沙质荒漠化遥感监测与环境影响研究进展

荒漠化、全球变暖和生物多样性的减少是人类面临的最主要的环境问题,其中沙质荒漠化又是困扰当前人类社会最严重的环境—社会经济问题。由此,就沙质荒漠化的遥感监测及环境影响研究方面进行了评述与展望。自1977年联合国荒漠化大会以来,通过20多年的努力与研究实践,沙质荒漠化遥感监测已建立了一套以遥感目视解译为主的经验性指标体系,但目前尚未形成一个完全适应于遥感监测的指标体系;沙质荒漠化遥感监测方法从定性走向定量,从主观走向客观。但仍缺乏有效的沙质荒漠化遥感监测方法与技术路线;沙质荒漠化对全球变化的响应的研究相对薄弱,如何准确预测未来气候变化对沙质荒漠化过程的影响是值得深入开展的一项研究工作;沙质荒漠化对气候变化的影响研究多以数值摸拟为主,其中沙质荒漠化对区域气候产生根本性影响的作用机制的研究有待进一步深化;沙质荒漠化对碳循环的影响研究近年来得到重视,但沙质荒漠化对陆地生态系统碳循环的影响研究仍比较薄弱,沙质荒漠化土地土壤碳流失及固碳潜力是有待进一步研究的重要问题。     

MODIS卫星影像显示的2001-2017年中国荒漠化年度状况

年度监测是及时掌握荒漠化动态的有效方法。以MODIS卫星影像为数据源，依据荒漠化土地特征和荒漠化遥感监测指标选取原则，选取了能够基于中低分辨率MODIS卫星数据反演的4个遥感监测指标，将原国家林业局第三次荒漠化监测结果与MODIS反演的4个遥感监测指标的栅格图进行叠加，参照各监测指标在不同荒漠化程度等级下的像元值，得到各指标荒漠化程度判别值。根据原国家林业局荒漠化监测气候分区规定，基于各监测指标判别值，应用决策树分类方法，实现了中国不同气候区域2001-2017年的荒漠化状况年度监测。以2009年原国家林业局第四次中国荒漠化土地监测结果与本文年度监测结果对比，吻合度达92.62%。     

遥感技术在中国土地荒漠化监测中的应用进展

土地荒漠化已成为一个全球性的重大环境问题,也是我国面临的严重生态环境问题.遥感技术以其信息量大、获取速度快、覆盖范围广、受人力物力的限制小等优点,在过去的30多年中,已逐渐成为土地荒漠化监测的重要数据来源和技术手段.本文首先概述了土地荒漠化遥感监测中使用的遥感数据源,综述了各类卫星遥感影像、影像的不同季相、波段和各类植被指数的选择等;讨论了土地荒漠化信息遥感提取的多种方法,综合比较不同遥感提取方法的优缺点,进而分析土地荒漠化遥感监测中多采用计算机自动分类与人工手动分类结合的原因.最后,指出遥感技术在土地荒漠化监测中存在的一些问题,并提出土地荒漠化遥感监测中综合指标与综合方法集成研究等发展方向.     

复合荒漠化及其时空变化研究——以新疆艾比湖地区为例

以新疆艾比湖地区为研究区,通过对现有荒漠化监测指标体系的归纳分析,界定了复合荒漠化概念.利用遥感影像数据提取研究区各类荒漠化的现状与动态变化信息.研究结果表明:单一主导因子荒漠化类型面积占荒漠化土地总面积的82.29%,复合荒漠化面积占17.71%.2002～2005年,艾比湖湖面面积缩小了322.507 3 km2,相应的总体土地荒漠化面积增加了7.18%,复合荒漠化面积增加了133%.土地荒漠化的过程同时也发生了变化,风蚀、复合荒漠化增加而土地盐渍化减少,荒漠化程度加重,复合荒漠化类型增加并向其他土地类型扩展.     

复合荒漠化及其时空变化研究——以新疆艾比湖地区为例

以新疆艾比湖地区为研究区,通过对现有荒漠化监测指标体系的归纳分析,界定了复合荒漠化概念.利用遥感影像数据提取研究区各类荒漠化的现状与动态变化信息.研究结果表明:单一主导因子荒漠化类型面积占荒漠化土地总面积的82.29%,复合荒漠化面积占17.71%.2002~2005年,艾比湖湖面面积缩小了322.5073 km2,相应的总体土地荒漠化面积增加了7.18%,复合荒漠化面积增加了133%.土地荒漠化的过程同时也发生了变化,风蚀、复合荒漠化增加而土地盐渍化减少,荒漠化程度加重,复合荒漠化类型增加并向其他土地类型扩展.     

对荒漠化几个理论问题的初步探讨

讨论了荒漠化的概念和内涵,评价指标体系及发生机制等问题,认为联合图《防治荒漠化公约》中的荒漠化定义揭示了各类型荒漠化的共同本质,是较为科学和适用的定义,荒漠化评价指标的“基准”荒漠化气候类型及评价的空间尺度是建立荒漠化评价指标体系的关键,荒漠化的发生机制是荒漠化理论的核心,它涉及到荒漠化的反馈关系,荒漠化的非平衡过程及荒漠化与土地系统复杂性的关系,土地利用／土地覆被变化是荒漠化的驱动因素之一。     

基于全球土地退化零增长监测体系构建的中国沙化土地监测体系及效果评估

土地荒漠化是非常重要的生态环境问题,而科学评价荒漠化治理和零增长目标是否实现的必要前提是具有完善统一的评价体系。为此,联合国防治荒漠化公约（UNCCD）提出了土地退化零增长（LDN）的概念和监测指标。防治土地退化是中国的重要生态目标,中国已开展了多次全国土地荒漠化和沙化监测工作。但是,如何将这些监测结果用于土地退化的评估实践,尚未见报道。因此,本研究针对中国四大沙地,利用3期全国荒漠化和沙化监测数据,与基于UNCCD框架体系下的土地退化零增长（LDN）指标进行对比分析,并基于土地沙化程度变化趋势提出了中国沙化土地退化指标体系（CSLDN）。结果表明：UNCCD所提出的LDN监测指标与中国的荒漠化监测数据总体精度为0.51,中国沙化土地监测指标与LDN指标具有宏观一致性。此外,经本地优化后的CSLDN指标克服了低植被盖度区域LDN对土地退化和恢复的评价不准确的问题,更准确刻画了精细尺度空间内的土地动态变化状况,对土地退化防治意义重大。     

新疆昌吉市土地荒漠化监测与评价分析

利用RS与GIS技术对新疆昌吉市的荒漠化土地进行监测分析，采取卫星数据解译结合现地调查及抽样方法获取昌吉市荒漠化现状。监测调查表明：昌吉市是荒漠化分布极广的地区，荒漠化面积占监测区面积的83．4％。在荒漠化土地类型中，荒漠化耕地占17．33％，荒漠化林地占30％，荒漠化草地占65．04％，荒漠化未利用地占0．8％。在荒漠化程度中，非荒漠化土地占16．6％，轻度荒漠化占19．1％，中度荒漠化占44．5％，重度荒漠化占36％，极重度荒漠化占0．4％。按荒漠化主导因素：风蚀荒漠化占66．6％，水蚀荒漠化占11．2％，盐渍荒漠化占22．2％。     

基于时间序列植被特征的内蒙古荒漠化评价

荒漠化是中国北方干旱、半干旱地区面临的主要生态环境问题。从植被特征着手,关注其年际动态变化特征,已经成为国内外荒漠化评价的发展趋势。选取遥感反演的高时间分辨率的植被降水利用率作为评价指标,利用时间序列分析方法,评价了内蒙古自治区1999-2009 年的荒漠化发展态势,并对荒漠化逆转问题进行了初步讨论。结果表明：内蒙古自治区11 年来生态环境总体趋于改善,荒漠化发展态势并不明显。其中,鄂尔多斯高原的东部至大青山南麓、大兴安岭及燕山北部余脉是内蒙古自治区生态环境改善最为明显的地区,反映出该区的植被保护政策发挥了积极的作用;荒漠化土地空间分异特征表明,降水因子和植被恢复有着密切的联系,300mm以上降水量的地区,其植被恢复能力要明显大于降水稀少的地区;干旱、极干旱地区的荒漠界限极不稳定,对荒漠化是否逆转的判断必须在特定的时间尺度,结合当年的气候条件进行综合分析。     

遥感技术在山区土地荒漠化评价中的应用--以东川市为例

通过遥感数字图像统计分析与处理,确定了分类图,沟谷图,绿度指数图是评价山区土地荒漠化的有效图象,进行了沟谷指标,绿度指数分级,肯定了遥感技术应用于山区土地荒漠化评价的可能性。     

The Analysis and Evaluation of Desertification in Xinjiang

利用RS与GIS技术对新疆境内的荒漠化土地进行监测分析,以新疆全境为控制总体,采取卫星数据解译结合现地调查及抽样方法获取全疆荒漠化现状。监测调查表明:新疆是个荒漠化分布极广的地区,荒漠化面积占监测区面积的77.08%。在荒漠化土地类型中,荒漠化耕地占1.92%,荒漠化林地占4%,荒漠化草地占45%,荒漠化未利用地占49%。在荒漠化程度中,非荒漠化土地占22.92%,轻度荒漠化占5.69%,中度荒漠化占16.58%,重度荒漠化占33.19%,极重度荒漠化占21.61%。按荒漠化主导因素:风蚀荒漠化占58.23%,水蚀荒漠化占8.69%,盐渍荒漠化占6.52%,冻融荒漠化占3.64%。     

新疆荒漠化监测分析评价--基于RS与GIS的荒漠化监测研究

The land desertification in Xinjiang was monitored and analyzed based on RS and GIS techniques. Satellite data interpretation was adopted to obtain the general situation of Xinjiang‘s land desertification in assistance with the sampling method and on-the-spot investigations. Related monitoring and investigations showed that Xinjiang was facing with severe wide range land desertification, and its desertified area made up 77.08% of the total monitoring area. As for land types,the desertified farmland accounted for 1.92% of the total monitoring area, desertified woodland 4%,desertified grassland 45%, and unused land 49%. Accordingly, as for desertification degrees,non-desertified land occupied 22.92%, weak desertified land 5.69%, medium-degree desertified land 16.58%, severe desertified land 33.19% and super severe desertified land 21.61%. Finally, as for inducing factors, wind-eroded desertification made up 58.23%, water-eroded desertification 8.69%,salinization desertification 6.52% and frozen-melt eroded desertification 3.64%. Xinjiang‘s land desertification tended to get worse and the harnessing mission remained hard.     

Analysis and assessment of land desertification in Xinjiang based on RS and GIS

The land desertification in Xinjiang was monitored and analyzed based on RS and GIS techniques. Satellite data interpretation was adopted to obtain the general situation of Xinjiang's land desertification in assistance with the sampling method and on-the-spot investigations. Related monitoring and investigations showed that Xinjiang was facing with severe wide range land desertification, and its desertified area made up 77.08% of the total monitoring area. As for land types, the desertified farmland accounted for 1.92% of the total monitoring area, desertified woodland 4%, desertified grassland 45%, and unused land 49%. Accordingly, as for desertification degrees, non-desertified land occupied 22.92%, weak desertified land 5.69%, medium-degree desertified land 16.58%, severe desertified land 33.19% and super severe desertified land 21.61%. Finally, as for inducing factors, wind-eroded desertification made up 58.23%, water-eroded desertification 8.69%, salinization desertification 6.52% and frozen-melt eroded desertification 3.64%. Xinjiang's land desertification tended to get worse and the harnessing mission remained hard.     

基于景观格局的区域沙漠化程度评价模型构建

区域沙漠化程度评价对于防沙治沙具有重要意义。本研究在当前区域沙漠化程度评价方法中补充了在不同类型沙漠化土地空间分布的生态意义及其对区域沙漠化整体程度的影响因子,使其能评价各类沙漠化土地面积相等时几个区域的沙漠化程度。本文应用景观生态学原理,通过对空间分布差异而引起生态过程不同的理论分析,筛选出表征沙漠化土地空间分布生态意义的景观格局指数--聚集度,结合遥感与地理信息系统技术构建出区域沙漠化程度评价模型,并应用该模型对内蒙古浑善达克沙地六旗县的区域沙漠化程度进行了评价。结果对该各旗县不同时期的沙漠化程度的区分度较好,按沙漠化程度的不同,提出对正蓝旗的沙漠化要加强治理,对沽源县和太仆寺旗的沙漠化应采取预防措施的区域沙漠化防治对策。     

我国沙漠化研究的回顾与展望

本文回顾了我国沙漠化研究的发展历程,对于研究新进展、争议问题及最新动向等作了分析评述。     

中国西北干旱区土地沙漠化敏感性时空格局

土地沙漠化敏感性评估是沙漠化监测的重要内容之一,也是研究如何防止和治理沙漠化的重要课题。本文以中国西北干旱区作为研究区,利用遥感技术和GIS空间分析技术为支撑,通过构建“土壤—地形—水文—气候—植被”沙漠化敏感性综合评价指标体系,并借助空间距离模型计算了沙漠化敏感性指数,进而定量评估2000年、2005年、2010年和2017年西北干旱区土地沙漠化敏感性的时空演变特征,在此基础上引入地理探测器等方法对其主要驱动因素进行了深入分析。研究结果表明：① 地形、土壤、气候、植被和水文等5个方面相互影响,彼此制约,共同构成中国西北干旱区沙漠化敏感性分布和变化的本底条件;② 西北干旱区沙漠化敏感性总体上呈现周边低、内部高的分布特征,低敏感区主要分布在阿尔泰山、天山、昆仑山、阿尔金山和祁连山等地,而高敏感区则主要分布在准噶尔盆地、塔里木盆地和内蒙古高原等大部分地区,包括塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠腹地。沙漠化敏感性的空间分布具有显著的区域性,高敏感区和低敏感区界限分明、分布集中;③ 从时空演变看,2000年以来沙漠化敏感性变化以稳定型占据主导,而整体上敏感性表现为缓慢降低趋势,说明潜在沙漠化区域逐年减少,区域沙漠化治理工作取得了一定成效;④ 西北干旱区的各驱动因素中,土壤及气候起直接作用,是最主要的影响因素,而植被是改变沙漠化敏感性最活跃、最基本的因素。除此之外,地形的分布和水文的变化对沙漠化敏感性起到一定的限制作用,而社会经济因素是影响区域沙漠化敏感性最为快速的因素,且经济发展对促进区域沙漠化敏感性的增长作用有逐渐加强的趋势。从整体来看,中国西北干旱区土地沙漠化得到了有效遏制,沙漠化治理工作取得了积极成效,但在全球气候变化加强和社会经济发展进入新常态的大背景下,中国沙漠化监测评估和治理工作仍然任重而道远。     

土地退化评价与监测技术路线的研究

在对 90年代后期国内外土地退化评价与监测主要进展分析基础上 ,归纳出了绝对、相对和差异三种退化的评价思想 ;直接运用图象处理软件 ,通过监督非监督分类选择几个基于RS、GIS的指标 ,给定不同的权重综合地确定土地退化类型和程度的两种技术监测路线。最后 ,结合中国的实际情况 ,以沙质荒漠化为例提出了在绝对退化思想指导下 ,通过确定土地退化生态基准的时空尺度 ,建立监测区内典型土地退化类型与程度的标准信息资源库 ,GIS数据与RS数据相融合的土地退化评价与监测的技术路线框架。     

中国土地沙漠化经济损失评估

以1999年国家荒漠化监测数据为基准,采用灾害经济评价方法,20世纪末我国沙漠化造成的直接经济损失每年约为1 281.41亿元。其中,土地沙漠化造成资源损失 955.71亿元,占总损失的74.58%;对农牧业生产造成损失266.99亿元,占总损失的20.84%。研究表明,全国每年因土地沙漠化所造成的经济损失占当年全国GDP的1.41%,占我国土地沙漠化土地主要分布省区（内蒙古、甘肃、新疆、青海、宁夏、陕西）当年GDP的23.64%,相当于上述五省区1999年财政收入的3.60倍