衛(wèi)星監(jiān)測野火

~衛(wèi)星觀測在野火上的應(yīng)用那裡在冒煙！失火了嗎？是有人在燒垃圾呢？還是火山爆發(fā)了？當(dāng)我們看到遠(yuǎn)處有升煙時(shí)，如果不是一縷小小的青煙，不是發(fā)生在空曠的田地裡，不是出現(xiàn)在煙囪頂端，難免教人擔(dān)心是不是失火了。臺(tái)灣不是沒有大規(guī)模野火事件，民國82年在玉山塔塔加鞍部及八通關(guān)分別發(fā)生兩起大火，塔塔加大火波及面積達(dá)299.30公頃(林務(wù)局報(bào)告)，時(shí)隔多年，直到現(xiàn)在仍可看出當(dāng)年大火的痕跡。野感謝閱讀火是全球環(huán)境變遷中很重要的現(xiàn)象，2007年希臘和同年十月加州聖地牙哥的大火，更是引起全球各界加倍的關(guān)注。精品文檔放心下載Discovery製作的RagingPlanet-Fire野火影片中，我們看到了野火一旦引燃後，可能發(fā)生持續(xù)燃燒的種種問題，若是火勢強(qiáng)、延燒速率大、或有強(qiáng)風(fēng)推波助瀾下，地面救火人員及直升機(jī)根本無法靠近火場，難以掌握燃燒的範(fàn)圍及強(qiáng)度，因而燃燒的規(guī)模越大、越難應(yīng)付時(shí)，救火及救難人員緊張及憂慮程度倍增。這時(shí)候衛(wèi)星觀測即成為最實(shí)用的方法，近年來各國紛紛透過衛(wèi)星觀測來監(jiān)測野火，衛(wèi)星監(jiān)測野火的研究逐漸成為控制火場以及火災(zāi)管理的重要依據(jù)。其實(shí)當(dāng)我們透過每天飛翔天際監(jiān)視的衛(wèi)星來看全球時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)地球其實(shí)不僅僅是『水』的行星，同時(shí)也是個(gè)『火』的行星。感謝閱讀應(yīng)用衛(wèi)星如何觀測野火的現(xiàn)象？以下先就「監(jiān)測」正在燃燒的火場、火燒前後的環(huán)境變遷及火燒「危險(xiǎn)度評估」等幾個(gè)階段來說明。感謝閱讀一、火場監(jiān)測：哪裡有火點(diǎn)？火場蔓延範(fàn)圍多大？燃燒速率及強(qiáng)度如何？這一類的問題很需要即時(shí)的情報(bào)，衛(wèi)星可以偵測目前正在燃燒的地區(qū)、燃燒範(fàn)圍大小、燃燒速率、火勢強(qiáng)度，以及產(chǎn)生的微量氣體(包含溫室氣體)、氣膠等汙染微粒，並以最接近發(fā)生的時(shí)間（near-realtime）立即偵測並估算出數(shù)值來。謝謝閱讀各位或許以為衛(wèi)星眼中的火場就是一片火紅的影像，雖然直覺上會(huì)認(rèn)定可見光精品文檔放心下載(0.4–0.7μm)可以看到冒火的地表發(fā)出紅光，但是火場也常因煙霧壟罩，可能遮蔽了地精品文檔放心下載表發(fā)出的艷麗火燄，透過可見光波段感應(yīng)可以看到的是煙以及燃燒之後的地表疤痕，但對於正在冒火的地表反而派不上用場。感謝閱讀仔細(xì)想想地表燃燒的位置和原來的差別，燃燒必定使當(dāng)?shù)氐牡乇頊囟壬仙?。根?jù)韋恩定律，物體表面的溫度越高，輻射出的電磁波波長也越短。因此實(shí)際上火場監(jiān)測最明顯的就是透過紅外線波段來觀測，右圖是2008年一月17日當(dāng)天衛(wèi)星（MODIS）所偵測到的北美洲及中美洲所有火點(diǎn)位置。謝謝閱讀理論依據(jù)：韋恩位移定律地表的溫度約300K，火點(diǎn)的溫度從500K~1400K。根據(jù)『韋恩位移定律』，請計(jì)算：300K的地表最主要的輻射波長(λmax)為火點(diǎn)的溫度若為800K，λmax應(yīng)為火點(diǎn)溫度越高，輻射出的波長紅外線是偵測火場主要的波段：謝謝閱讀near-infrared近紅外線(0.7–1.3μm)、mid-infrared中紅外線(1.3–3.0精品文檔放心下載μm)、far-infrared遠(yuǎn)紅外線(3.0-100μm)，也精品文檔放心下載稱為thermalinfrared熱紅外線.。精品文檔放心下載電磁波譜衛(wèi)星如何感應(yīng)火點(diǎn)？火點(diǎn)及地球上強(qiáng)烈熱源(熔巖流)可以被衛(wèi)星感應(yīng)元件偵測，例如火點(diǎn)的溫度如果高達(dá)200°C(~500K)，該地發(fā)出的輻射就會(huì)有明顯的熱紅外線(3~5μm)，衛(wèi)星裝置上在這個(gè)頻道的元件會(huì)感應(yīng)為很強(qiáng)的亮點(diǎn)。精品文檔放心下載

~Near-IR和mid-IR兩項(xiàng)光源來自太陽，衛(wèi)星所接收的這兩項(xiàng)訊號為地面物體反射太陽輻射的強(qiáng)度；然而熱紅外線則主要是由地面物體輻射出來，輻射的最強(qiáng)波長(λmax)由該物體的溫度決定，地表一般輻射主要波長為8~12μm。~二、調(diào)查火燒前後的環(huán)境變遷一處火場滅了，可能繼續(xù)在鄰近處引燃另一火燒範(fàn)圍，延燒時(shí)日越長造成的火燒規(guī)模也越大，將火場前後日期的衛(wèi)星影像加以對照出疤痕(sacr)，是目前研究野火範(fàn)圍的方法，以量測出來實(shí)際上火場到底有多大面積、火場的地表前後土地表面發(fā)生的改變，甚至也可以接續(xù)後面幾個(gè)月觀測地表(landcover)的變化以大範(fàn)圍調(diào)查火場優(yōu)勢物種。謝謝閱讀燃燒產(chǎn)物製造大量的二氧化碳；燃燒不完全時(shí)，火場的產(chǎn)生汙染的氣膠及溫室氣體更為嚴(yán)重。環(huán)境變遷需要針對火場的煙霧及釋出溫室氣體總量進(jìn)行量測，有許多研究試圖在這方面進(jìn)行評估，估計(jì)生質(zhì)燃燒貢獻(xiàn)的微量氣體包括對流層的臭氧(佔(zhàn)38%)、全球一氧化碳總量的32%、全球甲烷有10%來自生質(zhì)燃燒，同時(shí)有超過20%的H及其他CHCl、CHBr、NOx等等?；饒鏊尦龅母兄x閱讀2 3 3氣膠(aerosols)很有可能對於氣候變遷有更大的衝擊，氣膠直接的影響是將更多太陽光精品文檔放心下載反射回太空；氣膠同時(shí)也是重要的凝結(jié)核，火場增加的氣膠使得雲(yún)生成增加變化，也間謝謝閱讀接影響了氣候變遷。整體來說，燃燒釋出溫室氣體對氣候的改變是增暖，但釋出的氣膠精品文檔放心下載對氣候的影響卻是冷卻效應(yīng)。然而整合溫室氣體的暖化及氣膠的冷卻來進(jìn)行全球氣候變遷的評估，並不是一件簡單的事，由於兩者空間範(fàn)圍的尺度很不同，目前有些相關(guān)的研究正在進(jìn)行，但火場對氣候變遷的重要影響不容置疑，很有必要改進(jìn)火場釋出物質(zhì)的量化評估，並進(jìn)行長期全球火場監(jiān)測，來了解野火在~全球氣候變遷上所扮演的角色。關(guān)於地表覆蓋的植被指數(shù)（NDVI）NormalizedDifferenceVegetationIndex謝謝閱讀計(jì)算方式是利用紅光與近紅外光的反射，能顯示出植物生長、生態(tài)系的活力與生產(chǎn)力等訊息。NIR為近紅外光反射、RED為紅光反射，NDVI之值介於-1到1之間。當(dāng)RED=0時(shí)，有最大值1；反之，當(dāng)NIR=0時(shí)，有最小值-1。數(shù)值愈大表示植物生長愈旺。精品文檔放心下載NDVI=(NIR—RED)/(NIR+RED)感謝閱讀二十世紀(jì)偵測火場的衛(wèi)星火點(diǎn)要達(dá)多大的範(fàn)圍才能被偵測到？要考慮的是衛(wèi)星影像的一般空間解析度。例如MODIS的解析度一般為1km，全球的火場大約有25%達(dá)1km以上，雖然百分比不高，但超過這範(fàn)圍的火場生質(zhì)燃燒總量相當(dāng)於全球80-100%強(qiáng)度，因此達(dá)此範(fàn)圍的火點(diǎn)相當(dāng)重要。謝謝閱讀空間解析度也可以透過不同運(yùn)算方法而獲得更好的效果。NASA應(yīng)用在偵測火場的衛(wèi)星發(fā)射偵測特色sensor空間解時(shí)間解刈寬析度析度swathAVHRR19923.7μm可以代Vis-煙及疤1km1天-表反射性紅外痕線及熱紅外線IR-異常熱的整合。在高於點(diǎn)攝氏200度以上的植被燃燒反應(yīng)靈敏LANDSAT1972偵測地面範(fàn)圍TM(8波段)15-30m16天185km-今廣，TRMM30°S~30°N，0.63-12μm2km可觀測閃電(5波段)GOES同步衛(wèi)星，隨時(shí)Vis-1km每隔監(jiān)測同一地點(diǎn)IR-4km15-30分鐘Terra-MOD19994μm&11μm可見光及1km<1天2200kmIS-今容易分辨450KIR(36波(177°C)和段)~400K(127°C)之差異Terra-Ast

2000

可見光及

15-90m

實(shí)驗(yàn)性

60kmer

-今

IR(14波段)TOMS

為偵測臭氧設(shè)計(jì)，但也是最早

35次/8秒

50-200km偵測出氣膠的衛(wèi)星更深入探究野火的影響，是『碳循環(huán)』及『氮循環(huán)』對於生態(tài)的影響。野火甚至改變了全球『水循環(huán)』。不過在二十世紀(jì)發(fā)射的衛(wèi)星當(dāng)初並未設(shè)計(jì)用來探討這些議題，為了研究上的需求必須應(yīng)用衛(wèi)星觀測野火時(shí)，只能應(yīng)用部分的數(shù)據(jù)來輔助研究。直到1999年發(fā)射的terra及2001年相繼發(fā)射的aqua被設(shè)計(jì)作為全球系統(tǒng)觀測衛(wèi)星(EOS：EarthObservingSystem)之後，才開始有連續(xù)時(shí)間系列的全球系統(tǒng)觀測。之後在二十一世紀(jì)陸續(xù)發(fā)射的衛(wèi)星系統(tǒng)(ESA、日本、加拿大..)，構(gòu)成了一系列衛(wèi)星車隊(duì)，對全球環(huán)境提供時(shí)空密集的全面觀測。感謝閱讀三、火燒「危險(xiǎn)度評估」火場的風(fēng)是助長火勢的主要因素，衛(wèi)星觀測的風(fēng)場數(shù)值對於火場蔓延應(yīng)有很大的幫助。例如2007年十月加州那一場厲火造成2000平方公里面積燒毀、超過88萬人被迫撤離家園，財(cái)產(chǎn)損失估計(jì)接近10億美元（右圖是我國太空中心Formosat-2拍攝的高解析度影像）。加州的大火常和當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)風(fēng)SantaAnawinds有關(guān)。觀測加州沿岸的風(fēng)場對於掌握火勢有很多幫助(右下圖)。然而目前衛(wèi)星只能觀測