方法是融合多卫星信息。此外，由于大多数测高仪的目的是监测海洋表面博鱼体育，需要解决它们在监测内陆水体时受到的陆地回声干扰的局限性。

　　四是GRACE和GRACE-FO卫星提供了包括地表水和地下水资源在内的陆地水储量的宝贵信息。应努力缩小这些产品的尺度，使其在灌溉和饮用水供应等领域的应用多样化。

　　五是洪水监测可通过使用多星组合应用来进一步改善，这些卫星可以解决洪水事件期间的云层覆盖、空间重建解决方案和跨越时间等问题。

　　六是因对作物生长的根区土壤水分供应了解有限，量化农业干旱的解剖结构仍然是一个挑战。因此，有必要提高我们对不同类型环境中土壤水分信号的理解，以改善农业用水管理。遥感产品的不断发展，以及将其纳入陆地表面模型，可以产生根区土壤水分产品，从而改善农业干旱管理。此外，遥感土壤水分产品可以扩大覆盖全球土壤水分赤字的能力，并且可以极大地补充稀疏的土壤水分网络。卫星遥感产品的制图能力为区域到国家范围内干旱的发生和演变打开了一个新窗口。

　　七是在描述干旱特征时，需要结合水文气象变量在不同时间尺度上的表现信息。应在利益相关者之间促进遥感数据的发展和共享与结合，通过整合干旱事件的多变量性质来改善水安全，这对于世界许多地方的数据稀缺地区尤其重要。

　　八是上述几个方向上的进步需要努力发展科学技术以获得超时空分辨率的遥感产品。诸如欧空局的土壤水分和海洋盐度卫星（SMOS-HR），致力于对陆地和海洋上的土壤水分进行全球观测之类的仍处于概念阶段的项目研发将进一步满足这一要求。

　　过去几十年，技术进步扩大了在绘制浅海水底栖生物栖息地和水深测量中遥感技术的应用范围。另一方面，浅海水域遥感的需求也推动了仪器的发展。本文针对一篇水遥感测量的论文进行了提炼。

　　该文献结论之一说明了从热带到亚北极地区以及从咸水到淡水的浅海水域主要生物群的光谱特征都是一致的。浅海底栖生境制图和水深测量的基本限制因素是水分子对光的吸收。但是，水分子的光谱吸收是水深推导的关键。粒子引起的反向散射以及溶解有机物的吸收都是混杂因素。结合使用海底特征的光谱和纹理特征以及我们对这些特征的了解，现在已经能够应用遥感技术绘制大型海岸系统的栖息地地图。该文认为光学浅海水遥感已基本达到了使不同终端用户(包括国际海事组织)接受卫星遥感获取的水深和底栖生境图的水平，并经常用于生态研究、监测和沿海环境管理。

　　一是扩大卫星衍生测深法（Satellite Derived Bathymetry，SDB）的使用。利用实地调查很难获得世界所有沿海地区高频次的水域深度图。高空间分辨率卫星星座已经提供了大量高时间分辨率的数据。因此，预计在不久的将来卫星衍生测深法（SDB）的使用将不断扩大。但将SDB的产品纳入国际海道测量组织（IHO）的标准带来的挑战，也会使水文界对SDB的接受受到阻碍。

　　二是频繁使用免费中分辨率数据。利用遥感手段绘制沿海和内陆水域的水深和/或水底类型通常是一次性的个案研究，因为获取具有高时间频率的高分辨率图像成本高昂。免费的中分辨率数据（如10 米分辨率的Sentinel-2 MSI图像）的频繁可用，为绘制以前不可能实现的底栖生物栖息地提供了新的可能性。

　　三是发射具有极高空间分辨率（5m）的小卫星星座。这将进一步增加从简单制图研究转向过程研究和近实时监测的机会，其数据更容易获得，因为它可以租用而不是购买整景。

　　四是应制定更广泛意义上的底栖生物多样性指数，而不仅仅是描述少数关键物种的存在或缺失。

　　五是对底栖生境在碳循环中的作用进行适当解释。全球气候观测系统已将海洋生境特性定义为54个关键气候变量（ECVs）之一。珊瑚礁和海草床位列ECV产品之中。

　　六是浅海水域遥感方法也可拓展于深水和实验室研究。近年来，高光谱光学影像在水产研究中的应用越来越广泛。例如，高光谱成像仪已被用于绘制深海底栖动物栖息地的地图，实验室或现场采集的亚毫米级图像可用于研究水生动植物的生理学。

　　本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布博鱼体育，仅代表该作者或机构观点，不代表澎湃新闻的观点或立场，澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问。