[发明专利]森林草原火灾预警系统

说明书

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。