专利名称：森林草原火灾预警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星热红外技术森林草原火灾预警系统，也就是用卫星热红外温度异常做森林草原火灾预测，确切地说是做森林草原火灾的预警方法。本发明属于遥感或地球物理学领域。
森林草原火灾预警是当今世界一大难题，国内外都处在探索阶段，数十年进展缓慢。这主要是由于人们对于森林草原火灾的起因还缺乏正确的认识所致，例如以为设立了护林构构、配备护林人员就是唯一可行的对策，因此只能做到定时对林区巡视或值班监控、等候报警，总之护林机构的功能一般均着重于发生火灾后的应急处置措施，此外，迄今为止一般教科书上还只有介绍或提及护林常识，例如森林防火为其主要内容，也就是说根本意识不到森林草原火灾预警的问题。本来地球是由液体和岩石构成。地球内部有4个气圈，加上地球外的一个大气圈，这5个气圈在相互运动着，当森林草原火灾发生之前，在火灾广大地区岩层受力，微裂隙出现，导致地球大量排气，来自地球深部的CH4、CO2、CO、H2、H+、He、H2O等气体溢出，可以引起地球界面升温。本发明人长期从事于地震预报工作，特别是创造性地提出用卫星热红外技术来做地震预报并且获得了空前的成功，同时先后提出了多份中国专利申请，例如90101272.6(该专利已于92.07.01授权)、97100774.8和99102754.X(该专利已申请美国专利09/305，664和日本专利特原平11-168070)，在这一基础上于1998年10月开始试验，对森林草原火灾前地区排气作用获得新的证据，确认森林草原火灾是一种自然灾害，特别是大面积森林同时起火绝不能简单地视为由于个别人在离林区时不慎忘灭火种或故意纵火而形成的结果，从此对森林草原火灾预警这一难题开创了一条全新的途径和方法，即主要是利用载有红外波段扫描仪的美国诺阿极轨卫星、日本葵花静止卫星和中国风云1、2号卫星进行观测，其中极轨卫星扫描面积为一条轨道宽2800公里，长可达数千公里，而静止卫星一幅气象图可覆盖面积达6000×10000平方公里，这种卫星扫描图象1小时就可获得。其中诺阿卫星可测亮温温度，而葵花卫星同样，前者温度(亮温)分辨率高达0.5K，而后者的时间分辨率高，因此将测得的亮温温度异常变化与同时间绝对温度进行温度异常的对比定量计算，就能及时准确掌握地面、水面温度的动态演化特征。由于通过卫星提供热红外资料具有准确可靠、覆盖面广、信息量大而且传输速度快等优点，使此项技术预警森林草原火灾的成功率有突破性的提高，这就是说，该专利将当今卫星遥感热红外技术投入对地球观测，借助地理信息系统和计算机运行，大量信息被采集供人们分析使用，捕捉到地球与大气耦合作用所形成的地球界面上的突发性增温异常，这种现象不同于一般天气增温异常，而是作为森林草原火灾的前兆来对待。
实施本发明上述目的而采用的技术措施如下所述对卫星热红外云图的彩色密度分割档次，其色彩档次可对不同季节、不同纬度地区都适用，易于捕捉到卫星热红外增温异常前兆。其中色彩档次即亮温档次可在0.5°K至5°K之间，例如N40°以北与N10°至35°在亮温分档上分开，每档次温度值为2°至3°K，而N40°以北则用1°K分档，而在赤道地区(印度尼西亚等地)和在极地地区(新西兰、冰岛等地)每档次温度值分别为0.5°K至5°K。而且夏季和冬季可采用不同的亮温分档档次。扫描仪所得灰度值可经大气模型校正获得实际温度值，并根据各地实际情况，采取加减1°K的换算。根据地形和气团形态来区别岩石圈受力，造成地球排气现象引起的增温和降温还是气象过程增温和降温，排除掉地形、天气因素导致的干扰信息，例如根据热异常形态在每日12至18时(世界时)是否跨越不同地形地貌单元，若是则为森林草原火灾前兆，否则就是天气所致。
通过大量的实际观测和观测其后发生的森林火灾加以验证，我们总结出森林草原火灾的预警时间一般为10天左右，即发生火灾之前10天开始出现明显的热红外增温异常，随之该异常逐步发展为孤立增温区域，一般温度异常面积可达10万至60万平方公里，有时甚至更大，当这个区域的卫星热红外增温异常图象区域与地面森林植被覆盖区域接近甚至重叠时，该区出现的孤立增温异常，即表示火灾前兆，下列具体实例充分说明本发明人提出的森林草原火灾预警系统是可靠而有效的。
1998年5月13日在黑龙江大兴安岭中段阿尔山发生森林大火。在火灾发生之前12天即5月2日上午9点在卫星云图上可以清晰地看到25℃的增温区，在N45°-51°，E115°-126°之内，由黑龙江东乌珠穆泌旗到孙关都处在升温区，东西向长达1100公里，南北宽约600公里，其中大兴安岭中段的阿尔山位于其中，这样升温一直持续到5月13日大火发生之前。因此显然1998年5月13日-22日黑龙江阿尔山森林大火的起因与该区地球排气作用，即排放易燃气体CH4、CO等有关，即大面积的森林同时起火不可能是个别人所为，而是地球深部排气的地质作用导致。
1999年4月3日-7日山西省汾阳森林大火，在森林大火前3天，即3月31日的卫星热红外云图中，可以清楚地看到在汾阳周围N35°-38°，E111°-114°范围内明显增温(21°-25℃)，4月1日虽然有云覆盖，但是周围地区还在增温，4月3日当云退走时，在汾阳附近又出现明显孤立增温形象，不久即发生了今年山西汾阳森林大火，造成几万亩森林被毁，23人死亡的严重损失。此次火灾的一个根本原因是该地区事先有地球排气作用，易燃气体溢出。如若事先做了预警，尚可达到防患未然之效果，真正起到预防作用，1999年7月20日在黑龙江下游，中俄交界处俄罗斯远东境内的哈巴罗夫斯克边疆区域发生森林大火，2万多公顷原始森林被大火吞没。1999年7月上旬在该区(N47-50，E130-134)域出现卫星热红外增温现象。从7月10日起，该区域出现明显的孤立增温现象，卫星云图显示的增温区与该地区的森林植被覆盖区逐步重叠，随后在7月20日发生特大森林火灾。
1999年8月7日在印尼的苏门达腊岛和加里曼丹岛部分地区发生森林火灾。1999年7月下旬在该区域附近(S6-N5，E95-111)开始出现大面积卫星热红外增温现象。8月1日，卫星云图在该区域的森林覆盖区附近显示出孤立增温现象，随后在8月7日发生森林大火。据新华社报道的消息中特别指出，由卫星拍摄的图象显示大火期间同时出现的火点很多，而且还在继续出现新火点，这些火点之间的距离又相隔很远，如在苏门达腊岛的亚齐省和楠榜省发生的火点之间的距离约有1000公里。这个实例再次说明森林火灾并非个别人所为。
综上所述可见，森林火灾预警是森林防护的重要技术手段之一。我国森林资源十分匮乏。全国森林面积1.34亿公顷，林林积蓄117.8亿立方米，人均8.6立方米，森林覆盖率仅13％，人均森林面积0.11公顷，远远低于世界人均占有水平。而每年平均发生1.43万次森林火灾，平均受害森林面积82.2万公顷。年均森林受害率为6.3％。因此，有效地预防森林火灾对保护我国生态平衡具有重要意义。有效地进行森林防火预警准备，即从火灾的根本原因人手，对森林火灾前兆进行跟踪观测和预警。在火灾概率达到40％以上时，森林应处于戒严状态，杜绝人为火种和防备天然火种，必要时可启用飞机撒水或配合人工降雨对重点区域进行森林降温以求彻底防范。
权利要求
1.一种卫星热红外技术森林草原火灾预警系统，主要利用极轨卫星、静止卫星和气象卫星进行观测，并结合其他载有红外波段扫描仪的卫星，还包括卫星接收设备和图象处理设备，卫星热红外云图的彩色密度分割档次，可对不同季节、不同纬度地区都适用，易于捕捉卫星热红外温度异常前兆，其中色彩档次即亮温档次在0.5°K至5°K之间；扫描仪所得灰度值可经大气模型校正获得实际温度值，并根据各地实际情况，采取加减1°K计算；根据地形和气团形态来区别岩石圈受力，造成地球排气现象引起的增温和降温还是气象过程增温和降温，排除掉地形、天气因素导致的干扰信息，其特征在于，通过大量实际观测和观测其后发生的火灾加以验证总结出森林草原火灾前兆热红外温度异常特性及其演变规律(1)时间在森林草原发生火灾之前10天左右开始出现明显的热红外增温异常，随之该异常逐步发展为孤立增温区域，一般温度异常面积可达10万至60万平方公里，有时甚至更大；(2)地点当这个区域的卫星热红外增温异常图象区域与地面森林植被覆盖区域接近甚至重叠时，又遇上干旱季节，该区出现的孤立增温异常，即表示火灾前兆。
2．按权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述亮温分档N40°以北与N10°至35°是分开的，每档次温度值为2°至3°K，而N40°以北则用1°K分档。而在赤道地区(印度尼西亚等地)和在极地地区(新西兰、冰岛等地)每档次温度值分别为0.5°K至5°K。
全文摘要
一种卫星热红外森林草原火灾预警系统,主要利用极轨卫星、静止卫星和气象卫星进行观测,并结合其他载有红外波段扫描仪的卫星,还包括卫星接收设备和图象处理设备,此时卫星热红外云图的彩色密度分割档次,可对不同季节、不同纬度地区都适用;根据地形和气团形态来区别地球排气现象引起的增温和降温气象过程的增温和降温,排除掉地形、天气因素导致的干扰信息,通过大量实际观测和观测其后发生的火灾加以验证,总结出可对森林草原火灾发生的时间和地点提出预警。
文档编号G01V9/00GK1284692SQ9911145
公开日2001年2月21日 申请日期1999年8月13日 优先权日1999年8月13日
发明者强祖基, 强军 申请人:强祖基