从空中俯瞰地球,我们需要一双敏锐的眼睛来观察、理解和监测陆地表面的变化。Landsat(陆地卫星)系列,作为地球观测领域的重要一员,提供了独特而详实的数据,深刻影响着我们对地球的科学研究、环境监测和资源管理。
陆地卫星计划是运行时间最长的地球观测计划。1972年,Landsat 1卫星首次升空,成为人类历史上第一颗专用于地球观测的卫星,最新的陆地卫星是2021年9月27日发射的Landsat 9。
Landsat卫星皆采用与太阳同步的近极地圆形轨道。 1. 高度恒定:这种轨道有助于保持图像比例尺的一致性,并使卫星能够覆盖地球上的大部分地区; 2. 太阳同步:在相近的光照条件下对地面进行观测,有利于成像质量; 3. 近极地轨道:增大卫星对地面总的观测范围,提高监测效率; 4. 周期固定:每16~18天重复覆盖一次,对全球进行动态监测
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视频来源:NASA 科学可视化工作室,戈达德太空飞行中心
经过五十多年的观测,陆地卫星计划创建了一个质量和覆盖范围无与伦比的数据档案,提供了有关世界粮食、森林、水以及土地如何变化的完整信息,极大地提高了我们对地球及其自然资源变化过程的了解。
从陆地卫星1号到9号,所有的陆地卫星图像都可以通过 USGS Earth Explorer 公开获取。
USGS Earth Explorer:https://gisgeography.com/usgs-earth-explorer-download-free-landsat-imagery/
Landsat 数据可用于监测农田健康状况、作物类型分布和土壤湿度,帮助农民制定更有效的农业管理策略。
孟加拉国农业部与华盛顿大学合作,通过IRAS计划(综合水稻咨询系统)以及NASA的数据,向农民提供有关灌溉需求的信息。研究人员使用Landsat的图像和数据确定农业地点的用水量,用GPM(全球降水测量任务)跟踪地区的降水总量。
IRAS团队于2023年6月完成了首次全国性工作,为孟加拉国1000多万农民提供了灌溉咨询。该计划有可能将孟加拉国的农业用水浪费减少约30%,减少45%的农业燃料消耗,每年节省1.15亿美元的燃料补贴,每年减少30万吨的碳排放。
通过OpenET(遥感模型的集合)测试,利用卫星的数据来计算蒸散(ET)——水蒸气从土壤和植物叶子进入大气中的运动。OpenET的主要观测结果来自Landsat 8、Landsat 9卫星,结合相关地表温度和植物绿度等数据,将数据输入模型计算蒸散量。
在农业地区,OpenET计算的蒸散量,特别是对于小麦、玉米、大豆和水稻等一年生作物,准确性很高,有利于准确了解植物成长所需的水量。
卫星提供的高分辨率图像可以用于城市扩张、土地利用规划和交通网络设计,为城市发展提供科学支持。
为了加深对当前全球城市化趋势的理解,欧空局和德国航空航天中心(DLR)与谷歌地球引擎团队合作,共同开发了世界住区足迹——世界上最全面的人类住区数据集。WSF Evolution (世界住区足迹演变)是通过处理 1985 年至 2015 年间收集的美国 Landsat 卫星的 700 万张图像生成的,展示了全球人类住区的逐年增长。
通过2014年至2016年期间Landsat 8图像的反射和热数据,处理了曼谷城市规划不同土地利用类别下的SUHI模式识别。分析指出,放置在城市核心的类别(高密度住宅、商业、历史和军事类别)表现出最高的SUHI平均强度(约4°C);而离市中心较远的地方,植被区域更广阔,SUHI平均强度较低。
地表城市热岛(SUHI)即是城市化进程中土地覆被剧烈变化的重要气候结果,它的形成加剧了城市的空气污染,对居民的身体健康造成严重威胁。
Landsat 对地球表面变化进行持续、可靠、重复的观测,可记录灾害前后的地球地表,是评估风险、绘制破坏程度和规划灾后恢复的重要工具。
2022年9月8日,美国历史上第五大飓风伊恩在佛罗里达海岸登陆。研究人员使用HLS(Harmonized Landsat and Sentinel-2)数据集创建了高分辨率土地扰动地图,基于HLS的分析揭示了佛罗里达州的大规模损害模式,并指出了损害热点的位置。详细说明了飓风和风暴潮造成的破坏,希望地图提供的信息可以帮助当地的团队进行搜索和恢复工作。
1980年5月18日圣海伦斯火山在华盛顿州西南部喷发,在火山喷发之前和之后,Landsat卫星都对该地区进行了定期观测,其数据被用于研究森林如何从非常大的干扰中恢复。
美国林务局的生态学专家一直在研究森林结构受火山喷发的影响,利用Landsat 数据,计算每年的树木覆盖率百分比,观察植被的恢复情况并了解碳储量的变化。
在过去的半个世纪中,Landsat的观测记录已成为全球土地利用和地表变化分析的不可或缺的基础。
下一个发射任务Landsat Next将提供更高的空间分辨率和两倍于 Landsat 8、 9的光谱成像波段,旨在收集全球范围内更准确的科学数据,提高人们对地球环境的监测和预测能力。
参考资料