1、Feb.2023 NO.2 VOL.332023年2月 第2期 第33卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT监测预报MONITORING AND FORECASTING2022年巴基斯坦特大洪水遥感监测冯天时 宋文龙 陈修华 陈龙 桂荣洁 林胜杰（1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.水利部遥感技术应用中心，北京100038）摘要：2022年6月中旬至9月，多轮强降雨侵袭了巴基斯坦的多个省份，引发了特大洪水，致使大面积国土被淹没，造成了重大财产损失与人员伤亡。遥感具有高效、监测范围大的优势，通过遥感云计算平台GEE（Google Earth En
2、gine），基于哨兵1、哨兵2等遥感数据，使用双极化水体指数（SDWI）和归一化水体指数（NDWI）对巴基斯坦2022年69月的全国水体范围进行逐月监测，重点分析受灾严重的信德省78月水体淹没范围。结果表明：2022年巴基斯坦特大洪水淹没面积大，持续时间长，印度河上游来水量激增及连日强降雨导致印度河河水溢出河道，淹没了巴基斯坦南部大面积的平原；淹没区域69月逐渐从沿海地区转移到印度河两岸及印度河下游平原。巴基斯坦在今后仍需提升洪水监测预报能力，完善预警系统，加强印度河上游防洪基础设施建设，优化下游地区排水系统，从而进一步提升应对特大洪水的能力。关键词：洪涝灾害；卫星遥感；GEE（Google
3、Earth Engine）；SDWI；NDWI；巴基斯坦中图法分类号：TV87；TP79文献标识码：A文章编号：1673-9264（2023）02-31-04DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2023040冯天时，宋文龙，陈修华，等.2022年巴基斯坦特大洪水遥感监测J.中国防汛抗旱，2023，33（2）：31-34.FENG Tianshi，SONG Wenlong，CHEN Xiuhua，et al.Remote sensing monitoring of catastrophic flood in Pakistan in 2022J.China Flood&Dr
4、ought Management，2023，33（2）：31-34.（in Chinese）收稿日期：2023-01-30第一作者信息：冯天时，男，博士研究生，E-mail：。基金项目：国家自然科学基金专项项目（42142029）。0 引言气候变化引起的极端降雨往往会引发特大洪水，造成城市内涝、农田淹没、道路设施损毁、滑坡、泥石流等一系列灾害，严重威胁自然生态与人民财产安全1-2。巴基斯坦每年69月雨季，受季风影响降雨量显著增加，进而引发一系列洪涝灾害与山体滑坡、泥石流等涉水灾害。据中国气象报统计，2022年南亚地区的西南季风持续时间长且更为强盛，其向北移动使得印度洋的暖湿气流与来自大陆的干气
5、流在巴基斯坦地区汇合，由此造成了多轮极端强降雨3-4，进而引发了严重的洪涝灾害。实时大范围地获取洪涝灾害前后地表水体范围是提取淹没范围，明晰受灾区域的关键，可为灾后的重点救灾以及精准建设防洪设施等工作提供依据5-6。遥感技术凭借快速、大范围、低成本、高效等优点已被广泛应用于洪涝灾害应急监测7。目前洪涝监测常用的遥感数据源分为光学卫星影像与雷达卫星影像两种，可根据不同应急监测区域的气候、地形等因素选取适用的遥感水体指数提取地表水体的范围8-10。陈德清等11基于SAR与高分三号数据对2020年淮河中游特大洪水进行监测，验证了基于多元信息融合的业务化洪水遥感监测的可行性。段伟芳等12基于光学与雷达
6、两种遥感影像，通过变化检测的方法分析了2020年鄱阳湖洪灾，指出了光学-雷达数据协同监测的优势。黄敏敏13基于哨兵1号（Sentinel-1）和哨兵2 号（Sentinel-2）对山东寿光市长时间序列的洪涝灾害进行监测，并构建了预测模型。王军锋等14通过无人机机载31Feb.2023 NO.2 VOL.332023年2月 第2期 第33卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱监测预报MONITORING AND FORECASTING和合成孔径雷达开展了黄河冰情凌汛的调查，指出了无人机遥感在洪水应急监测中的优势。本文基于遥感云计算平台GEE（Google Ea
7、rth Engine），自动筛选并拼接巴基斯坦全国69月的遥感影像，利用双极化水体指数（Sentinel-1A Dual-Polarized Water Idex，SDWI）与归一化水体指数（Normalized Difference Water Index，NDWI）分别对哨兵1号雷达影像与哨兵2号光学影像两种卫星遥感数据进行地表水体范围提取，最终获取了巴基斯坦69月逐月的水体范围，并对受灾较为严重的信德省进行重点分析，为有关部门掌握巴基斯坦特大洪水灾害情况提供依据。1 研究区介绍2022年6月中旬至9月，巴基斯坦遭遇了多轮强降雨，其中最具代表性的为信德省和俾路支省在6月19日、7月47日、
8、8月15日遭遇的严重暴雨，由此引发的洪水致使巴基斯坦1/3的国土被淹没，3 300多万人受到影响，经济损失巨大。自2022年6月初至9月底以来，此次特大暴雨引发的洪水已导致约3 304.6万人受灾，其中1 739人死亡，139.1 万间房屋部分损坏，完全损坏的房屋 89.7 万间，116.4万头牲畜死亡，是巴基斯坦近十年来损失最大、影响最深的洪灾。信德省位于巴基斯坦东南部，地处印度河下游平原，气候干旱，年降雨量180 mm，经济以农业为主，是巴基斯坦棉花、小麦、水稻的主要产区之一，其棉花产量占全国1/316。信德省境内的印度河属于下游河段，多轮强降雨使得上游来水量剧增，致使河岸淹没，水位上涨，
9、加之信德省地势平坦17-18，几乎形成了绵延100 km的湖泊，淹没了大量农田。2 数据与方法2.1 卫星数据采用的数据包括Sentinel-1卫星雷达影像和Sentinel-2卫星光学影像。Sentinel-1卫星是欧洲航天局哥白尼计划（GMES）中的地球观测卫星，由两颗极轨卫星A星和B星组成，两颗卫星搭载的传感器为C波段合成孔径雷达，空间分辨率为5 m，双星联合重访周期为12 d，使用该数据提取巴基斯坦 2022 年 9 月的水体范围。Sentinel-2 卫星包含A和B两颗卫星，分别于2015年6月及2017年3月发射。每颗卫星都搭载相同的多光谱影像仪（Multi-SpectralIns
10、trument，MSI），该影像仪可拍摄涵盖可见光、近红外线与短波红外线的13个波段影像，幅宽达290 km，空间分辨率为10 m，双星联合重访周期为5 d，使用该数据提取巴基斯坦2022年69月的水体范围。2.2 遥感水体指数SDWI是针对Sentinel-1数据构建的水体指数，其主要原理为阈值分割，即对影像进行预处理之后，根据指数波段运算得到双极化数据，将计算所得的新波段SDWI值大于0的判定为水体19，小于0为其他地物类型，指数具体形式如式（1）所示：SDWI=ln()10VVVH（1）式中：VV为双垂直同向极化雷达强度影像值；VH为垂直水平异向极化雷达强度影像。NDWI由Mcfeete
11、rs提出，该指数是早期多波段遥感水体信息提取方法之一，相较于单波段算法，极大地利用了水体的反射特性，增强了遥感影像中的水体信息，在现阶段的遥感水体提取工作中仍具有广泛的应用20，其具体形式如式（2）所示：NDWI=()Green-NIR/()Green+NIR（2）式中：Green为绿光波段反射率；NIR为近红外波段反射率。2.3 GEE平台对地观测技术的发展与数据存储技术的成熟促使遥感行业步入大数据时代，遥感行业现已积累了海量的遥感数据。传统的洪涝应急监测需要经过“查询下载处理结果分析”等一系列繁琐的工作，难以满足洪涝监测高时效性的需求。GEE遥感云计算平台能够存取卫星图像和其他地球观测数据
12、库中的资料，并可以根据用户需求实现多种遥感指数的快速运算。覆盖巴基斯坦全国的哨兵影像多达几十景，且时间序列较长，因此使用GEE遥感云计算平台实现遥感影像的快速拼接，并将6月、7月的Sentinel-2光学影像进行去云处理，通过SDWI、NDWI的计算直接导出水体范围。3 结果与分析基于GEE平台并根据前文提到的数据与方法提取了巴基斯坦2022年69月的逐月全国水面范围数据，如图1所示。从图1（a）中可以看出雨季刚刚来临前，无论是印度32Feb.2023 NO.2 VOL.332023年2月 第2期 第33卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT监测预报MONI
13、TORING AND FORECASTING河沿岸或者是巴基斯坦南部的平原，地表水体范围较为正常，随着6月降雨量积累以及7月的新一轮季风来袭，图1（b）中可以明显看出整条印度河沿岸出现部分淹没情况，但河道仍未有明显的扩大，此外在南部平原地区也出现了一定的淹没情况。8月，巴基斯坦的持续强降雨还在继续，从图1（c）中可明显看出巴基斯坦境内印度河的中段以及下游出现了河道范围增大的情况，在俾路支省和信德省等地区出现了大量的淹没现象。最终9月，随着降雨量的减缓，印度河沿岸的水体范围有所降低，淹没现象较少，但南部平原地区仍有部分积水未消退，仍存在不连片的淹没现象。以受灾较为严重的信德省为例，从图1可以看出
14、6月（a）6月图例城市河流国界巴基斯坦省界灾前水面范围6月水面范围5802901450km北（b）7月5802901450km北图例城市河流国界巴基斯坦省界灾前水面范围7月水面范围（c）8月5802901450km北图例城市河流国界巴基斯坦省界灾前水面范围8月水面范围（d）9月5802901450km图例城市河流国界巴基斯坦省界灾前水面范围9月水面范围北图1 巴基斯坦全国69月地表水体范围的水体范围集中在南部沿海地区。到了7月，信德省遭遇了多轮强降雨，直接导致信德省中部平原出现大范围的淹没，该地区的农田较多，从而造成了严重的经济损失。直至 9 月，信德省中部平原的淹没范围进一步扩大，且印度河受
15、到了暴雨及上游来水的双重冲击，致使河水溢出河道，沿岸地区呈现了大范围淹没。4 结论应用Sentinel-1、Sentinel-2等遥感影像，通过遥感水体指数法获取了巴基斯坦2022年69月期间的水体范围信息，对洪涝灾害进行监测分析，结论如下：（1）基于光学遥感数据的地表水体范围提取具有较高的精度，但是易受云雨天气的影响，雷达遥感数据具有较好的穿透性，可全天时、全天候地提供数据，因此，光学-雷达数据协同监测洪涝灾害具有更大的可行性，实现了数据间的优势互补。此外，遥感云计算平台极大地提升了大范围、长时间序列遥感水体提取工作效率，但其卫星数据资源存在一定的滞后性。（2）2022年巴基斯坦特大洪水的受
16、灾区域主要集中在信德省、旁遮普省、俾路支省和开普省等省份，洪水淹没面积大，持续时间长。受灾较为严重的为8月中下旬时的信德省，印度河上游来水量激增及连日强降雨导致河水溢出河道，农田大面积淹没。从全国范围来看，淹没区域69月逐渐从沿海地区转移到印度河两岸及印度河下游平原。（3）巴基斯坦的夏季长期受到极端季风降雨的影响，降雨的强度大、持续时间长、涉及范围广致使洪灾更为特殊和复杂。目前，巴基斯坦的洪水监测预报和预警系统仍不够完善，难以应对极端暴雨和洪水。为此，应着力加强印度河上游的水利枢纽及流域内防洪调控系统的建设，并不断优化下游地区尤其是信德省内的排水系统，从而进一步提升应对特大洪水的能力。参考文献1 范一大，吴玮，王薇，等.中国灾害遥感研究进展J.遥感学报，2016，20（5）：1170-1184.2 路洁，王学凤，曹永强.气候和人类活动对辽宁省植被变化的影响J.水利水电科技进展，2022，42（4）：7-14，38.3 Paulikas M J，Rahman M K.A temporal assessment of flooding fatali-ties in Pakistan（195