巡天遥看病虫害

xiaoyuer

翟保平
2002年5月15日，我国第一颗海洋卫星－海洋一号A星发射成功。2004年11月6日，我国自行研制的“中国资源二号”03星发射升空。今年上半年，我国首颗环境A星也要发射了。

我们马上就要有自己的环境卫星了，可喜可贺！

据称，这是由多颗卫星组成的“环境与灾害监测预报小卫星星座”，其观测宽度720km、空间分辨率可达20~30m、时间分辨率24h，监测预报的范围将覆盖包括病虫害在内的所有的常见灾害。看来，病虫害灾变预警很快就能得到新的数据源了。

病虫害的发生和流行是一个多尺度、多变量的演进过程，涉及到地学、天气学、气候学、物理学、化学、生物学等学科领域，是一个极其复杂的科学问题，需要相应的科学理论和技术方法。地表过程是病虫发生的背景场中最重要的表征，如水系变化、湖泊水位动态、土地利用的变化、沙漠的进退和荒漠化、森林的破坏和草场退化等，无一不能在遥感影像上得到解译和追溯，其宏观尺度的定量分析、空间分布及时间变化的量化研究都因遥感而成为可能。其中，与病虫发生直接相关的因素是植被变化以及引起植被变化的气象气候变化，而适用于检测和监测降水与植被的卫星系统可分为两大类。

一类是环境卫星，包括地球同步卫星和极地轨道卫星。其特点是空间分辨率较低（1~5km）但时间分辨率较高（30min~12hrs），如欧洲气象卫星、美国地球同步卫星（GOES）和NOAA卫星及日本的地球同步气象卫星（GMS）。这些卫星的传感器是为观测大气过程以支持天气预报而设计的，但NOAA卫星的甚高分辨率扫描辐射计（AVHRR）的光谱与辐射特性适于检测和监测植被。环境卫星数据可用于监测大气和陆地现象的变化动态，接收和处理这类数据的设备价格不高，这些数据的空间特性与卫星的轨道特性相结合，可同时进行地区尺度和大陆尺度的观测。

另一类是陆地资源卫星，以较高的空间分辨率（10~80m）和较低的时间分辨率（16~18d）为特征。美国的Landsat、法国的SPOT和日本的MOS即属于此类，这些卫星适于在局地尺度上高精度地监测植被状况。目前，Meteosat、NOAA、Landsat和SPOT等可提供完全可操作的实时或近实时数据满足用户的信息需求。

实际上，卫星并不能直接看到地面上或农作物上的病虫害，而是通过地面植被反射率的变化来判读地面病情虫情的。

植被是地球环境变化最直观、最敏感的指标，植被在空间和时间上的动态直接反映了全球、区域和局地环境的变化结果。病虫害的发生和危害程度也首先反映在植被特征的变化上，主要通过探测植物的光谱特征，当太阳光照射到绿色植物的叶上，部份光波被叶吸收，另一部份则被反射，或透射，也称为植物的光谱效应。反射效应是受植物光谱效应的物理和生理状态机制所控制的。植物的种类、生育阶段、健康状况以及叶的结构（叶面粗糙程度）、叶绿体含量、细胞的含水量和光合作用的强度等，都可影响植物的光谱效应。由于植被的特殊反射和吸收特征，植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）成为表征植被状况进而指示病虫发生过程和程度的重要因子；而这些指数由于有了气象卫星甚高分辨率扫描辐射计（AVHRR）的高时间频率和宽视场的对地覆盖，从而使得在无云条件下每天都可获得任何一个地方的植被指数。这些指数目前已被广泛应用于森林和农作物病虫害的监测与预报。

此外，风、云、雨及其他气象要素的变化更是直接或间接地影响到病虫害的发生与流行。联合国粮农组织（FAO）和澳大利亚疫蝗委员会（APLC）多年来一直利用气象卫星提供的降水和植被资料来监测和预测非洲粘虫、沙漠蝗、澳大利亚疫蝗等迁飞性害虫的发生情况，取得了巨大的经济效益和社会效益。

国内在这方面也作了多年的探索：如中国科学院动物研究所的李典谟研究员用卫星图像来解析天津大港库区东亚飞蝗的发生动态，中国农业科学院程登发研究员、周益林研究员、中国农业大学马占鸿教授、南京农业大学刘向东副教授等分别利用卫星遥感来阐释麦蚜、小麦白粉病、小麦锈病和稻飞虱及稻纵卷叶螟的消长规律，南京师范大学倪绍祥教授用卫星遥感研究了青海湖土蝗的发生和预测等。现在的工作还在探索阶段，期望在不久的将来我们能依此来作出病虫害的发生预测和防治决策。

“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”。“借问瘟君欲何往，纸船明烛照天烧”。当年伟人的豪情今天已经或将要变成现实了，着实让人浮想联翩哦！

转自翟保平的博客：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=14332