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夜光遥感技术如何评估战争对社会的影响?

《战狼2》点燃了蛰伏在中国人心中强烈的民族自豪感,也让电影背景原型“也门撤侨事件”广为人知。那么,也门战争究竟造成了多大的危害? 中科院遥感与数字地球研究所科研人员利用夜光遥感技术发现,战争造成也门夜间灯光减少超七成,战争使得也门更黑暗...

作者:江威 何国金来源:中国科学院遥感与数字地球研究所|2017年09月07日

《战狼2》点燃了蛰伏在中国人心中强烈的民族自豪感,也让电影背景原型“也门撤侨事件”广为人知。那么,也门战争究竟造成了多大的危害?

中科院遥感与数字地球研究所科研人员利用夜光遥感技术发现,战争造成也门夜间灯光减少超七成,战争使得也门更黑暗。

根据联合国人道主义事务协调办公室2017年2月7日发布的报告,自2015年5月以来,也门战争造成40483人受伤、7469人死亡,需要援助人口数占全国人口的81.85%。也门战争造成的人道主义危机引起全球广泛关注。

由于战争危险性,大范围实地调查不切实际,遥感技术能够快速、准确、高效地用于战争评估。其中,夜光遥感是遥感技术领域发展活跃的一个分支。

夜光遥感:人类活动一目了然

相比于传统的光学和雷达遥感卫星,夜光遥感是获取无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息。这些信息大部分由地表人类活动发出,其中最主要的是人类夜间灯光照明,同时也包括石油天然气燃烧、海上渔船、森林火灾以及火山爆发等来源。

相比于普通的遥感卫星影像,夜光遥感影像更直接反映人类活动,因此,被广泛应用于社会经济参量估算、城市监测、重大事件变革、生态环境评估以及公共健康等领域。

战争往往会毁坏城市基础设施,包括交通和能源电力设施,导致人类活动重大变化,夜光遥感恰好具备快速捕捉这种变化的能力。

目前,夜光遥感影像主要通过NPP-VIIRS卫星来获取。NPP-VIIRS卫星是美国于2011年10月发射的,它搭载了5个传感器,VIIRS是其中一个,包含22个波段,夜间灯光是利用其中一个DNB波段观测的。

 

 

NPP-VIIRS卫星(图片来源于NASA)

通过夜光遥感,我们看到了什么

遥感地球所科研人员选取了也门地区从2014年4月到2017年3月逐月共60期时序NPP-VIIRS夜间灯光影像。通过对影像进行标准化预处理,生成时序夜间灯光影像进行分析,其中也门全国和首都萨那夜光影像如图1。

在影像上,夜光遥感捕捉的灯光信息在影像上呈白色,灯光信息越强,亮度越高,通过空间分析方法统计夜间灯光亮度总量、变化比率等信息,可用来评估战争过程中夜间灯光变化时空特征。

从两期影像直观对比看,首都萨那夜间灯光在两个时间段下降明显,对首都萨那夜光影像时序动态,可发现夜光在2015年2月后有显著下降。

 

 

2014年1月

 

 

2015年12月

 

 

图1 也门和首都萨那夜光影像

通过定量对比也门全国夜间灯光总量(TNL)和变化比率(NLCRI)(图2),可以发现在2015年2月到6月期间,其夜间灯光发生显著持续下降,全国6月份比2月份夜间灯光下降了71.6%,其中3月到4月下降幅度最大,为49.18%。这次夜光下降与沙特空袭时间(2015年3月26日开始)一致。

从也门各省夜光下降比率来看(图3),17个省(也门共22个省)夜光总量下降幅度超过60%,其中扎马尔省夜光总值下降96.90%,下降剧烈区集中东部省份,说明这次空袭破坏较强,主要集中东部省份性极大。

图2 也门全国夜间灯光总量(TNL)和下降比率

图3 也门各省夜间灯光总量下降率

从夜光空间变化格局(图4)上看,夜光下降显著区域(图中红色表示下降)主要集中在萨纳省、亚丁省以及西部油田区域,东部省份省会城市夜光也存在下降。

采用高分辨率影像对夜光下降区成因进行分析发现:城市基础设施(机场、建筑和工厂房)(图5)遭到炸毁和油田停产(图6)是其主要成因。另外,政府宣布实施的宵禁政策和战争造成的断电也是夜光下降的原因之一。

图4 也门夜光变化格局(红色表示下降区)

 

 

 

 

 

 

 

 

图5 城市基础设施毁坏影像图(以上四张)

 

 

图6 油气田验证图

2015年3月26日开始的沙特空袭造成也门地区夜光大幅下降,全国整体下降超七成,主要集中在东部省份。

通过夜光遥感能够客观准确评估战争造成人道主义危机范围和程度,有助于国际社会进一步援助。

战争让也门更黑暗。作为反映人类社会活动变化的重要信号,夜光可以较为直观地反映类似战乱这样的社会巨变带来的直接影响。据此,可以进一步利用夜光遥感技术判别一个地区社会稳定程度、经济发展程度,或可应用于“一带一路”沿线国家地缘政治稳定评估。

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