自然灾害遥感:事实和数字

刘易斯:西安

西安刘易斯解释了遥感可以用来帮助管理自然灾害和强调正在进行的努力和障碍。

严重geo-physical或气候事件,包括地震、火山爆发、泥石流、干旱、洪水、飓风和火灾威胁的人或财产,被称为自然灾害。

当他们破坏人们的生存和生计,成为自然灾害。世纪之交以来,紧急事件数据库(EM-DAT)记录平均每年有397的灾难。

发展中国家遭受超过95%的死亡造成的自然灾害(参见图1)。他们的高人口密度和基础设施落后,加上不稳定的地形和暴露于恶劣天气事件,使他们特别脆弱。

遥感获取地球信息科学的使用远程工具,如卫星——对于灾害管理本质上是有用的。卫星提供准确,在大面积频繁和瞬时数据在世界任何地方。当灾难袭来,遥感通常是唯一的方法来查看发生了什么在地上。

图1所示。自然灾害的受害者人数1976 - 2005每100000名居民源:EM-DAT

就在去年(2008年)、自然灾害影响2.14亿人,死亡235000多和成本超过1900亿美元。[1]

自然事件无法避免,但潜在的灾害可以“管理”通过四周期的生命损失最小化缓解、准备、响应和恢复(见附表1)。

框1:四灾难周期 缓解。长期努力防止危险灾害或使他们更少的破坏性。这些包括结构性措施如建立防洪堤坝或加固建筑物,以及风险评估和土地使用规划等非工程措施。 准备。在灾难发生时进行规划,包括发展传播策略,早期预警系统,储备物资。 响应。一场灾难后实施计划。这包括动员应急服务、协调搜救、映射损害的程度。 复苏。恢复一个地区,通常通过重建和恢复,然后回到缓解措施。 图2:灾害管理周期

角色的遥感

遥感在灾害管理中有许多用途,从造型和漏洞分析、风险预警、损失评估(见表1)。

灾难	缓解	准备	响应	复苏
强热带风暴	风险模型; 漏洞分析。	早期预警; 远程气候模型。	识别逃生路线; 危机的映射; 影响评估; 飓风监测; 风暴潮预测。	损失评估; 空间规划。
干旱	风险模型; 脆弱性分析; 土地和水资源管理规划。	天气预报; 植被监测; 作物需水量的映射; 早期预警。	监测植被; 损伤评估。	通知干旱缓解。
地震	建筑物的评估; 风险映射。	测量应变积累。	搜索和救援计划路线; 损失评估; 疏散规划; 变形映射。	损失评估; 确定网站的康复。
火	映射易燃区域; 监测油量; 风险模型。	火灾探测; 预测扩散/火的方向; 早期预警。	协调消防工作。	损伤评估。
洪水	映射的洪水易发地区; 描述泛滥平原; 土地使用映射。	洪水检测; 早期预警; 降雨映射。	洪水的映射; 疏散规划; 损伤评估。	损失评估; 空间规划。
滑坡	风险模型; 风险映射; 数字高程模型。	监测降雨和边坡稳定。	映射受灾地区;	损失评估; 空间规划; 建议管理实践。
火山	风险模型; 风险映射; 数字高程模型。	排放监测; 热警报。	映射熔岩流; 疏散计划。	损失评估; 空间规划。

表1:遥感方法可以帮助灾害管理

许多类型的用于地球观测卫星,但他们看到的区域,和频率的观测,各不相同。两个互补的类型尤其相关灾害管理。极轨卫星飞在相对较低的轨道上(通常是在离地面1000公里左右),提供相对较高的空间分辨率。但他们只收集数据在同一点每隔几天。

地球同步卫星定位在一个更高的高度(约36000公里)。他们在相同的轨道绕地球飞行速度地球地轴自转,实际上剩下的固定地面和查看下面的整个地球的磁盘。收集他们的空间数据粗得多,但在同一点每15分钟。

每个卫星携带一个或多个传感器在不同波长进行测量。许多灾害监测是有用的——热传感器现场活跃的火灾、红外传感器可以捡起洪水,微波传感器(穿透云层和烟)可以用来测量地球变形之前和期间地震或火山喷发(见表2)。

波长	波段	有用的	例如传感器
可见	0.4 - -0.7毫米	植被的映射	现货;陆地卫星TM
		建筑物评估	AVHRR;MODIS;IKONOS
		人口密度	IKONOS;MODIS
		数字高程模型	紫菀属植物;棱镜
近红外	0.7 - -1.0毫米	植被的映射	现货;陆地卫星TM;AVHRR;MODIS
		洪水的映射	MODIS
短波红外	0.7 - -3.0毫米	水蒸气	播出
热红外	3.0 -14毫米	活跃的火灾探测	MODIS
		烧伤疤痕映射	MODIS
		热点	MODIS;AVHRR
		火山活动	亥伯龙神
微波(雷达)	-100 - 0.1厘米	地球变形和地面运动	Radarsat特区;PALSAR
		降雨	气象卫星;微波成像仪(TRMM)上
		河道流量和体积	amsr - e
		洪水映射和预测	amsr - e
		表面风	QuikScat雷达
		3 d风暴结构	降水雷达(TRMM)上

表2:不同的波段灾害管理的应用程序

首字母缩略词:卫星倒l 'Observation de la特(现货);主题映射器(TM);先进的高分辨率辐射计(AVHRR);中分辨率成像光谱仪(MODIS);先进星载热发射和反射辐射仪(ASTER);全色遥感立体测图仪(棱镜);合成孔径雷达(SAR);相控阵类型l波段SAR (PALSAR);热带降雨测量任务(TRMM);全球降水测量(GPM); Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E); Atmospheric Infrared Sounder (AIRS)

预测饥荒

它造成干旱,饥荒是一个主要的灾难在发展中国家,特别是非洲。与许多自然灾害、饥荒集缓慢,通常可以预测提前几个月。

长期气候预测,来自卫星观测,可以帮助建立各种场景之前或在早期种植季节。整个赛季,卫星降雨数据可以帮助监测生长条件和预测土壤水分。在本赛季结束后,satellite-observed植被可以用来检查可能作物生产和产量。[2]

的饥荒预警系统网络(FEWS NET),由美国国际开发署资助,通过卫星监控食品安全。它使用植被指数,计算出传感器包括AVHRR, MODIS和上点,监测植被活力和密度和发现问题的发展变化。

它估计降雨使用气象卫星红外数据,加上雨量计报告和微波卫星观测,以水文模型系统和天气模式如何影响农业。beplay下载官网西西软件FEWS NET也比较降雨趋势随着时间的推移。

结合卫星数据与区域分析价格、粮食店,政治条件和农业投入,FEWS NET在干旱时提供有效的早期预警可能带来食品短缺。

FEWS NET并不是唯一主动使用卫星数据进行干旱和饥荒的预测和监控。的全球食品安全的监控由欧洲航天局(ESA)资助的,同样提供了撒哈拉以南非洲饥荒的早期预警。

农业、水文和气象计划(AGRHYMET)在西非,东非的气候预测与应用中心(ICPAC)由东非政府间发展管理局,和南部非洲发展共同体区域遥感装置在南非也做类似的工作。

反应问题在这个世界的一部分——获取信息的决策者,然后为实现一个救援计划——与其说预测。

洪水监测

洪水的卫星也可以警告,通知响应和恢复工作。

卫星等热带降雨雨量监测任务可以测量和地图,帮助预测暴雨和洪水。哨兵亚洲- 51组织来自18个国家的团队提供遥感数据通过互联网容易解释信息预警和洪水灾害评估整个亚洲。

它使用了达特茅斯洪水天文台(柴油)的河流看洪水检测和测量系统,基于amsr - e数据,绘制洪水灾害和灾害管理者发出警告,当河流的低洼地区居民可能决堤。

NASA还使用柴油分析流域洪水sensorWeb世界各地。sensorWeb的角色是自动提醒即将到来的洪水灾害管理者和政府机构。

它检测到异常河排放和卷柴油活跃的阿特拉斯的大洪水。这个触发请求如高分辨率的MODIS卫星数据在感兴趣的领域。然后立即处理和转发到科学家和地方感兴趣的合作伙伴。[3]

SensorWebs同样与其他灾害,包括火山,火灾和沙尘暴——他们只是需要不同的卫星数据,这取决于变量监控。

火山sensorWeb为例,利用MODIS和AVHRR检测基于热警报的火山活动。看起来很热的位置及不同周边地区(但不亮)。警报引发美国宇航局Hyperion卫星传感器的观测,在热红外高度敏感。

火的映射

热警报从MODIS sensorWeb也在一场火灾。MODIS快速反应系统提供每日卫星图像接近实时数据收集(几小时)。这些识别热点和触发请求其他卫星收集活动火上的附加信息。

和MODIS产生全球活动火灾消防地图显示过去十天(参见图3)。这个活跃的火映射系统所使用的各种火灾监测项目,包括哨兵亚洲,全球消防监控中心和区域可视化监控系统SERVIR,涵盖了拉丁美洲和加勒比地区。

图3:MODIS全球消防图9到18 8月,2009年

MODIS也是南非的一个关键的组成部分先进的消防信息系统(AFIS),用于检测的热点地区。数据加上风矢量信息计算活动火灾的轨迹。AFIS使用信息来驱动一个自动报警系统来警告人们发生火灾时(见火灾:卫星,通过电话警告)。

地震响应

目前,地震是很难预测的。但是遥感可以改善预测使用干涉合成孔径雷达(InSAR)。这种技术结合两个或两个以上连续的雷达图像测量它们之间的地面运动非常准确,在几厘米的规模(甚至毫米)。InSAR乐器,如PALSAR已经经常使用后地震损伤评估和地面运动和变形的程度。

遥感真正发挥作用在促进地震后紧急救援和评估损害。高分辨率可见光图像从任何数量的卫星可以帮助搜救队绕过城市,以及提高估计的经济损失。

世界机构的行星地震监测和风险降低(WAPMERR)使用遥感来提高知识构建股票——例如数量和建筑物的高度。高分辨率图像也可以帮助风险映射来指导建筑规范和防灾策略。

框2:四川地震 2008年5月地震里氏7.9 -自1976年以来最强烈的地震袭击了中国四川省。它造成超过87000人死亡,影响到大约4500万在10个省份。大约1250万只动物死亡,超过2600万座建筑被毁(约500万遭受全面崩溃)。经济损失估计为850亿美元。[1] 巨大的灾难,暴雨,该地区的偏远,余震和山体滑坡的风险复杂快速反应的努力。遥感数据在这场危机成为不可或缺的。 中国国家减灾中心(NDRCC)带头使用卫星数据支持紧急救援。在半小时内的地震产生的第一个地图的伤害。在接下来的几周,NDRCC收到22和处理近1300个图像传感器来监测和评估。一些中国专家在世界各地政府部门和映射支持工作。 遥感帮助救援人员和识别和减轻额外的威胁。山体滑坡形成的自然大坝超过30河流、洪水和泥石流的危险增加,唐家山堰塞湖形成的大坝被困水威胁130万人。[4]卫星图像帮助监控这些水坝和直接疏散工作。 地震后的数据也被用于长期研究旨在帮助了解地震周期和错误的行为。欧中团队下ESA-funded龙2项目,例如,使用了InSAR数据测量变形和地图地面位移地震期间和之后(参见图4)[5]。 图4:InSAR图像变形期间和之后的2008年5月四川地震。彩虹条纹显示地面位移地震期间和之后。信贷:Jianbao阳光、IGCEA地震学和地质、3号,2008年

应对飓风

气象学家已使用卫星图像监控风暴数十年。例如,世界气象组织的热带气旋计划使用卫星观测,结合气象测量和建模,产生强热带风暴警告。

这些估计风暴的位置、方向和速度,最大风速,地区可能会受到影响,可能风暴潮。这些政府官员计划问题,河港口当局,公众、海岸警卫队、非政府组织和气旋准备计划在世界各地。

孟加拉湾是特别容易受到飓风(见在印度洋气旋:事实和数字),和印度使用卫星数据在项目的准备和响应。

该国Kalpana-1和INSAT-3A卫星携带的传感器收集气象数据可见,近红外、短波红外。这些提供数据云运动,海洋表面温度和降雨量。[6]一个飓风预警中心网络分析数据,然后问题及时的警告即将到来的飓风。飓风警告给信息本身以及可能造成的伤害和建议的行动。

当飓风威胁时,中心位置发布公告,每小时风速、压力和发展特征。

平等机会?

联合国联合国非洲经济委员会(ECA)认为,及时获得遥感数据是区域可持续发展的有力工具。[7]和原则上,遥感提供了发达国家和发展中国家同样的质量和频率的数据。但成本仍然是一个障碍。[7]

若干举措正在努力克服这个问题。例如,国际宪章空间与重大灾害——成立于1999年,现在签署了近20个空间机构和组织提供免费的数据对任何国家遭受自然灾害。一旦灾难降临,任何授权用户,包括民事保护机构、救援服务和国防部门,可以调用单个数量和请求参与卫星获取图像在受灾地区。

洪水在塞内加尔的国际宪章》帮助9月2日,布基纳法索今年9月17日。紧急请求收到RADARSAT near-immediate数据和位置。

但国际宪章只能激活一个灾难发生之后,所以没有缓解,帮助发展中国家获得数据规划和准备。

这不是唯一的力量更好的卫星数据。的全球对地观测系统”(综合),由政府管理的对地观测组织(GEO),支持卫星访问在灾害管理周期的所有阶段。综合促进从成千上万的通用技术标准,以便数据可以组合成不同的乐器一致的数据集。

综合还负责全球地球观测数据传播系统——一个全球网络的通信卫星和替代网络传播渠道,让环境数据灾害管理者(和其他人)。beplay足球体育的微博它提供了来自各种卫星的数据包括气象卫星、地球同步运行环境卫星(GOES),泰拉和地方区域中心在欧洲,非洲和亚洲通过一个小接收站。beplay足球体育的微博这些中心然后传播数据当地利益相关者使用数字视频广播。

哨兵亚洲和SERVIR其他综合观测的主要组件。和地理方面作出了很大努力说服个人空间机构免费发布他们的数据。两年前,它宣布中巴地球资源卫星免费(CBERS)会将其图像。

新兴的地理在开普敦部长级峰会去年晚些时候,美国国家航空航天局宣布,它将完整的档案,和未来的数据,从陆地卫星自由。决定了遥感数据在世界各地成千上万的用户。在声明后的第一个月,陆地卫星分布超过200000的场景——大约比此前每年平均十倍。

2009年6月,日本经济产业省,贸易和工业和美国国家航空航天局30米分辨率的全球数字高程模型来源于的先进星载热发射和反射辐射仪(ASTER)综合,使它自由访问。

当然,这都是免费提供的数据,通过互联网,但是对于非洲等地区,仍然受到低速网络和低带宽、访问仍然是一个问题。

国产卫星

一些发展中国家已经投入巨资在地球观测和通讯技术,并推出了自己的卫星——或者卫星星座——监控和应对自然灾害和灾害。

CBERS是巴西和中国之间的合作始于1988年。在一起,他们已经建立了两个卫星携带仪器监测地球资源,致力于构建另一个两个。CBERS被广泛誉为成功的一个主要模型在空间技术和南南合作,除此之外,有助于控制火在亚马逊地区。

阿尔及利亚、中国和尼日利亚都拥有和控制自己的卫星,的一部分灾害监测星座(DMC)——七个多光谱卫星网络(与陆地卫星)由英国的萨里卫星技术。他们是等距的围绕地球提供每日的成像能力。他们的数据生成地图和信息以帮助救灾工作。和DMC伙伴签署了国际宪章。

印度也有一个广泛的空间研究项目,由印度空间研究组织(ISRO)。它包括一套遥感卫星——印度遥感卫星系统(IRS)——第一个是在1988年推出。印度的国家应急管理数据库使用国税局图像提供洪水地图,救援支持地图,地图和路堤破坏影响洪水频率的地图。国税局的数据还可以跟踪飓风,预测他们的登陆,给海啸早期预警。

印度的灾难管理支持项目,还推出了的空间,对所有的自然灾害。使用国税局和其他数据,它提供产品,如风险地图,早期预警,和脆弱性指标,但也关注决策者之间建立关系,国际组织机构应对灾害和应急操作。

建立这样的本土解决方案需要严肃的投资在技术和能力——投资仍然缺乏在许多发展中地区。例如,在非洲,在大多数国家遥感基础设施(南非)外遭受金融资源的严重短缺,技术专长和政治承诺。

一些国家在非洲大陆有活跃的空间规划,和许多决策者根本不承认遥感的发展作为一个有用的工具。

一些国际组织正致力于改善这种情况。的联合国灾害管理与应急反应天基信息平台(UN-SPIDER)运行区域研讨会,为各个国家提供技术建议。去年(2008)他们向布基纳法索技术团队建议政府如何包括太空技术在他们的国家计划。

区域组织也发挥他们的作用。在过去的十年中,非洲环境的遥感协会beplay足球体育的微博一直在推动培训。和最近的举措等在非洲大学减灾网络(UNEDRA)目标大学是提高遥感研究中心和协作。

的时机成熟了吸引发展中国家的研究人员和政策制定者在遥感灾害管理。数据和软件成本直线下降,信息通信技术迅速发展,工具,如谷歌地球开始决策者都怀着对卫星图像。

西安刘易斯调试编辑。净,遥感的伦敦大学博士学位。