自然灾害的遥感：事实和数字

作者：西安·刘易斯

西安·刘易斯解释如何使用遥感来帮助管理自然灾害并突出持续的努力和障碍。

严重的地理物理或气候事件，包括地震，火山喷发，滑坡，干旱，洪水，旋风和威胁人或财产的火灾，被称为自然危害。

当他们破坏人们的生命和生计时，他们就会成为自然灾害。自世纪之交以来紧急事件数据库（EM-DAT）每年平均记录397次灾难。

发展中国家遭受了由自然灾害造成的所有死亡人数中95％以上（见图1）。他们的人口密度高，基础设施不稳定，再加上不稳定的地形和暴露于恶劣天气事件，使它们特别脆弱。

遥感 - 使用远程仪器（例如卫星）获取有关地球信息的科学 - 对灾难管理本质上是有用的。卫星在世界各地的大区域中提供准确，频繁和几乎瞬时的数据。当灾难袭击时，遥感通常是查看地面上发生的事情的唯一方法。

图1.每10万居民的自然灾害受害者人数1976-2005资源：em-dat

就在去年（2008年），自然灾害影响了2.14亿人，造成超过23.5万人丧生，成本超过1900亿美元。[1]

不能预防自然事件，但是可以“管理”潜在的灾难，以最大程度地减少四部分的缓解，准备，响应和恢复周期（请参阅Box 1）。

方框1：四部分灾难周期 减轻。长期努力防止危害成为灾难或使其造成损害较小的努力。这些包括结构性措施，例如建立洪水堤或加强建筑物，以及非结构性措施，例如风险评估和土地利用计划。 准备。计划灾难罢工，包括制定通信策略，预警系统和库存用品。 回复。灾难后实施计划。这包括动员紧急服务，协调搜索和救援以及绘制损坏程度。 恢复。Restoring an area, often through rebuilding and rehabilitation, then returning to mitigation measures. Figure 2: The disaster management cycle

Roles for remote sensing

遥感在灾难管理中有许多用途，从风险建模和脆弱性分析到预警，再到损害评估（见表1）。

灾难	缓解	Preparedness	回复	恢复
气旋	风险建模； vulnerability analysis.	预先警告; 远程气候建模。	Identifying escape routes; 危机制图； 对影响的评估; 旋风监测； 风暴浪潮预测。	损害评估； 空间规划。
干旱	风险建模； 脆弱性分析； land and water management planning.	天气预报; 植被监测； 作物水需求映射； 预先警告。	监测植被； 损害评估。	Informing drought mitigation.
地震	建筑库存评估； hazard mapping.	测量应变积累。	计划搜救路线； 损害评估； 疏散计划； 变形映射。	损害评估； identifying sites for rehabilitation.
火	绘制容易发射的区域； 监视燃油负荷； 风险建模。	火灾检测； 预测火的传播/方向； 预先警告。	协调消防努力。	损害评估。
洪水	绘制容易洪水的区域； 描绘洪水泛滥； 土地使用映射。	洪水检测； 预先警告; 降雨图。	洪水映射; 疏散计划； 损害评估。	损害评估； 空间规划。
滑坡	风险建模； hazard mapping; 数字高程模型。	监视降雨和坡度稳定性。	映射受影响的地区；	损害评估； 空间规划; suggesting management practices.
Volcano	风险建模； hazard mapping; 数字高程模型。	Emissions monitoring; 热警报。	映射熔岩流; 疏散计划。	损害评估； 空间规划。

表1：遥感可以帮助灾难管理

许多类型的卫星用于地球观察，但是它们看到的区域以及观察频率各不相同。两种互补类型与灾难管理特别相关。极性卫星在相对较低的轨道（通常在地面以上约1000公里处）飞行，提供了相对较高的空间分辨率。但是他们只会每隔几天收集一次数据。

地静止卫星位于更高的高度（约36,000公里）。它们以与地球在其轴上旋转相同的速度绕地球绕地球绕，实际上保持固定在地面上方并查看下面的整个地球磁盘。它们的空间数据更加粗糙，但每15分钟都在同一时间收集。

Each satellite carries one or more sensors on board that take measurements in different wavelengths. Many are useful for disaster monitoring — thermal sensors spot active fires, infrared sensors can pick up floods, and microwave sensors (that penetrate clouds and smoke) can be used to measure earth deformations before and during earthquakes or volcanic eruptions (see Table 2).

波长	波段	对...有用	示例传感器
可见的	0.4-0.7mm	Vegetation mapping	点;Landsat TM
		建筑库存评估	avhrr;modis;ikonos
		人口密度	ikonos;modis
		Digital elevation model	翠棱镜
近红外	0.7-1.0mm	Vegetation mapping	点;Landsat TM；avhrr;modis
		洪水映射	modis
短波红外	0.7-3.0mm	水蒸气	播出
热红外	3.0-14mm	积极的火灾检测	modis
		燃烧疤痕映射	modis
		热点	modis;avhrr
		火山活动	Hyperion
微波炉（雷达）	0.1-100厘米	地球变形和地面运动	Radarsat SAR；帕尔萨尔
		雨量	Meteosat;微波成像仪（TRMM上）
		河流和体积	AMSR-E
		洪水映射and forecasting	AMSR-E
		表面风	Quikscat雷达
		3D风暴结构	降水雷达（TRMM上）

表2：不同波段用于灾难管理的应用

首字母缩略词：卫星浇注L'Terre（现场）；主题映射器（TM）;高级高分辨率辐射计（AVHRR）；中度分辨率成像光谱计（MODIS）;晚期太空生存的热发射和反射辐射计（Aster）；立体声映射的全天遥感仪器（Prism）；合成孔径雷达（SAR）；分阶段的l频段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

干旱 - 及其可能造成的饥荒 - 是发展中国家，尤其是非洲的主要灾难。与许多自然灾害不同，饥荒缓慢，通常可以提前几个月预测。

从卫星观测中得出的长期气候预测可以帮助建立早期生长季节之前或期间建立各种情况。在整个季节中，卫星降雨数据可以帮助监测生长条件并预测土壤水分。在季节结束时，卫星观察的植被可用于检查可能的作物生产和产量。[2]

这饥荒预警系统网络（少数网），由美国国际开发署资助，通过卫星监视粮食安全。它使用植被指数，这些指数是根据AVHRR，MODI和坐落在内的传感器计算得出的，以监测植被的活力，密度和密度以及斑点问题。

它使用MeteoSat红外数据估计降雨，并结合雨量规报告和微波卫星观测值，以建模水文系统以及天气模式如何影响农业。beplay下载官网西西软件很少的网还比较了随着时间的推移降雨趋势。

通过将卫星数据与价格，谷物商店，政治条件和农业投入的区域分析相结合，很少有网络为干旱何时会带来粮食短缺提供有效的早期警告。

很少有网络是使用卫星数据进行干旱和饥荒预测和监测的唯一倡议。这全球粮食安全监控由欧洲航天局（ESA）资助，同样在撒哈拉以南非洲提供了饥荒的预警。

农业，水文和气象计划（Agrhymet）在西非，IGAD气候预测和应用中心（ICPAC）由东非政府间发展机构和南部非洲发展界的区域遥感单元in South Africa also do similar jobs.

响应是世界上这个地区的问题 - 将信息掌握在决策者的手中，然后实施救济计划，而不是太多的预测。

洪水monitoring

卫星还可以警告洪水，并为响应和恢复工作提供信息。

诸如热带降雨监测任务之类的卫星可以测量和地图降雨，有助于预测大雨和洪水。亚洲哨兵- 来自18个国家 /地区的51个组织组成的团队 - 通过Internet作为易于解释的信息提供遥感数据，以供整个亚洲进行预警和洪水损害评估。

它利用达特茅斯洪水观测站（DFO的）河流观察洪水检测和基于AMSR-E数据的测量系统来绘制洪水危害，并警告河流可能破坏其银行的灾难经理和易于洪水区域的居民。

NASA还在洪水传感器中使用了全球河流盆地的DFO分析。SensorWeb的作用是自动提醒灾难管理者和政府机构即将发生洪水。

它检测到DFO积极的大洪水地图集的河流排放和数量的异常。这触发了对卫星的要求，例如MODIS，以获取有关感兴趣领域的高分辨率数据。然后将这些立即处理并转发给科学家和当地有兴趣的合作伙伴。[3]

SensorWebs are equally relevant to other disasters, including volcanoes, fires and dust storms — they just need different satellite data, depending on what variables are monitored.

例如，火山传感器网络使用MODIS和AVHRR根据热警报来检测火山活动。它寻找与周围区域不同的位置（但不是明亮）。然后，警报触发了NASA的Hyperion卫星传感器的观测，该传感器对热红外高度敏感。

火映射

MODIS的热警报还输入了Fire SensorWeb。MODIS快速响应系统提供了每日卫星图像（在收集数据收集的几个小时之内）。这些识别热点并触发请求到其他卫星，以收集有关活动火灾的其他信息。

MODIS产生的全球火图在过去十天内显示出活跃的火灾（见图3）。这种主动的火灾映射系统由各种火灾监测计划（包括Sentinel Asia，全球火灾监测中心）以及涵盖拉丁美洲和加勒比海地区的区域可视化和监测系统服务使用。

图3：MODIS全球消防地图2009年8月9日至18日

MODIS也是南非高级消防信息系统（AFIS）的关键组成部分，用于检测热点。数据与风向矢量信息结合使用，以计算活动火灾的轨迹。AFIS使用该信息来驱动自动警报系统，以警告人们在发生大火时（请参阅火灾：从卫星中发现，电话警告).

地震response

At present, earthquakes are hard to predict. But remote sensing could improve forecasts using Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR). This technique combines two or more sequential radar images to measure ground motion between them very accurately — on the scale of a few centimetres (or even millimetres). InSAR instruments, such as PALSAR, are already routinely used after earthquakes to assess damage and the extent of ground movement and deformation.

遥感确实在促进地震后促进紧急缓解和评估损害方面发挥了作用。来自任何数量的卫星的高分辨率可见图像都可以帮助搜索和救援团队在圆城市导航，并改善对经济损失的估计。

这World Agency of Planetary Monitoring and Earthquake Risk Reduction (WAPMERR) uses remote sensing to improve knowledge of building stocks — for example the number and height of buildings. High resolution imagery can also help hazard mapping to guide building codes and disaster preparedness strategies.

方框2：四川地震 2008年5月，一场地震在1976年以来最强大的地震幅度为7.9，袭击了中国四川省。它炸死了87,000多人，在十个省中影响了约4500万人。约有1,250万只动物死亡，超过2600万个建筑物损坏（大约500万次崩溃）。经济损失估计为850亿美元。[1] 灾难，大雨，该地区的无法访问以及余震和滑坡的风险复杂的快速响应工作的风险。在这场危机中，遥感数据变得必不可少。 中国国家减灾中心（NDRCC）领导着使用卫星数据支持紧急救济。地震发生半小时内，它产生了损害的第一张地图。在接下来的几周中，NDRCC接收并处理了来自22个传感器的近1300张图像，以监视和评估该区域。全世界的几个中国政府部门和制图专家都支持这项工作。 遥感有助于指导救援人员，并确定并减轻其他威胁。滑坡在河流中形成了30多个天然水坝，增加了洪水和碎屑流的风险 - 坦吉亚山（Tangjiashan）形成的大坝捕获了威胁130万人的水。[4]卫星图像帮助监测了这些水坝并直接撤离工作。 地震后的数据也用于长期研究，旨在帮助理解地震周期以及缺点的行为。例如，在ESA资助的Dragon 2计划下，欧洲中国团队已使用INSAR数据来测量地震期间和之后的地面位移（见图4）。[5] 图4：2008年5月和之后的四川地震期间和之后的变形图像。地震期间和之后，彩虹条纹显示地面位移。信用：Jianbao Sun，Igcea，《地震学与地质学》，第3期，2008年

应对旋风

气象学家使用卫星图像来监测数十年的暴风雨。例如，世界气象组织的热带旋风计划使用卫星观测以及气象测量和建模来产生旋风警告。

这些估计风暴的位置，方向和速度，最大风速，可能受到影响的区域以及可能的暴风雨。该计划向政府官员，河道当局，公众，海岸警卫队，非政府组织和旋风准备计划发表。

孟加拉湾特别容易受到旋风的影响（请参阅印度洋的旋风：事实和数字), and India uses satellite data across a broad programme of preparation and response.

该国的Kalpana-1和Insat-3A卫星具有传感器，可在可见的，近红外和短波红外收集气象数据。这些提供有关云运动，海面温度和降雨量的数据。[6]旋风警告中心网络分析数据，然后发布即将发生的旋风的及时警告。警告提供有关旋风分子本身的信息，并可能损坏和建议的行动。

当旋风威​​胁时，中心就会就其位置，风速，压力和开发特征发布公告。

平等访问？

联合国非洲经济委员会（UN ECA）认为，及时访问遥感数据是区域可持续发展的有力工具。[7]原则上，遥感提供了发达和发展中国家的数据质量和频率。但是成本仍然是一个障碍。[7]

几项计划正在努力克服这一点。例如，国际宪章关于太空和重大灾难 - 成立于1999年，现在由近20个太空机构和组织签署 - 为任何遭受自然灾害的国家提供免费数据。灾难袭击后，任何授权用户（包括民事保护机构，救援服务和国防部）都可以致电一个号码，并要求参与的卫星在受影响区域中获取图像。

该国际宪章于9月2日在塞内加尔和今年9月17日在布基纳法索的洪水提供了帮助。两项紧急请求收到了Radarsat和Spot的近乎密码数据。

But the International Charter can only be activated after a disaster has struck, so does little to help developing countries acquire data for mitigation, planning and preparedness.

不过，这并不是唯一可以更好地访问卫星数据的力量。这全球地球观测系统(GEOSS), managed by the intergovernmental Group on Earth Observations (GEO), supports satellite access at all stages of the disaster management cycle. GEOSS promotes common technical standards so that data from the thousands of different instruments can be combined into coherent datasets.

GEOSS is also responsible for GEONETCast — a global network of communication satellites and alternative Web dissemination channels that get environmental data to disaster managers (and others). It provides data from various satellites including Meteosat, Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES), Terra and SPOT to regional centres in Europe, Africa and Asia via a small receiving station. These centres then disseminate the data to local stakeholders using digital video broadcast.

亚洲哨兵和服务是Geoss的其他主要组成部分。Geo为说服个人太空机构免费发布其数据做了很多事情。两年前，它宣布中国 - 巴西地球资源卫星（CBERS）将不收费分发其图像。

NASA从去年下半年在开普敦举行的地理部长级峰会上出现，宣布它将从Landsat卫星免费获得完整的档案和未来数据。该决定向全球数千名用户开放了遥感数据。在宣布消息后的第一个月，Landsat分发了200,000多个场景，大约是公告前平均值的十倍。

2009年6月，日本经济，贸易和工业部和NASA贡献了3000万个分辨率的全球数字高程模型，这些模型源自先进的太空传播热排放和反射辐射计（Aster）（Aster），以免费获得它。

当然，可以通过互联网免费提供数据，但是对于仍然患有低速网络和低带宽的非洲地区，访问仍然是一个问题。

本土卫星

Some developing countries have invested heavily in both Earth observation and communication technology, and launched their own satellite — or constellation of satellites — to monitor and respond to natural hazards and disasters.

CBERS是1988年开始的巴西和中国之间的合作伙伴关系。他们共同建造了两颗卫星，载有仪器来监视地球资源，并致力于建造另外两个卫星。CBERS广泛地宣传了航天技术南南合作的主要成功模式，除其他外，还有助于控制亚马逊地区的火。

阿尔及利亚，中国和尼日利亚都拥有并控制自己的卫星，作为一部分灾难监测星座（DMC） - 由英国萨里卫星技术建造的七个多光谱卫星（与Landsat相当）组成的网络。它们在地球周围相同，以提供每日成像能力。他们的数据产生地图和信息以帮助救灾工作。DMC合作伙伴已签署国际宪章。

印度还拥有广泛的太空研究计划，由印度太空研究组织（ISRO）。它包括一套遥感卫星套件 - 印度遥感卫星系统（IRS），其中首款是在1988年推出的。印度的国家紧急管理数据库使用IRS IRS图像提供洪水图，浮雕支持地图，路堤漏洞冲击图图和洪水频率图。IRS数据还可以跟踪旋风，预测其登陆并发出海啸的早期警告。

印度的灾难管理支持该计划也由太空部发起，对该国的所有自然灾害做出了反应。使用IRS和其他数据，它提供了诸如危害地图，预警和脆弱性指数之类的产品，同时也致力于建立政策制定者，国际组织和紧急行动机构之间的关系，以应对灾难。

建立这样的home grown solutions requires serious investment in both technology and capacity — investment that is still lacking in many developing regions. In Africa, for example, the remote sensing infrastructure in most countries (outside South Africa) suffers severe shortages of financial resources, technical expertise and political commitment.

非洲大陆上很少有活跃的太空计划，许多决策者根本不认为遥感是开发的有用工具。

一些国际组织正在努力改善情况。这联合国用于灾难管理和紧急响应的空间信息平台（UN-SPIDER）举办区域研讨会，并向各个国家提供技术建议。去年（2008年），他们派遣了一个技术团队前往布基纳法索（Burkina Faso），向政府提供有关如何在其国家计划中纳入空间技术的建议。

区域组织也在发挥自己的作用。在过去的十年中，非洲环境遥感协会beplay足球体育的微博一直在促进培训。以及最近的倡议，例如University Network for Disaster Reduction in Africa（UNEDRA）已将大学作为中心，以改善遥感研究和协作。

现在是让发展中国家的研究人员和政策制定者参与灾难管理的遥感时的时机。数据和软件成本正在下降，信息通信技术正在迅速发展，而Google Earth等工具开始使政策制定者对卫星图像充满热情。

Sian Lewis是SCIDEV.NET的委员编辑，并获得了伦敦大学学院的博士学位。