基于InVEST模型的京津冀土地利用变化及碳储量时空分异研究

大气中二氧化碳含量的增加是国际社会广泛关注的环境问题,人类活动改变土地利用格局,而土地利用/覆被(land-use/land-cover, LULC)变化影响陆地生态系统结构、功能及碳循环。本文在全球地表覆盖数据GlobeLand30的支持下分析了2000—2020年京津冀土地利用变化,利用InVEST模型模拟了碳储量时空变化,并结合空间自相关分析技术对其进行了分区研究。结果表明：(1)2000—2020年京津冀地区耕地和人造地表变化面积最大,分别为减少340 222.124 hm²和增加246 333.493 hm²;(2)京津冀地区2000、2010和2020年碳储量总值分别为1666.47×10⁶、1654.63×10⁶、1632.88×10⁶ t,耕地流失和人造地表扩张是碳储量下降的主要原因;(3)京津冀碳储量高值主要分布在海拔相对较高的山林地区,低值主要分布在北京市中心、津冀海岸带,以及河北省沧州和唐山的东部南部区域;(4)局部自相关结果表明,碳储量出现高-高聚集的区...     

青海省风蚀量及防风固沙量时空特征分析

针对青海省整体防风固沙时空变化和重要性评估研究相对较少的问题，该文采用修正风蚀模型，分析2000—2020年青海省土壤风蚀物质量、防风固沙量的时空变化特征及其影响因素，并对青海省防风固沙功能重要性进行评估。结果表明：(1)2000—2020年，青海省风蚀物质总量共减少1.822 746×10¹² kg,风蚀强度为剧烈区域面积下降，土壤风蚀状况逐步改善；(2)2000—2020年，青海省防风固沙量共增加1.653 44×10¹¹ kg,防风固沙能力逐渐提升，但区域差异较大；(3)青海省通过实施一系列生态工程，荒漠化、沙化土地面积减少，区域生态状况得到明显改善；(4)青海省防风固沙功能极重要区域主要分布在三江源国家级自然保护区、可可西里国家级自然保护区等地。     

防城港-钦州的海岸线遥感监测与时空分析

海岸线是海陆动态的分界线。国内外对防城港-钦州海岸线的时空变迁研究甚少。基于Landsat系列卫星遥感数据,利用ENVI(environment visualizing images)、ArcMap平台,采用归一化水体指数半自动提取5期海岸线,定量、定性分析海岸线时空演变。研究发现:(1)1999-2018年海岸线增长了53.59 km;(2)2004-2009年因防城港和钦州港填海造陆海岸线剧增了59.954 km;(3)填海造陆时空变化最为明显,2004-2009年港口的填海面积增加3663 hm²;(4)1999-2004年典型海岸养殖区面积增长7021 hm²,之后面积保持平稳,年平均面积为9626 hm²;(5)在研究尺度下,典型的红树林生物区基本维持不变,年均大约1597 hm²;(6)砂质海岸和基岩海岸移动不明显。近20年间,海岸线的变迁因素主要为滩涂围垦、港口扩建、填海造陆。     

喀斯特山区地表反照率时空变化及其驱动因子

为了解全球气候变暖背景下湿润喀斯特山区地表反照率的气候效应,本文以贵州省为例,利用MODIS地表反照率产品,结合植被、土地利用、地质岩性等数据,基于Theil-Sen Median斜率计算及Mann-Kendall统计检验等方法,分析贵州省近20年地表反照率的时空变化特征;利用地理探测器分析影响贵州地表反照率的主导驱动因子。结果表明：(1)贵州省2001—2020年的地表反照率均值为0.111 0,并以每年平均0.16×10^-3的速率在缓慢波动下降,下降区域面积占总面积的58.17%。(2)多年季节平均反照率为夏(0.118 6)>秋(0.113 7)>春(0.105 0)>冬(0.103 0),年平均增长速率为夏(0.48×10^-3)>秋(-0.13×10^-3)>春(-0.31×10^-3)>冬(-0.51×10^-3)。(3)地表反照率年内变化呈“倒U”形,表现出显著的季节性特征。(4)植被、土地利用、岩组是贵州地表反照率时空异质的主导驱动因...     

基于GEE的干旱区流域湿地水体时空动态变化特征分析——以宁夏平原为例

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家重大战略,宁夏平原为黄河流域具有代表性的典型湿地区域。本文基于谷歌地球引擎平台(GEE)对宁夏平原1984—2020年湿地水体的历史覆盖、面积变化、类型转变及季节性演变等动态信息进行分析与评价。结果表明：(1) 1984—2020年宁夏平原湿地水体历史覆盖面积为1 373.86 km²,占研究区面积的8.1%,全时段覆盖水体面积为116.46 km²;(2) 1984—1999年至2000—2020年宁夏平原地表水体面积共计增加482.99 km²,总体面积变化率为45.6%;(3)研究区新增永久性水体明显,过去37年新增永久性水体218.89 km²,同时季节性水体面积变化幅度较大;(4) 2020年,全年覆盖水体占比为39.45%,而1—6月覆盖时间的水体面积占比超过50%。本文成果可为环境保护和黄河流域高质量发展提供数据支撑。     

多时相SAR数据下的岭南早稻提取与时空变化分析

针对岭南地区在水稻生长期内高质量光学影像较少、难以实现对水稻种植情况进行有效监测的问题，该文利用多时相哨兵一号数据，提出一种基于阈值分割法快速提取水稻标签范围、运用U-Net深度学习模型提取水稻分布范围的方法，并分析广东省雷州市2019—2021年早稻分布时空变化情况。(1)通过对比，U-Net模型提取效果优于支持向量机算法，2019年早稻面积提取精度为87.63%,2020年为91.47%;(2)雷州市早稻种植范围持续扩大，与2019年早稻分布范围相比，2020年和2021年新增早稻种植范围主要分布在河流两岸；(3)相对于2019年，2020年和2021年由早稻种植区转变为非粮种植区的面积主要集中在南渡河中下游的附城镇、南兴镇等地，主要改种的农作物是西瓜。利用多时相哨兵一号数据可以建立长时间序列、稳定、及时、免费的水稻种植监测系统，能够实现对岭南重要产粮区耕地“非粮化”的有效监测。     

基于MODIS数据的青藏高原积雪时空分布特征分析

利用2000―2014年间获取的MOD10A2积雪产品,结合数字高程模型数据,借助GIS空间分析方法,以积雪覆盖率(snow cover fraction,SCF)为指标,定量分析了青藏高原积雪的整体空间分布特征及高程、坡度和坡向等地形因素对高原积雪时空分布的影响。主要结论有:(1)青藏高原积雪覆盖具有高原周围和中部高大山脉积雪丰富、SCF高,内陆盆地和谷地积雪少、SCF低的特点;(2)海拔越高,SCF越高,积雪持续时间越长,年内变化越稳定;(3)海拔4 000 m以下年内积雪覆盖呈单峰型分布特点,海拔4 000 m以上则为双峰型;(4)SCF最低值在海拔6 000 m以下出现在夏季,而在海拔6 000 m以上则出现在冬季;(5)SCF在不同坡向中,北坡向最高,南坡向最低,东坡和西坡向居中。     

1990-2019年艾丁湖流域城市空间扩展遥感监测

基于卫星遥感影像,监测艾丁湖流域1990-2019年土地覆盖类型变化,并利用多种城市变化监测指数及雷达图方法,揭示以自然流域为研究范围的城市扩展变化过程,并探究其驱动机制。结果表明:(1)1990-2019年,流域内土地类型变化巨大,城市扩展明显,建成区面积扩大了近3倍;(2)流域内城市扩展经历了中速扩张和高速扩张两个阶段;(3)流域内3个主要城市建成区面积分别扩展了约40 km²、60 km²、40 km²,3个城市均在原基础上整体向外扩展,在2000年后托克逊县向西南方向扩展明显,吐鲁番市向西北和东方向扩展更为明显,鄯善县除原西南和东北方向外还增加了西北的扩展方向。自然条件是制约西部干旱地区城市发展的主要因素,同时西部地区的城市扩展受经济和政策因素的影响逐渐增强。     

近30年青藏高原可可西里盐湖面积动态变化及其影响因素分析

青藏高原湖泊是全球气候变化的敏感指标,对全球气候变化具有很强的反馈作用。由于卓乃湖的溃堤,地处于青藏高原腹地的可可西里盐湖迅速扩张,这不仅对周边草地植被及流经的冻土造成危害,对青藏铁路和青藏公路的正常运行也产生了干扰。本文利用多源遥感监测手段对可可西里盐湖近30年面积进行监测,从时空变化趋势上提取盐湖面积的动态变化并进行成因分析。结果表明：(1)2011年9月卓乃湖溃决,导致可可西里盐湖面积1990—2020年增大了178.535 km²;(2)自2020年可可西里盐湖的引流工程完工,盐湖面积得到有效遏制,并在2021年缩小至191.145 km²;(3)盐湖湖岸线自1990—2020年主要在东南部和西南部有显著扩张,而最大的变化是盐湖东部由以前伸入湖中央的半岛变为孤岛;(4)面积与降水、气温呈显著相关关系,与日照时长、冰川融水呈弱相关关系。     

利用多时相遥感监测与分析黄河三角洲湿地变化动态

黄河三角洲湿地地区土地利用变化信息可为有关部门制定湿地保护和经济发展提供参考。本文选取2005、2009和2019年三时相黄河三角洲入海口周边,以及东营属地内黄河沿岸的Landsat 7 ETM＋遥感影像为数据源,采用监督分类方法研究土地利用类型,通过分析编码的变化判别黄河三角洲的土地利用转移情况,从而进行湿地变化动态分析。结果表明,研究区内2005—2009年湿地总面积减少了437 km²,呈减少趋势;2009—2019年湿地总体面积由2009年的930 km²变为2019年的998 km²,10年间研究区内湿地总体趋于稳定,并呈增长趋势;废弃三角洲海岸线发生缩减,黄河入海口位置发生变化。研究区内14年间土地利用类型转换频繁,湿地土地利用类型与非湿地土地利用类型形成动态转换系统。     

2015—2019年冬季黄河流域中游大气污染物空间分布特征

本文基于2015—2019年冬季黄河流域中游地区（山西段和陕西段）6种大气污染物的浓度数据,研究了黄河流域中游冬季大气污染物的变化特征。研究结果表明,2015—2019年黄河流域中游地区,PM₁₀和CO浓度持续降低,O₃浓度持续升高,PM_2.5、SO₂及NO₂平均浓度呈先上升后下降的规律。2019年主要污染物NO₂、CO、PM_2.5、PM₁₀及SO₂浓度均最低;2019年冬季O₃平均浓度达到最高（54μg/m³）。研究地区下游的PM_2.5浓度高于上游,且沿黄河由北向南其浓度逐渐增加,黄河东侧山西段的PM_2.5浓度高于西侧陕西段。研究区域PM₁₀污染浓度由2015—2016年的黄河东侧高西侧低转变为2017—2019年上游低下游高的分布特征。SO₂浓度呈黄河东岸比西岸高的分布。NO₂高值区域从2015—2017年黄河西侧下游地区变为2018—2019年中上游地区;CO平均浓度高值区域位于黄河东侧下游地区;O₃浓度空间分布特征不明显,但近5年浓度大幅增加,需要加强对臭氧的防控。     

2001—2019年洞庭湖流域生态环境质量时空变化及其影响因素

近年来,自然灾害和人类不合理开发利用等因素给洞庭湖流域生态环境造成巨大压力。准确、实时地获取生态环境质量的时空格局和演变趋势,对洞庭湖流域生态环境保护和建设具有重要意义。针对洞庭湖流域多植被、生物多样性丰富的生态情况,本文基于中国高分辨率生态环境质量数据集(CHEQ)研究了洞庭湖流域生态环境质量时空演变特征,并通过标准化系数的多元线性回归法和随机森林算法从时间和空间角度分别探究了社会因素和自然因素对洞庭湖流域生态的影响。结果表明：(1)洞庭湖流域生态环境质量在2001—2009年为快速下降期,在2010—2019年为缓慢上升期;CHEQ平均趋势率为-0.17×10^-3 a^-1,即19年间洞庭湖流域生态环境呈恶化趋势。其中,洞庭湖流域的生态环境质量明显改善区域的面积占比约为20.31%,生态环境质量严重退化区域的面积占比约为24.33%。(2)平江县、桃源县、桃江县的生态环境质量排名稳居前3,且生态质量基本处于良好等级;排名处于末尾的芙蓉区在19年间生态质量从较差等级退化为差等级。(3)从时间角度探究近19年洞庭湖流域生态环境质量变化的驱动因素...     

土壤水分纵向分布规律与层间相关性研究——以青藏高原地区为例

利用青藏高原土壤湿度逐时观测数据集,分析那曲和帕里两地区76个站点5、10、20、40 cm不同深度多年土壤水分垂直分布规律及层间关联情况,主要有以下4点发现：1)青藏高原地区土壤水分随深度增加呈现下降趋势,最大层间距下(5—40 cm)那曲地区平均降幅为0.041 cm³/cm³,帕里地区平均降幅达到0.066 cm³/cm³。2)以标准差为土壤水分稳定性参考指标,那曲、帕里两地区最小值同为40 cm层深的0.023、0.022,降幅分别为0.028、0.024,表明随着土壤深度的增加,土壤水分变化趋于稳定。3)那曲地区土壤水分值较低,以各层均值为代表,均低于帕里地区。4)相邻层间土壤水分表现出较高的相关性,其中以那曲地区10—20 cm相关性最强,达0.9以上。参考那曲地区5—40 cm层间相关系数为0.53可知,层间差距越大,相关性越低。本文研究结果可以为青藏高原地区水土保持及土壤水分层间模拟提供参考依据。     

基于Sentinel-2影像的巴尔托洛冰川冰面湖研究

冰面湖是冰川的重要组成部分,是冰川消融的指示器,不仅对全球气候变化响应迅速,而且对了解和掌握区域水资源信息意义重大。本文基于Sentinel-2遥感数据,利用随机森林算法,对巴尔托洛冰川冰面湖进行识别提取,并基于提取结果分析研究区冰面湖的空间分布特征,以及冰面湖面积、数量与冰川高程的关系。本文冰面湖提取的准确率达96.07%,完整率达92.18%,错误率为11.59%;识别出巴尔托洛冰川冰面湖567个,面积为249.46～37 134 m²;冰面湖多分布在距冰川末端3～26 km处,其中海拔3800～4300 m之间冰面湖数量最多,面积普遍较大,平均面积为1922 m²;随着高程的升高,冰面湖的数量和面积逐渐减少,在高程5300 m以上冰面湖数量仅为15个,平均面积为356 m²;高程升高导致冰面温度降低,是冰面湖数量和面积骤减的主要原因。     

基于随机森林模型的岸线不透水面提取方法研究

以南京长江沿岸保护区域为研究对象,利用2016年和2019年两期Sentinel-2影像构造多种遥感指数;再利用随机森林模型进行不透水面信息提取。结果表明,2016年的总体精度为88.25%,Kappa系数为0.76;2019年的总体精度为90.51%,Kappa系数为0.80,说明该方法具有较好的精度,能准确反映不透水面的空间分布。结合提取结果进行时空变化分析发现,2016-2019年南京长江沿线不透水面整体呈减少趋势,总面积减少2.784 km²,年均减少0.928 km²,其中大部分是由工矿用地转化为绿地以及港口码头消失导致的。长江沿线的不透水面提取和变化检测分析有助于全面、细致和真实地监测河道岸线情况,对于南京市开展长江岸线研究以及开发长江岸线资源和可持续利用具有举足轻重的意义。     

2000年—2018年中国和印度的长期PM2.5污染暴露的疾病负担研究

PM_2.5作为空气污染物，对人体健康构成了潜在威胁。中国和印度是全球人口最多的两个发展中国家，PM_2.5污染造成的疾病负担问题尤为严重。因此，本文基于长时间序列高分辨率(0.01°×0.01°)卫星反演的PM_2.5浓度数据，分析了中国和印度19年(2000年—2018年)的PM_2.5时空格局变化和人口暴露情况；基于综合暴露响应模型全面评估了两个国家因PM_2.5长期暴露导致的6种疾病(急性下呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、二型糖尿病、缺血性心脏病、肺癌和中风)的过早死亡人数。结果表明，中国PM_2.5浓度的高值区集中在新疆、四川盆地、华北平原以及长江经济带等地区，年人口加权浓度总体呈减少趋势(2000年为50μg·m^-3,2018年为40.8μg·m^-3)；印度PM_2.5浓度的高值区集中在北部地区，年人口加权浓度一直呈上升趋势(2000年为51.5μg·m^-3,2018年为76...     

长时间序列1984年—2020年密云水库水面信息遥感监测与分析

密云水库在防洪、灌溉、发电、养殖、旅游、供应城市用水等方面产生了巨大效益，准确地完成水库制图并分析其特征时空变化对密云水库生态环境监测及管理具有重要意义。本文以密云水库为研究区域，收集了1984年—2020年所有的Landsat 5和Landsat 8遥感影像，利用水体的光谱、地形、时空特征，研究并解决了水库水体动态制图中的云、阴影、冰雪干扰，同物异谱及混合像元等难点问题，提出了一套自动化且高精度的水库水体动态制图算法，在无云无冰雪的情况下的总体精度高达98.2%，并引入了景观分裂度指数分析密云水库形态变化。基于制图结果发现水库水面面积变化可划分为5个时期：“增长期”(1984年—1993年)、“巅峰期”(1994年—1999年)、“衰落期”(2000年—2003年)、“保护期”(2004年—2014年)、“恢复期”(2015年—2020年)，期间水库东、西两区经历了“三分三合”的过程，水库面积最大达到151.6 km²(1995年)，最小仅为57.3 km²(2004年)；每年的最大面积出现在8—9月份，最小面积出现在5月份。此外，还讨论了...     

西藏自治区那曲地区湖泊提取及面积动态变化

湖泊是一种重要的水体，其分布、组成与功能很大程度上决定了该区域水环境质量，因此对它进行合理地开发和利用尤为关键。本文以西藏自治区那曲市为例，选取2000—2020年Landsat TM/OLI影像和中国气象台资料网络的气候信息年数据；采用NDWI、AWEI、监督分类最大似然法和面向对象等方法提取那曲市湖泊水体，计算湖泊面积。研究结果表明：(1)通过对4种方法的对比分析得出，监督分类法是最适合本文湖泊提取的方法。(2)在研究的84个湖泊中，研究时间段内湖泊面积增加了3 019.495 km²,其中面积增大的有74个，面积持续减少的共有10个，主要集中在申扎县、班戈县、色尼区和安多县，面积共减少了70.962 km²,其余湖泊未见明显变化。(3)气温变化、降水量、蒸发量三者共同作用影响湖泊面积的变化，研究表明，年降水量、蒸发量是造成湖泊面积变化的主要因素。     

决策树结合混合像元分解的中国竹林遥感信息提取

竹林是中国亚热带地区特殊而重要的森林资源,现有方法难以实现全国范围竹林时空分布信息快速准确提取。针对此问题,本研究利用2003年、2008年、2014年MODIS NDVI、反射率产品数据和省域Landsat分类数据,提出了基于决策树结合混合像元分解的全国竹林信息提取方法。首先,通过最大似然法获取中国林地分布信息;然后,在林地信息的基础上,构建决策树模型提取中国竹林分布信息;最后,采用线性最小二乘法混合像元分解得到中国竹林丰度图,并计算竹林面积。研究结果表明:(1)最大似然法提取的3个时期中国林地信息的生产者与用户精度均在90%以上,Kappa系数均值为0.93,为竹林信息提取奠定了基础。(2)C5.0算法构建的决策树模型能够很好的提取中国竹林时空分布信息,3个时期竹林分类精度均在80%左右。(3)在混合像元分解的基础上,统计得到的全国各省竹林估算面积与清查面积具有较高的相关性,R~2分别为0.98、0.97和0.95,RMSE范围为3.92万—9.58万ha,说明估算得到全国竹林面积与实际情况较为吻合。本研究所提出基于MODIS遥感数据运用C5.0算法决策树结合混合像元分解的方法,实现了全国竹林时空分布信息的准确提取,为全国竹林资源信息动态监测及管理提供了技术手段和数据支撑。     

气象驱动下的终端湖泊流域环境变化研究

在干旱地区,终端湖面积变化受气候影响较大,同时湖泊面积变化对生态环境平衡和土地利用变化起着重要作用。基于Landsat和JRC Global Surface Water(JRC GSW)多源遥感数据、气象数据、土地利用数据和NDVI数据,分析了艾比湖水面面积变化及驱动因素,以及对艾比湖流域环境的影响。得出如下结论：2000—2020年艾比湖面积呈现先减少后增加的趋势,2010年左右为转折点;面积变化与降水量的相关性最大(R²=0.589,P <0.01和R²=0.519,P <0.05);流域内耕地面积增长最大,为3 140 km²,占研究区总面积的6.23%;其次是草地面积增加1 402 km²,占研究区总面积的2.78%;而面积减少最多的是未利用土地,为2 974 km²,占总面积的5.90%,主要转化为草地和耕地;由NDVI变化可知,该流域内的植被主要由草地构成,并且草地高覆盖(>0.8)区呈现出增加趋势,集中在人类活动区。干旱区终端湖泊面积变化监测是生...