專利名稱：森林草原火災預警系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種衛星熱紅外技術森林草原火災預警系統，也就是用衛星熱紅外溫度異常做森林草原火災預測，確切地說是做森林草原火災的預警方法。本發明屬于遙感或地球物理學領域。
森林草原火災預警是當今世界一大難題，國內外都處在探索階段，數十年進展緩慢。這主要是由于人們對于森林草原火災的起因還缺乏正確的認識所致，例如以為設立了護林構構、配備護林人員就是唯一可行的對策，因此只能做到定時對林區巡視或值班監控、等候報警，總之護林機構的功能一般均著重于發生火災后的應急處置措施，此外，迄今為止一般教科書上還只有介紹或提及護林常識，例如森林防火為其主要內容，也就是說根本意識不到森林草原火災預警的問題。本來地球是由液體和巖石構成。地球內部有4個氣圈，加上地球外的一個大氣圈，這5個氣圈在相互運動著，當森林草原火災發生之前，在火災廣大地區巖層受力，微裂隙出現，導致地球大量排氣，來自地球深部的CH4、CO2、CO、H2、H+、He、H2O等氣體溢出，可以引起地球界面升溫。本發明人長期從事于地震預報工作，特別是創造性地提出用衛星熱紅外技術來做地震預報并且獲得了空前的成功，同時先后提出了多份中國專利申請，例如90101272.6(該專利已于92.07.01授權)、97100774.8和99102754.X(該專利已申請美國專利09/305，664和日本專利特原平11-168070)，在這一基礎上于1998年10月開始試驗，對森林草原火災前地區排氣作用獲得新的證據，確認森林草原火災是一種自然災害，特別是大面積森林同時起火絕不能簡單地視為由于個別人在離林區時不慎忘滅火種或故意縱火而形成的結果，從此對森林草原火災預警這一難題開創了一條全新的途徑和方法，即主要是利用載有紅外波段掃描儀的美國諾阿極軌衛星、日本葵花靜止衛星和中國風云1、2號衛星進行觀測，其中極軌衛星掃描面積為一條軌道寬2800公里，長可達數千公里，而靜止衛星一幅氣象圖可覆蓋面積達6000×10000平方公里，這種衛星掃描圖象1小時就可獲得。其中諾阿衛星可測亮溫溫度，而葵花衛星同樣，前者溫度(亮溫)分辨率高達0.5K，而后者的時間分辨率高，因此將測得的亮溫溫度異常變化與同時間絕對溫度進行溫度異常的對比定量計算，就能及時準確掌握地面、水面溫度的動態演化特征。由于通過衛星提供熱紅外資料具有準確可靠、覆蓋面廣、信息量大而且傳輸速度快等優點，使此項技術預警森林草原火災的成功率有突破性的提高，這就是說，該專利將當今衛星遙感熱紅外技術投入對地球觀測，借助地理信息系統和計算機運行，大量信息被采集供人們分析使用，捕捉到地球與大氣耦合作用所形成的地球界面上的突發性增溫異常，這種現象不同于一般天氣增溫異常，而是作為森林草原火災的前兆來對待。
實施本發明上述目的而采用的技術措施如下所述對衛星熱紅外云圖的彩色密度分割檔次，其色彩檔次可對不同季節、不同緯度地區都適用，易于捕捉到衛星熱紅外增溫異常前兆。其中色彩檔次即亮溫檔次可在0.5°K至5°K之間，例如N40°以北與N10°至35°在亮溫分檔上分開，每檔次溫度值為2°至3°K，而N40°以北則用1°K分檔，而在赤道地區(印度尼西亞等地)和在極地地區(新西蘭、冰島等地)每檔次溫度值分別為0.5°K至5°K。而且夏季和冬季可采用不同的亮溫分檔檔次。掃描儀所得灰度值可經大氣模型校正獲得實際溫度值，并根據各地實際情況，采取加減1°K的換算。根據地形和氣團形態來區別巖石圈受力，造成地球排氣現象引起的增溫和降溫還是氣象過程增溫和降溫，排除掉地形、天氣因素導致的干擾信息，例如根據熱異常形態在每日12至18時(世界時)是否跨越不同地形地貌單元，若是則為森林草原火災前兆，否則就是天氣所致。
通過大量的實際觀測和觀測其后發生的森林火災加以驗證，我們總結出森林草原火災的預警時間一般為10天左右，即發生火災之前10天開始出現明顯的熱紅外增溫異常，隨之該異常逐步發展為孤立增溫區域，一般溫度異常面積可達10萬至60萬平方公里，有時甚至更大，當這個區域的衛星熱紅外增溫異常圖象區域與地面森林植被覆蓋區域接近甚至重疊時，該區出現的孤立增溫異常，即表示火災前兆，下列具體實例充分說明本發明人提出的森林草原火災預警系統是可靠而有效的。
1998年5月13日在黑龍江大興安嶺中段阿爾山發生森林大火。在火災發生之前12天即5月2日上午9點在衛星云圖上可以清晰地看到25℃的增溫區，在N45°-51°，E115°-126°之內，由黑龍江東烏珠穆泌旗到孫關都處在升溫區，東西向長達1100公里，南北寬約600公里，其中大興安嶺中段的阿爾山位于其中，這樣升溫一直持續到5月13日大火發生之前。因此顯然1998年5月13日-22日黑龍江阿爾山森林大火的起因與該區地球排氣作用，即排放易燃氣體CH4、CO等有關，即大面積的森林同時起火不可能是個別人所為，而是地球深部排氣的地質作用導致。
1999年4月3日-7日山西省汾陽森林大火，在森林大火前3天，即3月31日的衛星熱紅外云圖中，可以清楚地看到在汾陽周圍N35°-38°，E111°-114°范圍內明顯增溫(21°-25℃)，4月1日雖然有云覆蓋，但是周圍地區還在增溫，4月3日當云退走時，在汾陽附近又出現明顯孤立增溫形象，不久即發生了今年山西汾陽森林大火，造成幾萬畝森林被毀，23人死亡的嚴重損失。此次火災的一個根本原因是該地區事先有地球排氣作用，易燃氣體溢出。如若事先做了預警，尚可達到防患未然之效果，真正起到預防作用，1999年7月20日在黑龍江下游，中俄交界處俄羅斯遠東境內的哈巴羅夫斯克邊疆區域發生森林大火，2萬多公頃原始森林被大火吞沒。1999年7月上旬在該區(N47-50，E130-134)域出現衛星熱紅外增溫現象。從7月10日起，該區域出現明顯的孤立增溫現象，衛星云圖顯示的增溫區與該地區的森林植被覆蓋區逐步重疊，隨后在7月20日發生特大森林火災。
1999年8月7日在印尼的蘇門達臘島和加里曼丹島部分地區發生森林火災。1999年7月下旬在該區域附近(S6-N5，E95-111)開始出現大面積衛星熱紅外增溫現象。8月1日，衛星云圖在該區域的森林覆蓋區附近顯示出孤立增溫現象，隨后在8月7日發生森林大火。據新華社報道的消息中特別指出，由衛星拍攝的圖象顯示大火期間同時出現的火點很多，而且還在繼續出現新火點，這些火點之間的距離又相隔很遠，如在蘇門達臘島的亞齊省和楠榜省發生的火點之間的距離約有1000公里。這個實例再次說明森林火災并非個別人所為。
綜上所述可見，森林火災預警是森林防護的重要技術手段之一。我國森林資源十分匱乏。全國森林面積1.34億公頃，林林積蓄117.8億立方米，人均8.6立方米，森林覆蓋率僅13％，人均森林面積0.11公頃，遠遠低于世界人均占有水平。而每年平均發生1.43萬次森林火災，平均受害森林面積82.2萬公頃。年均森林受害率為6.3％。因此，有效地預防森林火災對保護我國生態平衡具有重要意義。有效地進行森林防火預警準備，即從火災的根本原因人手，對森林火災前兆進行跟蹤觀測和預警。在火災概率達到40％以上時，森林應處于戒嚴狀態，杜絕人為火種和防備天然火種，必要時可啟用飛機撒水或配合人工降雨對重點區域進行森林降溫以求徹底防范。
權利要求
1.一種衛星熱紅外技術森林草原火災預警系統，主要利用極軌衛星、靜止衛星和氣象衛星進行觀測，并結合其他載有紅外波段掃描儀的衛星，還包括衛星接收設備和圖象處理設備，衛星熱紅外云圖的彩色密度分割檔次，可對不同季節、不同緯度地區都適用，易于捕捉衛星熱紅外溫度異常前兆，其中色彩檔次即亮溫檔次在0.5°K至5°K之間；掃描儀所得灰度值可經大氣模型校正獲得實際溫度值，并根據各地實際情況，采取加減1°K計算；根據地形和氣團形態來區別巖石圈受力，造成地球排氣現象引起的增溫和降溫還是氣象過程增溫和降溫，排除掉地形、天氣因素導致的干擾信息，其特征在于，通過大量實際觀測和觀測其后發生的火災加以驗證總結出森林草原火災前兆熱紅外溫度異常特性及其演變規律(1)時間在森林草原發生火災之前10天左右開始出現明顯的熱紅外增溫異常，隨之該異常逐步發展為孤立增溫區域，一般溫度異常面積可達10萬至60萬平方公里，有時甚至更大；(2)地點當這個區域的衛星熱紅外增溫異常圖象區域與地面森林植被覆蓋區域接近甚至重疊時，又遇上干旱季節，該區出現的孤立增溫異常，即表示火災前兆。
2．按權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述亮溫分檔N40°以北與N10°至35°是分開的，每檔次溫度值為2°至3°K，而N40°以北則用1°K分檔。而在赤道地區(印度尼西亞等地)和在極地地區(新西蘭、冰島等地)每檔次溫度值分別為0.5°K至5°K。
全文摘要
一種衛星熱紅外森林草原火災預警系統,主要利用極軌衛星、靜止衛星和氣象衛星進行觀測,并結合其他載有紅外波段掃描儀的衛星,還包括衛星接收設備和圖象處理設備,此時衛星熱紅外云圖的彩色密度分割檔次,可對不同季節、不同緯度地區都適用;根據地形和氣團形態來區別地球排氣現象引起的增溫和降溫氣象過程的增溫和降溫,排除掉地形、天氣因素導致的干擾信息,通過大量實際觀測和觀測其后發生的火災加以驗證,總結出可對森林草原火災發生的時間和地點提出預警。
文檔編號G01V9/00GK1284692SQ9911145
公開日2001年2月21日 申請日期1999年8月13日 優先權日1999年8月13日
發明者強祖基, 強軍 申請人:強祖基