中蒙典型跨境灾害遥感监测与传播路径预测方法研究

Mongolia located on the north of China where natural disasters occurs frequently and the disaster prevention and mitigation capacity is weak. Consequently cross-border disasters have a direct threat to the ecological barrier of northern China. Transmission speed and threat of Jas's larch inchworm forest diseases, grassland locust plague and grassland fire disaster of cross-border are great which have great harm to human live (Mongolian jas's larch inchworm has spread to hundred kilometers from Great Khingan). It is of importance to carry out remote sensing monitoring and propagation path prediction research on cross-border disaster. This project is proposed to 1) carry out multi-source remote sensing research of jas's larch inchworm disaster and loss rate of leaf, 2) carry out research of grassland locust plague migration path prediction based on hyper spectral and spatial remote sensing data, and 3) carry out research of the grassland fire trace extraction under the cloud and the spreading tendency forecast based on microwave remote sensing. The extraction method of leaf loss rate proposed in this project will put forward the monitoring method of leaf loss rate. Locust population density remote sensing estimation model is a progress of remote sensing application technology. Grassland fire trace extraction method based on high resolution microwave remote sensing data under the cloud can resolve a problem in monitoring of fire. The successful implementation of this project is important for providing a technical support for establishment of cross-border disasters monitoring system.

蒙古国处于我国上风上水地区，自然灾害频发，防灾减灾能力弱，跨境后直接威胁我国北方生态屏障。雅氏落叶松尺蠖灾害、草原蝗灾、草原火灾跨境传播速度快、危害巨大，亟待解决，刻不容缓（蒙古国雅氏落叶松尺蠖已传播到距我国大兴安岭百余公里），开展上述中蒙跨境灾害遥感监测与传播路径预测研究势在必行。本申请拟开展基于多源遥感的雅氏落叶松尺蠖灾害全过程和失叶率监测方法、基于高分遥感数据的草原蝗灾等级划分技术与迁移路径预测方法、基于微波遥感的云下草原火迹提取技术与蔓延趋势预测方法研究。本申请提出失叶率微波遥感提取方法，是对失叶率监测的一种技术突破；建立蝗灾虫口密度遥感估算模型，是遥感应用技术的一种进步；提出基于高分辨率微波遥感数据的云下草原火迹特征提取方法，是解决云下火点监测难题的一种新思路。上述研究将为建立中蒙跨境灾害业务化监测体系提供技术储备，同时为我国与其他邻国的跨境灾害监测提供示范，具有重大战略意义。

本项目以草原火灾、森林病虫害、蝗灾和沙尘暴等中蒙典型的跨境灾害为研究对象，开展了基于多源遥感的雅氏落叶松尺蠖灾害全过程和失叶率监测方法、基于高分遥感数据的草原蝗灾等级划分技术与迁移路径预测方法、基于微波遥感的云下草原火迹提取技术与蔓延趋势预测方法和沙尘暴跨境移动路径预测方法等研究，获得了以下结果。.在草原火灾方面研究了云下草原过火区的微波散射机理，重点分析了草原表面粗糙度、介电特性和含水量等地物参数变化对目标后向散射系数的影响以及微波图像纹理特征的变化规律。在此基础上结合可燃物因子、气象因子、地形因子等，提出了一种基于改进的模糊C均值聚类（FCM）算法对雷达图像进行无监督变化检测方法。开发了基于新一代静止气象卫星的草原火实时监测预警在线平台。.在森林病虫害方面研究了林木冠层反射光谱、生化参量和表观参量等，揭示了虫害全过程光谱响应特征。建立了雅氏落叶松尺蠖灾害不同阶段高光谱判别模型、失叶率估测模型、冠层颜色判别模型，落叶松针叶叶绿素含量估测模型和含水率估测模型。对雅氏落叶松尺蠖暴发区域空间特征分析基础上构建了虫害暴发区预测模型预测了潜在地理分布区。.在蝗灾方面开展了基于遥感影像的蝗灾大尺度监测、生境因子与气象因子对蝗虫的爆发的影响等研究，建立了蝗虫虫口密度与NDVI之间的关系模型，基于蝗虫生境因子适宜阈值，分别构建了蝗虫在产卵期、越冬期、孵化期、发育期四个生理阶段的适宜性评估模型及蝗虫发生密度和面积的气象预测模型。.在沙尘暴方面收集了东亚地区1978-2020年697多个地面气象观测站的逐3小时沙尘天气数据以及气压、风向风速和气温降水等相关气象数据，统计分析了东亚沙尘暴时空分布特征，分析了蒙古国和中国北方地区26个沙源的沙尘来源及影响区域以及移动路径；并利用新一代静止气象卫星数据，提取了准确率较高的Dust RGB沙尘信息，并通过地面观测数据和模型进行了验证。扩展分析了中蒙草原区域的下垫面对沙尘的影响。