災害事件
BigGIS輔助林火監測! 20240216梨山地區森林大火事件!!
更新日期2024年02月27日
圖1. 20240216臺中市和平區梨山地區森林大火周遭光學影像與NBR、DNBR比對圖(來源:農業部農村水保署巨量空間資訊系統 BigGIS )
梨山地處中央山脈,位在大甲溪上游溪谷南岸高位的河階地,北側隔著大甲溪與雪山山脈對望,海拔約2000公尺,盛產水梨、水蜜桃、蘋果等溫帶水果及茶葉而聞名。中部橫貫公路開通後成為中橫東西二段與宜蘭支線的交會點,一躍而為台灣中部開發最早也最負盛名的高山風景區,2024年節剛過兩天,還在寒冷冬天深夜裡,整個山頭燃起熊熊大火,臺中和平梨山地區在16日晚間發生森林大火,圖1是20240216臺中市和平區梨山地區森林大火周遭光學影像與燃燒指標(NBR)、差異歸一化燃燒比(DNBR)比對圖。
臺灣中南部冬天氣候較為乾燥,森林大火即使在冬天,星星之火仍可燎原,起火點並無直接聯外道路,辛苦林業署與消防人員不畏寒冷溪水,沿著合歡溪溯溪過去,同時空勤直升機配合空中灌灑。經兵分三路處理,火勢在17日中午獲得控制,後續進行殘火處理,不過現場水源取得不易,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與評估森林大火災後影響上呢?
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,擁有290公里的幅寬和10公尺的空間解析度,能提供關於地球陸地地表與海岸區域變化的多方面應用。其兩顆衛星組合使再訪週期縮短至5天,具有時間上的優勢,尤其在災前災後的影像判釋上表現出色。此外,哨兵二號搭載了多光譜成像儀,表1包含了13個波段,從可見光到短波紅外線,利用歸一化燃燒指標(NBR)等方法,能有效監測森林大火,展現了在監測森林災害上的優勢。
表1:哨兵二號的多光譜波段簡介(資料來源)
波段 |
中央波長 (µm) |
光譜特性 |
1 |
0.443 |
沿海氣溶膠 |
2 |
0.490 |
藍波段 |
3 |
0.560 |
綠波段 |
4 |
0.665 |
紅波段 |
5 |
0.705 |
植被紅邊 |
6 |
0.740 |
植被紅邊 |
7 |
0.783 |
植被紅邊 |
8 |
0.842 |
近紅外線 |
8A |
0.865 |
植被紅邊 |
9 |
0.945 |
水蒸氣 |
10 |
1.375 |
短波紅外線-捲雲 |
11 |
1.610 |
短波紅外線 |
12 |
2.190 |
短波紅外線 |
使用NBR進行災情判定時,由於固定的裸露地、崩塌地和人為開墾地等區域植被較少,其NBR值偏低,可能導致誤判為災後範圍。為了提高準確性,可通過計算災前和災後的NBR值差異,獲得dNBR,更精確顯示出火災引起的地表地物變化,幫助評估火災嚴重程度。根據美國地調所標準,dNBR值越大,代表地表地物變化越大,火災影響程度越嚴重,如圖4所示。在NBR中的「N」代表「歸一化」,這種方法可以提高精度,縮小數據間的差異。透過歸一化,NBR的數值範圍被限制在1到-1之間,減少了大氣影響,使數值更穩定,更適合後續處理,如計算dNBR,從而更好地評估火災現場情況 。
圖2:用DNBR評估森林大火的嚴重程度(圖片來源)
若想要快速瞭解這場火災,就可以到農村水保署BigGIS網站,在加值應用與分析工具中選擇Sentinel-2頻譜指標分析,透過按幾個按鍵就可得到準確火災區域分析成果,在BigGIS頻譜指標內找到「標準化燃燒指標差異」,如圖3使用定位工具快速定位到此次火災中心座標(24.273834,121.272776),梨山地區森林大火發生時間在20240216晚上,各選取災前20240214與災後20240219兩個時間點的影像,框選災害區域,如圖4即可取得分析成果,此次的火災因該林班地以二葉松純林為主,因為二葉松有不易分解腐爛、富含油脂等特性,若一發生森林大火擴大,就會增加搶救難度,所幸經由林業署與消防人員及時處理與強救,如圖5透過BigGIS GIF動圖工具,可製作分析成果可下載於Google Earth 檢視(成果懶人包) 如圖6,並可以看到此次區域色階大約坐落於黃色(Low Severity)到橘色(Moderate-low Severity ),危害有效降低。
圖3:定位至梨山地區森林大火之地區(來源:農業部農村水保署巨量空間資訊系統 BigGIS )
圖4:在BigGIS上使用DNBR監測森林大火(來源:農業部農村水保署巨量空間資訊系統 BigGIS )
圖5:20240216臺中市和平區梨山地區森林大火事件GIF動圖製作(來源:農業部農村水保署巨量空間資訊系統 BigGIS )
圖6:20240216臺中市和平區梨山地區森林大火事件成果下載於Google Earth檢視 (來源:Google Earth與農業部農村水保署巨量空間資訊系統 BigGIS )
如果您是更進階的使用者或研究人員,想取得此次事件的影像(成果懶人包)進行加值處理和研究,如圖7可透過BigGIS只要三個步驟即可將所需影像打包帶走,此功能支援臺灣範圍從201612月開始至今,BigGIS的dNBR不僅是評估大火嚴重程度和範圍的有效指標,更使得森林大火的災害評估變得平易近人,無需進行困難的實地調查。此外,災後對災區的監測和林地復育狀況評估也可使用dNBR和BigGIS的豐富圖資持續關注。在享受方便的同時,我們也應該感謝歐盟和哨兵二號提供的多光譜影像資料,讓每位關心森林災害和地球環境的人都能為之盡一份心力,謹記飲水思源。
圖7: 20240216臺中市和平區梨山地區森林大火事件哨兵二號的多光譜下載(來源:農業部農村水保署巨量空間資訊系統 BigGIS )