基于MODIS数据的秋季作物秸秆焚烧遥感监测研究

谷金英 马冠南

摘 要：本文选取MODIS热异常数据对2017年吉林省中西部地区秋季作物收获期的秸秆焚烧状况进行监测，统计分析该时段内秸秆焚烧火点的时空分布格局。使用遥感卫星手段对农作物秸秆焚烧状况进行监测不仅能为监管部门提供可靠的数据支持，同时能够加强对秸秆焚烧预防和管控的能力。

关键词：遥感监测；MODIS；秸秆焚烧；火点

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180329074

吉林省被誉为世界三大黄金玉米带之一，是我国的主要产粮区，然而每年作物秋收季节，也是秸秆焚烧最严重的时期，虽然相关政府部门采取了多种措施警戒、督查，但各县、乡焚烧秸秆的现象仍屡见不鲜。秸秆焚烧会产生大量的灰尘、烟雾，形成雾霾，不仅威胁公共交通安全，也会危及人类健康。利用卫星遥感技术可以实时、大范围、快速地监测秸秆焚烧的状况，准确地获取火点发生的位置以及不同地区的火点数量，从而为监管部门针对秸秆焚烧治理提供有价值的参考信息。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

MODIS数据有36个观测通道，波段范围宽、监测频率广、靈敏度高[4]，其中MOD14热异常数据可以直接获取使用，是监测分析秸秆焚烧理想的数据源。鉴于此，本研究选取2017年9月30日—10月23日共24d的MODIS热异常产品数据mod14用于火点的提取。利用1：10万吉林省行政区划图、耕地矢量图等数据，对吉林省中西部地区的农用地秸秆焚烧状况进行监测和分析。

1.2 数据处理

由于MODIS数据具有非常详细的经纬度波段信息，不必选取多个地面控制点即可对影像进行精校正[5]，因此MOD14数据的预处理主要是进行投影转换。首先利用ENVI5.3软件读取MODIS数据，通过经纬度信息建立地理查找表GLT文件，进而对MOD14数据进行地理地位。通过ENVI5.3中的ROI阈值工具提取热异常点，保存为shapefile格式，导入到Arcgis软件中，叠加到吉林省行政区划图中，通过裁剪功能提取吉林省中西部地区多天内的火点及热敏感点信息，导入耕地矢量图并与提取的火点图层进行叠加，火点位于耕地范围内的即视为秸秆焚烧点。

2 结果与分析

2.1 火点分布地区

通过MODIS数据处理分析可知，2017年9月30日—10月23日吉林省中西部地区24d内的火点数目为693个，其空间分布情况如图1所示。秸秆焚烧火点涉及22个县市，具体各地级的火点分布情况如表1所示。

从图1可以看出，除了通榆县、乾安县、宁江区、扶余县和桦甸市5个县市没有秸秆焚烧火点外，其他各地县市均有火点分布，从火点分布的空间布局来看，白城市、长春市和四平市是火点分布的主要集中区域，3个地区的火点总数共计634个，占研究区秸秆焚烧火点总数的91%。其中以白城市的洮北区最为突出，火点数目为125，占火点总数的18%，远高于其他县市，其次为洮南市，火点个数为89，占火点总数的12.8%。此外，公主岭市、榆树县和梨树县以及长岭县4个县市的秸秆焚烧现象较其他地区严重，火点个数均大于50。从监测图中还可以看出，其他各地区的火点多集中分布在市、县交界处，这可能是由于在市、县交界处秸秆焚烧监管力度薄弱造成的。从表1中可以看出，不同地市的火点数量存在较大差异，主要原因可能是由于各地方政府对秸秆焚烧监督检查的力度不同。

2.2 火点的时间序列

虽然每年秋收季节各地方政府都会提前部署和督导秸秆焚烧工作，但由于作物收获期秸秆量大，农户收割作物时间不相同等多方面因素，导致秸秆焚烧的现象仍普遍存在。图2列出了2017年9月30日—10月23日遥感监测的秸秆焚烧每日火点个数结果，如图2中所示，监测前期秸秆焚烧现象较少，监测首日有一个火点，监测第2天无火点，从10月3—7日火点个数也较少，分别为3、0、4、2、8个，之后的5d均无火点存在，监测后期火点个数呈现逐渐增多的趋势，除10月14日和16日火点个数较少，分别为9个和4个外，从10月13—17日每日的火点个数均大于等于30个，而从10月18日开始秸秆焚烧进入高峰期，10月18日火点个数为168个，可能由于天气多风的原因，10月19日火点个数骤降为30个，而10月20日火点个数再次飙升为169个，达到整个监测期的最大值，10月21日火点个数略微下降为119个，随后几日秸秆焚烧现象逐渐减少，10月22—24日火点个数分别为29、23、16个，至此2017年秋季作物秸秆焚烧监测结束。纵观整个监测期，2017年吉林省中西部地区秋季作物秸秆焚烧火点主要集中在10月13—24日。监测前期，由于农民忙于集中收割作物，所以秸秆焚烧现象较少，火点数较少且趋于平稳，监测后期作物被大面积收割，同时大量的秸秆没有出口，秸秆剩余量过大，又由于冬季时间长，农民整地的时间短，往往一烧了之，导致秸秆焚烧现象加重，火点个数逐渐增多，随后进入秋收末期，随着秸秆数量的减少，秸秆焚烧的现象也逐渐减少。整个监测期内火点发生的规律与作物收获期基本一致，因此政府应该掌握好农民秋收的时间进度，及时跟进加强禁止焚烧秸秆的宣传力度和监管措施，方可有效地遏制焚烧秸秆的现象发生。

3 结论与讨论

本文使用MODIS热异常产品MOD14数据对2017年吉林省中西部地区秋季作物秸秆焚烧进行监测，提取出研究区内的着火点信息，并对秸秆焚烧火点的数量及时空分布格局进行分析，结果表明与传统人工监测秸秆焚烧方法相比，通过遥感卫星技术手段，可以及时、全面、快速地掌握秸秆焚烧的现状及发展趋势，为各级环境监管部门加强对秸秆焚烧的监察和预警提供可靠的决策依据。

参考文献

[1]毛宇清，李聪，沈澄，等.两次秸秆焚烧污染过程的气象条件对比分析[J].气象，2013（11）：1174-1180.

[2]何立明，王文杰，王桥，等.中国秸秆焚烧的遥感监测与分析[J].中国环境监测，2007，23（1）：42-50.

[3]厉青，张丽娟，吴传庆，等.基于卫星遥感的秸秆焚烧监测及其大气污染影响分析研究[J].生态与农村环境学报，2009，25（1）：1-6.

[4]段凤魁，鲁毅强，狄一安，等.秸秆焚烧对北京市空气质量的影响[J].中国环境监测，2001，17（3）：8-11.

[5]杨磊，潘志强.资源三号卫星多光谱数据的大气校正研究[J].光谱学与光谱分析，2013（7）：1903-1907.

作者简介：谷金英，吉林省农业资源与农业区划研究所研究实习员。