2021 年黑龙江省汛期卫星遥感水情精细化监测服务

吴 琼， 赵梦然，薄 宇

（1.黑龙江省生态气象中心,黑龙江 哈尔滨 150030；2.黑龙江省气象台，黑龙江 哈尔滨 150030）

1 引言

2021 年黑龙江省汛情呈现出明显的极端性，汛情发生早、范围广，洪水量级大，历时长。 洪水影响范围涉及黑龙江、嫩江、松花江等多个流域，省内多个水文站水位超过警戒水位或保证水位。 卫星遥感技术具有覆盖范围广、监测频次高、变化直观等优势，利用风云气象卫星进行水体监测已经成为目前国内监测的重要手段之一[1-3]，但每种卫星监测又有其自身的不足。 面对洪涝重特大灾害，单一的监测手段难以满足灾害监测需求[4],黑龙江省生态气象中心打破传统单一监测模式，加强技术提升，利用风云卫星、高分卫星和雷达卫星等多星组网，同时拓展数据源，扩大监测区域，综合多种方式，点面结合密切跟踪洪峰发生发展动态， 开展汛期卫星遥感水情精细化监测服务。

2 数据来源

卫星遥感数据来源为佳木斯气象卫星地面站接收的我国风云三号 （FY-3）D 星、B 星卫星数据、NOAA14 卫星数据，通过中国资源卫星应用中心下载国产高分卫星数据， 从哥白尼开放数据中心下载哨兵一号雷达卫星数据，同时通过决策部门获取水利、水文等信息数据。

3 水情精细化监测分析方法

3.1 多源卫星综合监测

图1 2021 年7 月12 日与2021 年7 月9 日黑龙江爱辉至逊克段水体面积对比专题图

图2 2021 年6 月24 日与2021 年6 月8 日黑龙江鸥浦至三道卡水体面积对比专题图

图3 2021 年8 月25 日与2021 年8 月13 日松花江哈尔滨段水体面积对比专题图

在汛期水情监测服务中应用卫星监测分析遥感应用系统(SMART2.0)、高分辨率卫星应用资料气象应用软件、卫星天气应用平台(SWAP2.0)等软件，统一技术标准，根据洪峰发生发展动态，采用风云卫星、高分卫星和雷达卫星等多星组网监测。 风云卫星监测范围广、时间频率高；高分卫星空间分辨率高，监测精度可达米级[5]；雷达卫星可以穿透云层，克服云雨障碍。 经过多星组网，数据融合，可以实现全天候，点面结合的精密监测模式。 如图(1-3), 分别采用了FY3D/MERSI 气象卫星 （250 m 分辨率）、 高分卫星（GF1，16 m 分辨率）和欧洲哨兵一号雷达卫星（10 m分辨率）对黑龙江、松花江部分江段进行了水体监测分析。

3.2 序列化、标准化监测

根据经纬度信息对黑龙江省境内外水体区域进行了标准化区块划分。 采用5°*5°分割法，将黑龙江省境内以及俄罗斯境内的结雅水库、结雅河、布列亚河等区域水体分割成七块（W01-W07）（图4），通过修改Smart2 配置文件， 对卫星遥感数据自动分割投影。 根据重点水体监测区域，进行卫星遥感精细化判识，实现监测序列化、标准化，大幅提高产品制作与发布效率。 据统计2021 年水情监测服务产品120份，较2020 年增加了92 份。

图4 黑龙江省境内外水体标准化区块图

3.3 跨部门数据融合

深化多部门信息共享共建， 主动对接水利水文部门， 利用GIS 软件通过建立各流域水文站矢量数据，在水情监测制图中，以信息提取方式首次引入超警戒水文站点数据， 实现遥感和地理信息数据的集成，在防汛决策服务中取得良好效果，被引入全国天气会商业务中。

3.4 境内外水体协同监测

与黑龙江接壤的俄罗斯境内结雅水库、结雅河、布列亚河和布列亚水库水情变化对黑龙江中下游汛情影响非常显著。 中心密切关注境内外水体变化，制作结雅水库精细矢量， 建立汛期卫星遥感长序列数据集。 开展历史上重大洪涝灾害对比监测，最早对比数据可追溯到1998 年。 图5 为利用风云三号气象卫星2021 年6 月22 日与2013 年6 月23 日数据对黑龙江上游俄罗斯境内结雅水库水体面积和黑龙江省境内各主要流域水体进行对比监测分析。

图5 2021 年6 月22 日与2013 年6 月22 日黑龙江境内外水体对比监测图

3.5 本地化应用卫星遥感定量产品

黑龙江上游俄罗斯境内气象站点稀少， 且无雷达资料可寻， 利用气象卫星遥感资料所推导出的降水产品可以大大弥补常规气象观测的不足， 为天气预报提供更为丰富的降水信息。 在2021 年的汛期服务中， 生态中心引进国家卫星气象中心开发的卫星降水估计产品进行本地化应用， 制作黑龙江上游区域降水估计产品， 进一步丰富和完善了卫星遥感水情监测服务材料。

3.6 区域精细化主动服务地市

充分响应黑龙江省气象局提出的“1+N”区域精细化服务理念， 在汛期气象服务中进行1+N 产品分解定制化服务，为沿江的大兴安岭、黑河、齐齐哈尔、鹤岗、伊春、佳木斯等6 个受洪峰影响的市（地）提供精细化决策服务材料32 份。

4 结论和探讨

相对于前期单一的风云卫星水体遥感监测，目前黑龙江省生态气象中心所采用多种手段相结合的综合监测方式，服务更具时效性、精细化、针对性，在防灾减灾气象服务保障中发挥了重要作用， 取得良好的社会效益，为抗洪抢险、科学调度提供了决策依据。

目前数据来源主要依托佳木斯气象卫星地面站传输的风云系列数据， 高分卫星和哨兵卫星等高分辨率卫星在数据获取上仍存在一定困难， 下载时间慢，重访周期长，对服务时效有一定影响。 另外，水利、水文数据获取也存在问题，希望在后续工作中进一步加强部门合作，畅通信息获取渠道，深度融入地方防灾减灾指挥体系， 全面提升汛期气象服务保障工作能力。