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國寶危險了!20210516玉山森林大火差異歸一化燃燒比分析

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  圖 1 :20210516玉山森林大火起火點周遭光學影像與 NBR 、 DNBR 比對圖 (圖片來源: 農委會水土保持局巨量空間資訊系統  BigGIS   ) 玉山國家公園 有高山、 斷崖、峭壁、峽谷等雄奇的地形 ,還包含古老的地層結構,是臺灣三大水系的搖籃。 高山深谷 垂直各異的植群帶與動物棲息, 從 亞熱帶到亞寒帶景觀一應具全,就像是 縮小版的原始臺灣,是世界級的國寶。但2021年間發生的幾起森林大火事件,卻讓國寶面臨巨大的威脅!圖1是 20210516玉山森林大火起火點周遭光學影像與NBR、DNBR比對圖。 森林大火,在天氣炎熱的情況下,從微小的火苗演變成難以收拾的火災,不可計量的樹木付之一炬,甚至衝擊到周遭居民的生活。而人為的疏失也可能導致野火的肆虐,像是今年五月中在玉山發生的大火,就是因為國家通訊委員會的專委不慎踢倒瓦斯爐釀禍,且現場海拔高達三千多公尺,水源取得不易,救援難度高,造成最後災情範圍多達六十四公頃,救援所耗費之成本高達近兩千萬元,更不用說這場大火對環境造成的不良影響。對於這種發生於人跡罕至之處的火災,有時候消防隊接到火警趕到現場後,火勢已難以控制,那麼能不能將自動取像、全島拍攝、定期回訪的遙測衛星應用於監測森林大火上呢? 哨兵二號( Sentinel-2 )是歐盟哥白尼計畫中的一個地球觀測任務,包含兩顆位於同一太陽同步軌道的衛星,分別為 Sentinel-2A 和 Sentinel-2B 。哨兵二號在對地表的遙測上,表現十分優異,可在多方面提供關於地球陸地地表與海岸區域變化的應用。 290 公里的幅寬與 10 公尺的空間解析度,使其在地表地物的監測上無往不利,再加上兩顆衛星雙管齊下,更是使再訪週期縮短至 5 天,使其在災前災後的影像判釋上,更具有時間上的優勢。另外哨兵二號身懷一大秘密武器,使它在監測森林大火上更能發揮優勢,讓「哨兵」之名實至名歸,那就是多光譜成像儀。包含了 13 個從可見光到短波紅外線的波段,各波段對於不同地表地物特徵的反應不同,利用此特性,我們就可以使用歸一化燃燒指標 (Normalized Burn Ratio; NBR) ,來進行森林大火的監測與預警。( 什麼!我也能監測評估森林大火? 20200510 南投森林火災多波段光學衛星影像燃燒指標計算 )。 表1是哨兵二號的多光譜波段簡介, 圖2是哨兵二號於起火地點災

什麼!我也能監測評估森林大火? 20200510 南投森林火災多波段光學衛星影像燃燒指標計算

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楓之谷是現在許多  20~30  歲年輕人的童年回憶,神木村為其中一經典遊戲地圖, 就在這周,台灣的神木村發生了一場森林火警 。在 2020 年 5 月 10 日南投縣神木國小後方林班地冒起了濃煙,在漫地易燃物的森林中,火勢延燒相當迅速,所幸發現得早,在火勢尚未擴大至難以控制的情況前,這場森林火災即被消防隊撲滅。然而,如果這場大火發生在杳無人煙的深山中,我們又該如何及早發現、即時處理呢? 圖 1:農委會水土保持局巨量空間資訊系統  BigGIS  提供多波段影像頻譜分析功能,本圖為針對20200510南投森林火災以 20200505、20200510、20200515 三期衛星影像所計算之燃燒指標地圖。 隨著氣候變遷加劇,森林火災日趨頻繁,大火不僅危機山林生態,更加劇溫室效應,形成惡性循環。相對於都市火警,森林大火較難預防及灌救。除了森林中遍布可燃物之外,山林中陡峭的山勢與狹隘的道路往往造成消防人員、設備難以進入救災,滅火作業相當不易。而森林火警若不在火勢蔓延前加以控制,對環境造成的傷害與影響甚鉅。 身在台灣的我們可能感受不大,但在森林面積遼闊的大陸型國家,數百甚至數千平方公里的林地若發生火警,往往無人發覺。這時,太空中的人造衛星便起了相當作用,透過多波段的衛星影像,我們可以持續監測森林中發生的變化。針對本次 5 月 10 日發生的神木村火警,從 圖  2 Sentinel-2  於  5  月  5  號、 5  月  10  號拍攝的影像中,可以清楚看到原本長滿綠色植被的黑、紅方框處,冒出了陣陣白煙。 圖 2: BigGIS  網站中提供 Sentinel-2 於5月5號(左)、5月10號(右)所拍攝之南投縣神木村真實自然色遙測影像,紅框處可清楚看到原本長滿綠色植被的黑、紅方框處,冒出了陣陣白煙。 燃燒地區的頻譜特性與健康植被地區的並不相同。如 圖 3 所示,燃燒地能反射大量的短波紅外線 (SWIR) ,而對近紅外線(NIR)反射能力則較弱,與健康的植被正好相反;茂盛的樹林與灌木中的葉綠素對近紅外線的反射能力較強,短波紅外線的反射能則較弱。 圖 3:植被與燃燒地的吸收光譜。紅線為燃燒地區的反射頻譜曲線,綠線為健康植被的反射頻譜曲線,在近紅外線波段與短波紅外線波段,兩者的反射強度正好相反。( 資料來源連結 ) 專業的遙測影像處理人員會計算所謂的燃燒指標  Norm