慧天干旱监测与预警平台：基于风云卫星和机器学习方法的大面积干旱监测、气象预警平台

慧天干旱监测与预警平台

公司简介

北京慧天卓特科技有限公司成立于2022年09月，总部坐落于北京市海淀区中关村科技园区，是一家集地理遥感信息服务、遥感云计算大数据处理、人工智能应用软件开发和互联网安全服务等综合性高科技公司，公司业务涵盖测绘导航、环境监测以及气象和地址灾害评估等众多领域。公司具有行业内顶尖的的卫星应用、大数据处理和软件开发等众多高科技人才，特别是最近在气象监测方面取得了重大突破，公司与国家气候中心气象灾害风险管理室联合开发了新一代智能化干旱监测与预警业监测产品（FYDI-1.0～2.0）。

图1 持续干旱造成的河道水位下降

干旱监测与预警业务化在线系统

开发背景

旱情是全球范围内影响最广的自然灾害之一，给人类生产生活社会带来了深远的影响。极端干旱条件下，由于水资源的极度短缺，导致土地退化和荒漠化直接对农业和畜牧业等生产生活造成了巨大的经济损失和环境破坏。新中国成立以来我国分别经历了60年代“三年自然灾害”、1978—1983年“六年大旱”、2006年重庆、2010年云南和2013年贵州等多次大旱，大面积的干旱分析和预测成为亟需解决的巨大挑战。随着遥感大数据和云计算时代的到来，一款能进行实时进行干旱监测与预警产品显得尤为重要重要。

图2全球干旱指数分布

产品介绍

慧天卓特从国家需求和行业服务的角度出发，通过与国家气候中心的深入调研，在基于国产风云系列遥感气象数据（风云2号和4号气象卫星）和阿里云计算平台，与2022年10月开发了首个基于热红外观测的基础版风云干旱指数（FYDI-1.0）产品，以每日4km分辨率的气象数据实现了对中国及周边地区的地表干旱进行实时监测。

图3慧天干旱监测与预警平台

在第一代产品的基础上，深入分析了产品的不足和短板，经过一年多的深耕，于2024年3月，团队升级发布了增强版干旱指数（FYDI-2.0），该版本中融合了热红外和微波遥感观测数据，弥补光学手段对云覆盖区域的不足，同时运用深度学习算法和人工智能模型进一步提升了产品的精度，为全天候全覆盖的气象干旱监测和预警提供有利保障。

图4 2022年7月-9月全国旱情时空分布

产品特点

1.卫星遥感的反演

依托卫星遥感技术的干旱反演，能有效实时分析大面积的干旱分布和旱情演变过程，相较于基于地面气象站的干旱监测，大面积实时性监测和预警优势明显。此外，该模型无需额外降水信息。

2.全天候精准监测

FYDI-1.0干旱指数经过与2000多个地面站点和全国气象干旱指数的验证，展现出高度一致性，与2343个有效站点的相关系数高达0.7。而FYDI-2.0全天候产品在空间覆盖度上提升了约230%，并增强了在极端天气下对地表干旱的探测能力。

3.旱情的提前预警

热红外干旱指数对地表缺水状态敏感，能提前7-14天发现干旱。结合深度学习算法，利用历史热红外数据，可预测未来30-90天的干旱指数，为抗旱提供重要依据。

4.产品的自主可控

该产品完全拥有自主知识产权的算法和软件，核心技术已获发明专利，业务系统也取得计算机软件著作权认证。利用国产风云气象卫星的关键观测数据，该产品实现了自主可控和高效业务化运行。

产品链接

慧天干旱监测与预警-首页 (htdrought.com)

视频介绍链接

https://mp.weixin.qq.com/s/Itk1qiwVoegzY7i04DPUIg

产品案例

“一带一路”监测

针对“一带一路”区域构建11年的遥感环境监测数据集，利用所开发的FYDI-2.0全天候产品对2014-2023年的“一带一路”及沿线地区旱情、植被覆盖和土地利用的变化进行长时间序列的监测，精确定量评估该地区受灾程度、生态健康状况、生物多样性变化及土地利用变化。

图5 2014-2024年“一带一路”及沿线地区时序旱情监测

2022夏季长江流域旱情分析

09月30日2022年8月22日，国家动减灾委、应急管理部针对四川川、重庆等地近期较为严重的旱灾，启动国家V级救灾应急响应，派出工作组赴灾区实地查看灾情，指导和协助地方抛好受灾群众基本生活救助等救灾工作。

图6 监测和预报图- 绿色区域显示的是卫星监测的长江流域旱情指数

本案例从时间序列和空间分布上对2022年夏季长江流域的旱情做了监测和预测分析时间序列的干旱指数变化可看出：从7月初开始，旱情指数迅速下降，发出旱情预警；红色区域为模型预报干旱指数，虽然8月底有几次连续降雨，但是受持续高温的影响，旱情一直到8月底还未能缓解，基于模式的气象预报显示9月初气温有明显的下降，伴随着部分降雨，基于8月13日的未来两周气温和降雨的模式预报，我们的预测模型显示至9月5日起，旱情才会明显好转趋势。

2022年6-8月准河流域旱情分析

09月30日准河流域自2022年6月以来，受持续高温有影响，遭遇严重气象干旱，上中游来水偏枯，主要湖、库水位严重下降，对流域内各省的城乡居民生活和农业溉用水水造成严重影响。

图7 监测和预报图- 绿色区域显示的是卫星监测的淮河流域旱情指数

经过监测从2022年6月底开始，干旱指数迅速下降，旱情急剧恶化，7月初干旱指数达到谷底，并持续保持在较低值超过一个月（绿色区域），红色区域为模型预报干旱指数，虽然8月底有几次连续降雨，但是受持续高温的影响，旱情一直到9月初还未能缓解。

发展愿景

公司计划在2025年，进一步升级现有干旱指数产品（FYDI-2.0），利用风云静止轨道和极轨道卫星的多手段观测数据，高级版干旱指数（FYDI-3.0）得以进一步扩展监测区域并提高分辨率，实现了在全球范围内，以优于1km的分辨率进行多尺度的旱情监测。

发布会具体介绍