森林火灾是影响森林生态系统最为严重的灾害类型之一。据全球森林火灾监测在线平台（GFW Fires）统计，2019年全球发生森林火灾451万起（火灾面积超过100公顷）。森林火灾不仅对林业资源造成巨大经济损失，还改变整个生态系统的碳循环过程和碳分布格局，破坏全球生态系统平衡。随着森林火灾发生频率和强度不断增大，开展有效的森林火灾监测刻不容缓。
卫星作为有效的森林火灾探测和监测工具之一，已被全球各国广泛使用。不仅可以监测森林火灾，还可以提供有关火灾的位置、规模、持续时间、温度及热量输出等信息。美国国家航空航天局（NASA）使用两种不同类型的卫星系统帮助追踪野火：极地轨道卫星系统和对地静止轨道卫星系统。Terra和Aqua卫星以及NASA-NOAA的Suomi NPP卫星等极地轨道卫星每天最多可提供两次全球火灾和烟雾的详细视图。Terra和Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪（MODIS）收集的数据，一直用于监测野外火灾。最新的进展为在多年的野火旧数据上使用神经网络模型，然后自动确定野火的出现位置，方法的准确度超过99％。目前使用旧数据的确可以改善对未来火灾的预测，但如果林火监测员想要获取更多火灾数据时（如进行方向和热强度等信息），MODIS则无法达到理想的分辨率。
相比之下，像静止环境观测卫星（GOES）（由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）运行，但由NASA设计和制造）这样的对地静止轨道卫星与地面相对静止，固定在赤道上空，这使得对地静止轨道卫星能够对地球的一部分进行频繁的重复成像（每5分钟一次），当野火爆发时，可能会更快地做出响应。但是，它们的空间分辨率通常要比极地轨道卫星低，极地轨道卫星的飞行高度要低得多（大约距离地球表面700公里）。GOES-R系列卫星是新一代静止环境观测卫星，主要用于天气观测与预报，能够追踪雷暴、飓风、龙卷风以及其他极端天气的实时发展变化，还能让气象学家跟踪扩散的野火烟雾或火山灰。
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图1 GOES-West和GOES-East卫星
该系列卫星采用先进基线成像仪（ABI）技术探测火灾产生的热信号，以实时跟踪森林火灾，并向空气质量建模输入数据，监测火灾地区的空气质量。ABI能以不同的光谱频段（除了可见光的可见光波长外，成像仪还支持近红外和红外光谱范围内的其他15个光谱波段，不同的通道可以帮助预测者区分云、水蒸气、烟雾、冰和火山灰），对地球天气、海洋和环境进行成像。GOES-R卫星的火灾监测与特性（FDC）数据产品，利用可见光和红外（IR）ABI光谱通道定位起火位置并监测火灾特征。一旦发现火灾，就可以预计火灾的规模和温度，同时计算火灾的热强度。
GOES-R系列卫星的ABI频段，可为森林火灾监测员提供更多信息。快速扫描功能，能够每分钟提供一次详细的高清图像，也意味着GOES-R系列卫星可以更详细的观察火灾的情况，更快的探测起火点，并实时跟踪火情的发展和蔓延，从而探测火灾变化，预测火灾运动方向。其中，GOES-West（GOES-17）和GOES-East（GOES-16）卫星（图1）最慢为每5分钟扫描一次加利福尼亚州（2个卫星/每天扫描288次）；每颗卫星均有两个可移动的浮动区域，每30秒~1分钟扫描一次；通过提高时间和空间的分辨率，GOES-R系列卫星可用于监测更小范围的火灾（约为2公里）。GOES-R系列卫星还具有数据快速刷新、延迟低、全天候运行等特点。这些卫星通常能够在911发出紧急通知前监测到火灾，并在报告烟雾后确定起火点的确切位置（图2）。
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图2 GOES-17拍摄到的2018年8月的加利福尼亚森林火灾
GOES-R卫星不仅能够有效监测到野火灾害，而且对探测火灾烟雾也至关重要。该系列卫星还具有近实时监测烟雾的能力，能有效协助空中灭火救援工作。林火发生后，浓烟往往导致能见度低，部署灭火飞机和直升机喷洒阻燃剂往往会受到阻碍。GOES-R卫星可以提供有关火灾烟尘确切位置和移动信息，帮助灭火指挥员快速部署并做出决策。烟雾探测和监测信息也有助于更好地预测空气质量。GOES-R系列卫星的优越性不仅体现在林火监测方面，还可以用于预测火灾后降雨引发的山洪灾害。这些卫星为火灾的整个生命周期提供了关键数据——从干旱到火灾，再到洪水以及山体滑坡。
编者注：风云四号是16年底我国发射的静止轨道定量遥感气象卫星，与美国GOES-R同属新一代静止气象卫星的先进行列。但就载荷性能而言，GOES-R系列卫星采用先进基线成像仪（ABI）能够以从可见光到近红外的16个不同波段观察地球，可见光分辨率达0.5公里，红外分辨率2公里，而我国风云四号A星搭载的多通道的成像仪AGRI可提供可见光、近红外、水汽及红外波段等14通道，可见光分辨率达0.5公里，红外分辨率2~4公里，AGRI略落后于ABI。重点关注区域GOES-R系列卫星可实现每30秒一次拍摄，风云四号最快则需要1分钟生成观测图像。 （根据www. goes-r.gov等综述）
【来源：伊春森防】
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