李锐教授研究组在卫星遥感火灾国际合作研究中取得重要进展

近日，地球和空间科学学院李锐教授（火灾科学国家重点实验室、双聘教授）联合加拿大皇家科学院院士YvesBergeron教授和魁北克大学Osvaldo Veleria教授在国际知名遥感期刊《Remote Sensing》(IF=4.5,5年IF=5.0)发表了题为“FireDetection and Fire Radiative Power in Forests and Low-Biomass Lands inNortheast Asia: MODIS versus VIIRS Fire Products”的研究成果。

近20年，卫星遥感技术被广泛地应用于全球地表植被火监测、火灾机制分析和火排放清单等领域。对中等分辨率的极轨卫星而言，上述研究受火探测（漏测和虚假探测）和燃烧强度反演准确性的显著影响。针对这一问题，作者通过抽取MODIS和VIIRS在卫星轨道交差区域近乎同步观测的火像素和火辐射功率（FRP）数据，在剔除重复探测火点的情况下，分析二者在地表火探测和燃烧强度反演(以FRP表征)方面的差异。研究结果指出MODIS和VIIRS均存在不同程度的火点漏测，以MODIS漏测更为普遍（图1, 2），尤其是在草地和农田等生物质含量低的植被区域。这些区域普遍为小火，燃烧强度小，在空间分辨率较粗的情况下，MODIS（1km）相比VIIRS（375m）更难从背景环境中区别出地表火点。而MODIS像素点随扫描角的增大而快速增长，这使得MODIS像素点尺度整体上远大于VIIRS,因此漏测更加普遍。此外，MODIS和VIIRS均存在火点误判的现象（如将温度较高的裸地和屋顶误判为火），误判比例和地表植被类型及火像素点本身反演的FRP值密切相关。在燃烧强度反演方面，对于被二者共同探测到的地表火，MODIS反演FRP高于VIIRS（图2）。原因可能是VIIRS计算FRP的光谱波段包含更强的大气CO2吸收线，同时FRP的计算需要扣除地表背景辐射，而VIIRS相比MODIS在冷背景下对地表背景辐射有正的偏差。然而，由于MODIS漏测掉大量低烈度火,这抵消掉了VIIRS对于共同探测火点FRP的低估效应，并最终使得VIIRS反演的总FFR高于MODIS（图2）。同样，FRP的这种观测差异在农田和草地等生物质含量低的植被区域更为显著（图2）。

本论文的第一作者为中国科学技术大学、加拿大魁北克大学联合培养博士生符玉云同学，他自2015年入学后一直在李锐教授指导下从事卫星遥感森林火灾对大气的影响研究，2019年赴加拿大魁北克大学接受Yves Bergeron和Osvaldo Veleria教授的联合培养，目前他已在JGR-Atmosphere、RS等期刊上发表论文7篇，一作2篇，按照计划，将在毕业后获得两校的双博士学位。

以上研究成果对进一步利用卫星定量遥感森林火灾向大气释放气溶胶和痕量气体、评估火灾的发展、传播具有重要意义。该研究受到中国自然科学基金贝尔蒙特论坛国际合作项目、国家留学基金委、中国自然科学基金面上项目的资助。

图1. MODIS和VIIRS火灾个例探测。红色点为火点，白色区域为云盖或地表积雪。

图2. (a, b) MODIS和VIIRS火点探测统计对比；(c,d) MODIS和VIIRS反演的火辐射功率FRP对比图。蓝色点来自MODIS和VIIRS在轨道交差区域共同探测到地表火，黑色点来自MODIS和VIIRS在轨道交差区域观测到的所有地表火。

全文链接：Fu, Y.;Li, R.; Wang, X.; Bergeron, Y.; Valeria, O.; Chavardès, R.D.; Wang, Y.; Hu, J.Fire Detection and Fire Radiative Power in Forests and Low-Biomass Lands inNortheast Asia: MODIS versus VIIRS Fire Products. Remote Sens. 2020, 12, 2870. https://doi.org/10.3390/rs12182870.