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美国最新“2021-2026年野火科学战略规划”(节选)
关键词:火灾科学、卫星遥感
美国近期发布“2021-2026年野火科学研究战略规划”。美国地质调查局(USGS)的火灾科学任务是为开展土地管理和应急管理的各级组织和个人生产和提供有价值的火灾科学信息、工具和产品,以形成决策支撑。其火灾科学研究的关键点包括:开展火灾动态及其对生态系统影响的研究;开展灾后危害和影响评估;开发可长期、高质量应用于火灾研究和管理的国家级地理信息和遥感数据系统和产品。
该规划由四个重点优先领域构成,每个优先领域都有相关目标及具体计划:
优先领域1:构建最先进、最具可操作性的火灾科学技术方法。为当前和未来的火灾和土地管理决策提供科学分析、数据信息和工具支撑,加深对与火灾和与火灾响应有关的地球系统过程和模式的理解。
优先领域2:使各相关方融入火灾科学研究与成果交付的全过程。在火灾研究的全生命周期中使用科学合作的方法来发展和保持与各相关方的有效、持续合作,确保美国地质调查局的火灾研究平台和科学成果与火灾及土地管理决策息息相关且能被有效利用。
优先领域3:与公众就美国地质调查局在火灾科学领域的能力、产品和信息等开展有效沟通。开展策略性管理沟通,以有效构建内外部关键利益相关者对美国地质调查局野火科学研究及各类决策支持工具的认识和获取能力。
优先领域4:增强美国地质调查局对火灾科学的组织结构和先行支持,改善美国地质调查局与其内外部合作者在火灾科学工作中的生产、协调与合作能力。
为聚焦业务相关内容,本文重点编译了该战略规划“优先领域1”中的“目标4”。该部分内容针对火灾管理决策支撑所需的卫星遥感数据及专题信息、新一代技术、重点研究方向、灾害评估等方面进行了详细阐述:
“优先领域1”--目标4:开发最先进的工具和决策支持系统,使土地管理、火灾管理和应急管理局及相关合作伙伴获得必要的火灾信息。
美国地质调查局与美国森林服务中心(USFS)、联合火灾科学计划(JFSP)、美国国家航天局(NASA)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)、高校和其他科学组织以及火灾、土地和资源管理者开展合作,以生成可以帮助社区、各洲及联邦政府机构的火灾科学信息、数据和工具。各方对数据、工具和决策支持的需求随着每个新的火灾季节的到来和新技术的发展而迅速发展。因此,美国地质调查局积极投身相关研究,旨在将正确的信息于适当的时间以最符合需求的方式传递到决策者手中。主要策略有以下四点:
一是维护和扩展地理空间数据,以支持应对野火事件和规划。目前,美国地质调查局一直持续开展国家陆地成像计划(National Land Imaging Program),这是用于火灾科学的地理空间信息和陆地成像数据及衍生模型的主要来源。美国地质调查局运行Landsat系列地球观测卫星,并和美国宇航局共同管理其长时序、高质量的陆地卫星存档数据,提供例如火烧迹地和燃烧概率这样的衍生产品。美国地质调查局是“燃烧强度趋势监测项目”(MTBS)的关键合作伙伴,利用1984年至今的卫星遥感数据持续生成了美国土地上所有大型火灾火烧强度图和范围图。美国地质调查局也是美国火灾和资源管理规划项目(LANDFIRE)的合作方,这是美国森林服务中心和美国内政部之间的一个共享项目,提供遥感数据衍生的国家级地理空间数据产品,以支持各种跨界建模、规划、管理和操作。下图(图1)就是一个基于LANDFIRE项目生成的火灾情况模拟分组图,根据不同的火灾重现间隔和火烧强度将火灾分为五组,体现出了该区域的历史火灾情况与等级。
图1:基于LANDFIRE项目生成的火灾情况分组图
在美国地质调查局国家民用应用中心的协调下,对火灾应用类的卫星数据进行处理,可增强一些地区的火灾探测和周边地图绘制能力。不断扩大的地理空间数据和技术支持需求包括:开发新的传感器和平台以改进火灾探测与制图水平,利用人工智能和机器学习技术将火灾风险、火势、火灾特性等关键过程及对土地、水、动植物和人类社区的影响等进行关联,形成先进的综合模型,提供快速、实时的信息。
二是提高对火灾后山洪和水质危害的预测能力,包括为下游供水商提供应对策略。美国地质调查局进行了以下关键性调查:火灾后沉积物、营养物和污染物向水生系统迁移的作用(即水质影响)调查;火灾后的洪水以及土壤性质变化引起的下渗水和含水层补给变化调查;以及自然生态系统恢复和人为植被重建在减轻水危害方面的长期有效性调查。
三是深入开展泥石流灾害和风险评估。开展有助于模拟受降水和景观特征影响产生火灾后泥石流可能性的相关应用研究。通过反复评估、监测火灾后恢复情况,可为用于评估社区灾害脆弱性的泥石流概率模型提供有效输入,为泥石流灾害评估、国家及州政府的应急响应与管理以及美国气象局发布泥石流警报等提供支持。
四是拓展与野火相关的生物量和碳建模研究。通过评估对近期野火产生的温室气体排放量,在一系列气候、土地利用和土地覆盖变化条件下,对未来潜在山林野火、生物量消耗和温室气体排放量等进行模拟估算,形成火灾对全球气候系统的重要反馈,并为土地管理和政策制定提供重要信息。
五是继续积极参与下一代火灾测绘和建模科学技术研发。重点支持以下领域的持续研发:针对特别是在非森林生态系统中的火势和火灾影响的改进模型研发;针对非森林生态系统和对人类和环境健康至关重要排放物(例如石棉、金属、灰烬和复杂的有机化合物)的烟雾排放和扩散模型研发;使用云计算、机器学习和新的传感器网络和平台来增强火灾测绘、监测和预测能力方面的研发。
原文、图片及相关素材:
https://www.mtbs.gov/
https://www.landfire.gov/
https://pubs.er.usgs.gov/publication/cir1471
美国宇航局(NASA)遥感数据助力美国农业部(USDA)新型土壤湿度应用研究
关键词:卫星遥感、土壤湿度
美国农业部国家农业统计局(NASS,USDA)联合美国宇航局(NASA)和乔治梅森大学(George Mason University)合作开发了一种可使使用者直接获取NASA高分辨率土壤湿度数据的“作物状况和土壤水分分析工具”(Crop CASMA)。该工具能够方便用户获取NASA的土壤水分主被动探测卫星(SMAP)和中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星的高分辨率数据。土壤水分数据对于农业和自然资源部门的专业人员来说至关重要,将土壤水分数据与其他数据结合起来,可规划作物种植、预测产量、开展干旱或洪水跟踪监测以及完善天气预报结果。据悉,Crop CASMA与其他土壤湿度测量方法相比,空间覆盖更广且空间符合性更高。土壤湿度是农业产量和生产力的一个非常重要的信息,该工具将为利用美国宇航局遥感数据指导湿度条件和水资源可用性的预测提供支持。
Crop CASMA的部分主用户将是美国农业部国家农业统计局的研究人员和统计学家,他们每周发布“作物进展报告”,将各州划分为水分急缺、短缺、充足、过剩等类别,并追踪农作物的健康状况和生长进度,以帮助农民和农场管理者开展工作。下图所示为Crop CASMA利用NASA数据绘制的美国土壤湿度图,可为私人用户提供免费获取高分辨率数据的机会,这些数据可帮助规划春播、跟踪自然灾害的灾后损失、开展作物健康监测等。
图1. Crop CASMA利用NASA数据绘制的美国土壤湿度图
Crop CASMA系统由乔治梅森大学的空间信息科学与系统中心(CSISS)、美国宇航局戈达德航天飞行中心和美国宇航局南加州喷气推进实验室(JPL)合作开发。JPL为NASA管理SMAP卫星,戈达德航天飞行中心生产SMAP卫星9公里根系层和1公里表层土壤湿度产品。Crop CASMA在线工具由乔治梅森大学的空间信息科学与系统中心(CSISS)负责和维护,由美国国家农业统计局(NASS)的研发部门运行。这项工作也得到了美国宇航局西部水应用办公室(WWAO)和美国宇航局(NASA)陆地水文项目的支持。WWAO的使命是改善美国西部干旱地区的水资源管理方式,Crop CASMA正是一系列水资源项目的一部分,这些项目利用遥感技术,为水资源管理提供干旱、农业、积雪和供水等问题的新型解决方案。Crop CASMA的相关合作也是美国农业部和美国宇航局近期签署的一项更大的旨在共同合作加强农业和地球科学研究的协议中的一部分。
原文、图片等相关素材:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-data-powers-new-usda-soil-moisture-portal
http://cloud.csiss.gmu.edu/Crop-CASMA/
https://www.nass.usda.gov/Publications/National_Crop_Progress/
印度土壤制图现状简介
关键词:卫星遥感、土壤制图
土地退化制图可用于规划土壤保护/复垦计划、土地利用规划、增加耕地面积以及提高退化土地的生产力水平等。
印度空间研究组织(ISRO)开发和主办的国家地理门户网站“ BHUVAN”(http://bhuvan.nrsc.gov.in/data/download/index.php )提供了盐渍土地和水涝土地的区域分布图及土壤侵蚀地图等。
印度在特定选区进行了1:25000和1:12500比例尺的土壤图绘制研究,并开展了几项示范研究,编制了村级土壤管理所需的1:10000比例尺的土壤图,为宏观养分管理划定了同类管理区。作为国家碳项目的一部分,还开展了精准农业和土壤碳动态研究,为《荒漠化公约》中的相关土地研究提供了关键输入。印度主要基于单视(非立体)目视解译和计算机辅助数字分析方法,利用IRS传感器的卫星数据生成遥感土壤图。在人工编辑解译时利用与地形和土壤相关的地形地貌、岩性和植被类型之间的密切关系进行制图,还会使用相关支持性专题信息对土壤图中例如土地生产力、可灌溉性和适宜性这类的衍生信息进行评估。
一、典型应用
(一)1:50000土地退化图
通过对2005-2006年不同作物季节(例如8月-11月、1月-3月、4月-5月)的IRS LISS-III卫星数据进行目视解译,并在综合有限野外验证信息和土壤化学分析信息的基础上,印度对全国进行了第一轮1:50000比例尺的土地退化图制图工作,描绘了由如水蚀、风蚀、水涝、盐碱化、土壤酸化、人类活动等原因造成的8个土地退化过程,并进一步细化为36个与土地退化有关的类别。
(二)土壤健康卡
土壤健康管理(SHM)是印度国家可持续农业任务(NMSA)下最重要的干预措施之一。SHM旨在通过科学使用化肥及有机肥料和生物肥料促进综合养分管理,改善土壤健康。
二、所用传感器
利用IRS系列卫星(IRS LISS I、II、PAN/Resourcesat LISS III、LISS IV)和高分辨率Cartosat-1 PAN数据),绘制了从1:250000到1:12500不同比例尺的土壤资源、土地利用、土地覆盖和土地退化系列图件。此外,印度还尝试对土壤资源进行数字分类,并利用数字制图技术绘制土壤质地、有机碳、无机碳和容重等特性图,以及利用基于地理信息系统的点插值技术绘制养分状况图。
素材来源:
https://www.nrsc.gov.in/aboutus.html
https://www.nrsc.gov.in/EO_Soils_Application/page_1
https://www.nrsc.gov.in/EO_Soils_Sensors
来源:国土卫星遥感应用中心
编辑:张永超
初审:齐 阳
审核:彭震中