世界如何监测自然灾害和环境变化

A digital image of Earth uses data collected from several satellites
Over 8,000 satellites are orbiting Earth today, capturing images like this.Image: REUTERS
本内容由人工智能自动翻译。
  • 卫星能够呈现地球的非凡景象,但直到不久前,这些数据仅限于专业人士使用。

  • 如今,政府卫星开放获取数据的可用性日益提高,让每个人都有可能追踪环境变化。

  • 这里,一位地理空间专家将快速介绍如何找到卫星影像,并推荐一些免费且相对简单的成像工具。

如果你想追踪亚马逊雨林的变化、看清飓风的全貌,或者找出灾后需要援助的地区,借助在距离地球几百英里高空轨道运行的卫星视角,要容易得多。几百英里高空。

过去,卫星数据的获取仅限于具备遥感和图像处理专业知识的研究人员和专业人士。不过,诸如Landsat和Sentinel等政府卫星的开放获取数据日益增多,加上Amazon Web Services、Google Earth Engine和Microsoft Planetary Computer等免费云计算资源,几乎任何人都能深入了解正在发生的环境变化。

这家初创公司利用人工智能和卫星技术来防止企业缺水。
这家初创公司利用人工智能和卫星技术来防止企业缺水。
02:01

我从事地理空间大数据工作,是一名教授。以下是对可以找到卫星影像的途径的简要介绍,以及一些任何人都可以使用、用于从卫星影像制作延时动画的免费且相对简单的工具。

例如,州和城市规划者,或是考虑购置新住所的人,可以长期观察河流如何迁移、建设活动如何蔓延至荒野地区,或海岸线如何受侵蚀。

Landsat延时动画展示了秘鲁普卡尔帕的河流动态。Image: Qiusheng Wu/NASA。
Landsat延时影像显示了西班牙德尔塔自然公园海岸线的后退情况。Image: Qiusheng Wu/NASA。

环保团体可以监测森林砍伐、气候变化对生态系统的影响,以及灌溉等其他人类活动如何导致水体萎缩,例如中亚的咸海。此外,灾害管理人员、援助团体、科学家以及任何感兴趣的人,都可以监测火山喷发和野火等自然灾害。火山喷发和野火。

GOES影像显示,自20世纪80年代以来,科罗拉多河关键水库米德湖水位持续下降,而邻近的拉斯维加斯则不断扩张。Image: Qiusheng Wu/NOAA GOES。
GOES卫星延时影像显示了2022年1月15日汤加火山(洪加汤加-洪加哈派)的喷发过程。Image: Qiusheng Wu/NOAA GOES。

Landsat与Sentinel的应用

目前在地球轨道上运行的卫星超过8,000颗。你可以在keeptrack.space上查看它们的实时分布地图。

部分卫星用于收发通信无线电信号,另一些则为导航提供全球定位系统(GPS)服务。我们关注的是地球观测卫星,它们能够昼夜采集地球影像。

Landsat:运行时间最长的地球卫星任务,Landsat自1972年起持续采集地球影像。该系列最新的卫星Landsat 9由美国国家航空航天局于2021年9月发射。

一般而言,Landsat卫星数据的空间分辨率约为100英尺(约30米)。如果把放大照片上的像素作为参照,每个像素约为100英尺×100英尺。Landsat的时间分辨率为16天,即地球上同一位置大约每16天被拍摄一次。在Landsat 8和9同时在轨运行的情况下,我们可以实现每八天一次的全球覆盖。这使得对比分析更加便捷。

Landsat数据自2008年起已向公众免费开放。在2022年巴基斯坦洪灾期间,科学家利用Landsat数据和免费云计算资源确定了洪水范围,并估算了总淹没面积。

Landsat卫星影像并列对比了巴基斯坦南部2021年8月(洪灾前一年)与2022年8月(右图)的情况。Image: Qiusheng Wu/NASA。

Sentinel: Sentinel地球观测卫星由欧洲航天局(ESA)发射,是哥白尼计划的组成部分。Sentinel-2卫星自2015年起持续采集地球光学影像,空间分辨率为10米(33英尺),时间分辨率为10天。

GOES:你在美国天气预报中最常看到的影像,来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的静止业务环境卫星,即GOES。这些卫星在赤道上空运行,其运行速度与地球自转速度相同,因此能够持续监测地球大气层和地表,提供有关天气、气候及其他环境状况的详细信息。与地球自转速度相同。GOES-16和GOES-17能够以约1.2英里(2公里)的空间分辨率和5至10分钟的时间分辨率对地球进行成像。

GOES卫星显示2021年大气河流抵达美国西海岸的情况Image: Qiusheng Wu/GOES。

如何创建你自己的可视化图像

过去,制作特定区域的Landsat延时动画需要扎实的数据处理技能,并耗费数小时甚至数天的时间。而如今,免费且易于使用的程序已经问世,任何人只需在网络浏览器中点击几下即可制作动画。

例如,我为学生创建了一个交互式网络应用程序,任何人都可以用它快速生成延时动画。用户在地图上缩放至感兴趣的区域,然后框选该区域,将其保存为GeoJSON文件(一种包含所选区域地理坐标的文件)。接着,用户将GeoJSON文件上传至该网络应用,选择要查看的卫星及日期后提交。应用随后约需60秒即可生成延时动画。

还有若干其他实用工具可以轻松制作卫星动画,可供尝试的包括Snazzy-EE-TS-GIF(一款用于制作Landsat动画的Earth Engine应用程序)以及Planetary Computer Explorer(一款用于交互式搜索和可视化卫星影像的探索工具)。

授权与转载
世界经济论坛发布的文章,可依据《知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际公共许可协议》以及我方《使用条款》进行转载。 本文所表达的观点仅代表作者个人立场,并不代表世界经济论坛的观点。