森林火灾监测的那双“慧眼”

虽然卫星遥感正在成为一种越来越流行的监测方法，但许多人可以很容易地获得遥感图像。但毕竟，这只是几十年的知识，相应的传播大多是在专业层面。看似深奥的遥感真理让公众很难理解它的神秘。今天，我利用《大众科学时报》来告诉你一些关于“气象卫星监测森林火灾”的常识。

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以上图像分别是气象卫星监测到的大兴安岭火灾、蔓延、风灾、大火、逐渐减弱和火灾后的卫星图像。

一场大火点燃了“森林卫士”

亚马逊雨林大火的惊人消息已经通过各种渠道在不同程度上得到了解，所谓的“地球之肺”地区的大火让我立刻想起了32年前发生在东北的大兴安岭大火。

1987年5月6日，在黑龙江省肥乡县的春节联欢晚会上，当全国人民从红达河的南北两侧唱起《冬天的一把火》时，一场真正的大火悄悄地降临到了靠近边境的黑龙江省大兴安岭。山脊上的四个林区被烧了28天，101万公顷的森林被吞噬，包括漠河西林吉在内的九个林场被变成焦土。气象卫星记录了新中国成立以来最严重的森林火灾。

在人口稀少的大兴安岭，当时的大火和浓烟使得飞机和其他常规探测方法无法确定火势的范围和强度。消防员是如何知道这片广袤森林中起火点的确切位置的？原来，此时有两只“眼睛”在帮助他们在遥远的太空中工作:火灾当天，气象卫星首先从它收到的云图中发现了火场，并迅速跟踪和监测它。国家卫星气象中心每天以最快的速度处理并向国务院报告监测信息。这些信息成为*灭火决策和指挥的重要依据，为大兴安岭大火的最终扑灭做出了重要贡献，科学粉碎了所谓气功大师阎新发灭火的谣言。国务院领导表示，监测大规模火灾很难用其他方法代替。此后，气象卫星获得了“森林卫士”的美称。

30多年后，这对“眼睛”气象卫星一直在监测地球，捕捉广阔森林和草原上的火花。平均每年向国内林业和农业部门提供大约15000种火灾信息。只要气象卫星的“眼睛”进入一个小至几亩明火、大至数万平方公里的火场，技术人员就会首先提取火场点、火区、火情强度等信息。今天，随着气象卫星的迅速发展及其国际地位的不断提高，其监测服务已经扩展到一带一路国家和世界其他地区。在这场亚马逊雨林大火中，气象卫星还每天巡视灾区的火灾变化。

为什么气象卫星能看到森林火灾？

为什么气象卫星可以监测森林火灾？

这从它携带的“引人注目”的工具开始。最初，卫星携带的探测仪器有特殊的通道来感应红外辐射，而红外辐射对热源特别敏感。一旦发生山火，该通道(近红外)中卫星监测数据的辐射亮度和亮度温度(物体的辐射能值用具有相同辐射量的黑体温度表示)将急剧变化，无火时通道值之间会有明显差异。由于峰值亮度温度会随着温度的升高而向短波方向移动，所以燃点短波波长处的亮度温度高于长波波长处的亮度温度，两个波段之间的亮度温差明显高于背景处的亮度温差。据此，我们可以利用卫星的“醒目”频道来监测热点。至于热点是否是热点，仍然有一个识别过程(目前有计算机自动识别和人工识别两种类型)。

识别基于热点的亮度温度和周围背景的亮度温度之间的差异，以及相邻红外亮度温度差异和周围非火灾区域之间的差异。火灾区域的位置和大小只能在疑似火灾点(如云区、水体、沙漠区和正常热点)被清除后才能确定。从云图上可以清晰地分辨出红色火区、白云、蓝色烟雾、绿色森林和灭火后的灰黑色痕迹。

如何让森林火灾监测的“眼睛”更亮？

科学地说，火灾发生的概率在不同的时间和空间是不同的。中国的森林边缘通常是人口的居住地，容易发生人为火灾。当气象、气候和森林环境条件高度可用时，往往会发生人为火源引发的火灾。因此，准确监测和预测重点地区、重点部位和关键时期的森林火灾非常重要。

我们运用了遥感、地理信息和卫星导航定位技术，在一定程度上发挥了很好的作用。然而，大多数情况下只有在明火发生后才被检测到。扩散路径如何？如何发展和传播？未来如何利用卫星加密观测提高探测时间密度？如何通过提高卫星分辨率找到较小的热点？如何携带新的检测仪器解决云下热点监测？如何利用多卫星和多源数据融合来提高时空精度，是使“眼睛”更加明亮的关键技术。然而，基于各种探测信息的火灾发生时间和地点的预警和预测是“防患于未然”的更为关键的技术。

目前，中国已广泛使用气象卫星监测森林火灾，几乎每一次重大森林火灾事件都逃不过这个空间的“眼睛”。然而，作为一门前沿科学，气象卫星遥感技术也是一门年轻的学科，未来仍有很大的发展空间。我们期待着科学技术的进步，期待着无论我们生活在哪里都不会发生人为灾难性火灾的事实，期待着亚马逊雨林火灾的早日消失，期待着人类和居住在亚马逊的所有动植物的福祉。

(作者曹静，广东气象卫星遥感中心高级工程师，广州科普联盟副主席)