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。     

黄河流域湿地景观时空演变格局分析

湿地景观的时空演变及其驱动因素研究是湿地生态恢复与保护的重要参考,本文利用1980—2015年7期黄河流域土地利用数据构建黄河流域湿地矢量数据集,基于景观格局指数对黄河流域湿地的时空演变特征进行定量和定性分析;采用转移矩阵对每两个时期湿地资源的转移类型和数量进行计算与分析。研究结果表明,①1980—2015年,黄河流域湿地率为3.5%,其中自然湿地率约为2.0%,即黄河流域的湿地类型以自然湿地为主。②斑块面积结果显示,黄河流域湿地总面积减少了312.74km²,表现为人工湿地增加,自然湿地减少;自然湿地中沼泽湿地呈增加状态,主要是在2005—2010年增加了979.22km²,滩地呈减少状态,减少了1218.19km²,主要发生在1990—1995年和2005—2010年。斑块密度结果显示,随着河渠和滩地受人为活动影响程度的加大,两者的斑块破碎化程度逐渐加大。最大斑块指数结果显示,水田是黄河流域的主导湿地类型,沼泽和湖泊是自然湿地中的主导湿地类型。③黄河流域湿地类型与非湿地之间转换是黄河流域景观转换的主要组成部分,其中沼泽与滩地是面积发生变化的主要湿地类型。     

2009—2017年北京市土地利用变化时空特征

对北京市土地利用类型、城市扩张程度和植被覆盖度进行时空特征分析,为合理制定城市空间规划和土地利用管理提供科学依据。以北京市全域为研究对象,基于2009、2013和2017年Landsat遥感影像基础,利用非监督分类方法得到土地类型图,计算城市扩张指数和植被覆盖度指数,并进行环路地类动态变化分析。结果表明：1)2009—2017年北京市绿地/耕地面积减少746.22 km²,建筑用地面积增加601.36 km²,两者面积变化表现出此消彼长的趋势;2)绿地/耕地及建筑用地的空间消长特点存在明显的环路差异;3)高植被覆盖度区域面积剧烈减少;4)土地利用类型和植被覆盖度变化在2009—2013年和2009—2017年两阶段内差异明显。可见北京市城市扩张速度有所减缓,绿地/耕地面积相对减少率高,城市土地利用变化存在明显的时空差异。     

鄂州市湿地资源景观演变与退化过程分析

以2009年、2015年和2020年鄂州市土地利用数据为基础,分析了湿地景观格局演变过程及其退化程度,探究了整体与局部区域湿地退化的功能特征。结果表明：(1)2009—2020年鄂州市和梁子湖自然保护区的湿地总面积分别减少66.75 km²、8.04 km²;(2)鄂州市湿地景观向破碎化和类型多样化发展,但湖泊湿地优势度增加,空间分布集中,连通度有所提高;(3)湿地退化区域主要分布在花马湖流域和长江沿岸,恢复区域主要分布在五四湖流域和梁子湖自然保护区;(4)湿地生物多样性有所降低,但植被生产力呈增加趋势,梁子湖区域整体湿地保护情况良好,退化程度低于鄂州全市。鄂州市湿地景观受人为活动影响明显,湿地保护政策和生态项目工程的实施有利于湿地资源的恢复与合理利用,对促进区域经济与生态环境协调发展具有重要意义。     

基于RS和GIS的黄河口海岸线演变及土地利用研究

基于RS和GIS技术,利用黄河口1977—2017年的Landsat MSS/TM/OLI影像数据,采用归一化差值水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)、大津算法(OTSU)以及最大似然分类和目视解译等方法分别提取6个不同时期的海岸线和土地利用类型,分析海岸线演变和不同土地利用类型的动态变化规律。结果表明:40年来黄河口海岸线总体呈递增趋势,从1977年的253.44km增加到2017年的594.16km,且时间和空间的变化显著,不同时间段的不同海岸线地段呈现不同的特征,黄河口海岸线变化主要受黄河流路的改变、海水侵蚀、人类活动等影响,入海口流路改变对海岸线的影响尤为明显;时间上,黄河三角洲的土地利用变化表现为自然类型转向人工类型,水体和滩涂等自然类型持续减少,盐田和养殖池等人工类型逐渐增多,盐田面积从74.97km~2增长到298.1km~2,养殖池从21.2km~2增加到761.7km~2;空间上,黄河口整体呈现向海边推进的趋势。     

黄河三角洲典型区近10 a土地利用动态特征分析

以光谱特征混杂且土地利用变化剧烈的黄河三角洲典型地区垦利区为例,分析了其近10 a的土地利用变化情况,以期为该地区的土地利用规划和经济发展提供参考。根据2005年、2009年和2015年的陆地卫星TM遥感影像图,采用面向对象的分类方法获取了各时相的土地利用信息;并通过量化指标和转移矩阵对各地类变化情况进行动态分析。结果表明,研究区内面积比例较大的土地利用类型为盐荒地、耕地和水域;10 a间城市、建制镇、农村居民点和耕地都有明显扩张,且2009～2015年的增长速度大于2005～2009年;盐荒地面积大量减少,林草地、水域和滩涂亦呈减少趋势。建设用地主要占用了盐荒地和耕地,耕地的扩张则主要来自盐荒地和林草地。研究区内仍有大面积盐荒地未被利用,土地利用潜力十分巨大。     

遥感技术支持下的下龙湾西岸养殖塘变化监测及其对“三生用地”影响分析

下龙湾西岸是越南北部沿海的养殖大区，随着水产养殖用地规模的逐渐扩大，周边三生用地（生产用地、生活用地、生态用地）空间格局受到影响。本文以下龙湾西岸的5个沿海地区为研究区，利用1990、2000、2010、2015年4期无云Landsat TM/OLI遥感数据，采用分类回归树方法，对1990—2015年的土地利用变化进行监测。通过土地利用净变化量、土地利用动态度模型、相关性分析等方法，定量分析养殖塘时空格局演变特征及对三生用地的影响。结果表明：①25年间，养殖塘面积呈“单峰”式先增后减变化，净增加66.65 km²，2000年面积为156.65 km²，较1990年面积增长113%，2015年较2000年面积减少11%。总体呈现数量上“北增南减”、速率上“东快西慢”的面积变化特征。②养殖塘转入面积中，生产用地对养殖塘转移面积占31%，生活用地占4%，生态用地占65%。空间格局整体以白藤江及陆地中轴为界线，呈南北分区、东西分界的转入转出规律。③养殖塘占用生活用地7.24 km²，二者呈正相关关系，R²为0.46；养殖塘分别占用生产用地和生态用地55.14、115.14 km²，并与两者成负相关关系，R²分别为-0.96和-0.81。由此可知，利用遥感技术监测养殖塘时空变迁对土地资源的规划配置与可持续发展具有重意义。     

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。     

GEE云平台支持下的西天山森林遥感监测与时空变化分析

针对区域大尺度森林遥感调查、精确信息提取和时间序列变化监测过程中存在的数据挑选困难、计算效率较低、提取精度不高等问题，本文基于谷歌云计算平台（GEE）强大的海量遥感数据组织、存储和计算功能，根据新疆干旱区森林资源的空间分布特点，结合多源遥感数据和地理要素数据集，首先构建了光谱+纹理+地形等多维分类特征集；然后在地理国情监测森林地面调查样本数据的协助下建立了西天山森林分类样本数据库；进而采用随机森林分类算法实现了对西天山森林1995、2000、2005、2010、2015和2018年6期自动分类；最后通过云端与本地相结合完成了森林资源遥感分类数据编辑检查、制图与分析。研究结果表明：①1995-2018年西天山森林总体呈动态扩张趋势，森林分布面积从1995年的3 953.6 km²年增加到2018年的4 243.2 km²，增长速率为12.6 km²/a；在结构组成上，西天山森林以针叶林为主，阔叶林、灌木林、针阔混交林较少。②在时间变化过程上，西天山森林的扩张态势呈现缓中增强，2005-2018年增长速率要明显高于1995-2005年。③在空间变化特征上，不同森林类型之间的转化很少，新增林地主要来自非林地，2000年以来非林地转林地的面积约为520 km²。非林地转化为林地区域主要集中在特克斯县分局、尼勒克县分局、昭苏县分局、新源林场、巩留分局、伊宁分局，转入面积分别为111.14、102.19、67.16、56.45、42.76、40.71 km²。     

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...     

环渤海滨海湿地时空格局变化遥感监测与分析

基于多期Landsat TM 等遥感数据, 采用目视解译和实地样点采集相互支撑的方法, 完成了环渤海 地区2000 年、2005 年及2008 年湿地提取和分类; 运用单一类型变化率模型、区域动态度模型和动态转移矩 阵, 揭示了环渤海湿地的时空格局、变化特点和驱动机制。研究显示环渤海地区的8 类湿地中, 属于人工湿 地类型的盐场和水库坑塘面积比例大且近8 年增长速度也最快, 年均分别增加205.52 km2 和146.10 km2, 滩 地和海涂减少最明显; 环渤海地区的三大流域中, 黄河流域湿地变化最显     

Sentinel-2影像多特征优选的黄河三角洲湿地信息提取

以北方典型河口湿地—黄河三角洲湿地为研究区,采用在特征选择和分类提取等方面具有明显优势的随机森林算法,对研究区内的湿地信息进行提取。首先基于多时相、光谱信息丰富的Sentinel-2数据生成4类不同的特征变量,包括光谱特征、植被指数和水体指数、红边指数、纹理特征;再根据以上特征构建6种不同的提取方案,对黄河三角洲湿地信息进行提取并验证不同方案的提取精度,旨在选择最佳方案改善湿地信息提取的效果。结果表明:(1)有效地使用多种特征变量是提高湿地信息提取的关键,就不同特征对湿地信息提取的贡献率而言,红边指数植被指数和水体指数光谱特征纹理特征;(2)基于随机森林算法优选的特征变量提取效果最佳,总体精度高达90.93%,Kappa系数为0.90,表明随机森林算法可以有效地进行特征选择,在特征变量数据挖掘的同时,仍能保证湿地信息提取的精度,提高运行效率。本研究为湿地信息提取在数据源选择、特征选择和方法选择方面提供了一种新思路、方法和技术手段。     

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。     

Land Cover and Vegetation Change in the Yellow River Delta Nature Reserve Analyzed with Landsat Thematic Mapper Data

Abstract

Coastal wetland is a major part of wetlands in the world. Land cover and vegetation mapping in a deltaic lowland environment is complicated by the rapid and significant changes of geomorphic forms. Remote sensing provides an important tool for coastal land cover classification and landscape analysis. The study site in this paper is the Yellow River Delta Nature Reserve (YRDNR) at the Yellow River mouth in Shangdong province, China. Yellow River Delta is one of the fastest growing deltas in the world. YRDNR was listed as a national level nature reserve in 1992. The objectives of this paper are two fold: to study the land cover status of YRDNR, and to examine the land cover change since it was declared as a nature reserve. Land cover and vegetation mapping in YRDNR was developed using multi‐spectral Landsat Thematic Mapper (TM) imagery acquired in 1995. Land cover and landscape characteristics were analyzed with the help of ancillary GIS. Land use investigation data in 1991 were used for comparison with Landsat classification map. Our results show that YRDNR has experienced significant landscape change and environmental improvement after 1992.     

基于地表覆盖/土地利用数据的沁河源区生态保护红线边界处理

边界处理是指借助地理信息系统软件，将生态保护红线从栅格形式的生态评估结果落实到具有明确边界的地块上，也称为红线的“落图”过程，是生态保护红线划定的重要流程，也是红线精准落地和有效管控的必要条件。本文以沁河源区为例，利用地理信息系统软件，基于地表覆盖、土地利用两种数据分别对生态功能极重要区红线进行落图。结果表明：两种数据均适用于红线边界处理，并且联合应用时处理结果更佳；沁河源区生态功能极重要区栅格面积为877.87 km²，联合应用两种数据处理后的红线矢量面积为877.73 km²，占研究区总面积的64.51%；研究结果可为生态功能重要区域生态保护红线边界的优化、调整提供参考。     

青藏高原冰雪覆盖变化监测的卫星立体影像方法

针对青藏高原冰雪覆盖变化监测问题,以各拉丹冬冰川为例,提出了利用ALOS立体像对提取冰雪DEM,并以同源不同时相的冰雪DEM监测冰雪覆盖变化及体量变化的方法。依据DEM纠正裁切后的影像,采用ISODATA分类方法得到了冰雪覆盖面积变化量,由不同时相网格DEM高程点数据高差与面积求得体积变化,得出了2009年与2010年冬季冰雪量大小。结果显示2010年12月比2009年12月冰雪量减少了19.728 3 km³,雪覆盖面积减少了349.691 km²。文中还列出了遇到的技术困难及有待进一步研究的问题。