新疆于田绿洲地表温度对土地利用/覆被的响应监测

以于田绿洲为例,以Landsat TM/ETM+图像为主要的数据源,提取了于田绿洲的土地利用/覆被信息.利用单窗算法反演了地表温度,综合分析了2001-2011年间于田绿洲±地利用/覆被变化(LUCC)及其对地表温度的影响,同时利用像元分解模型得出绿洲植被覆被度,并分析了其与地表温度的关系.结果表明:在2001-2011年的10 a期间,于田绿洲最主要的土地利用类型是以人类为主导因素的,同时以自然利用类型向人工利用类型的转化最为显著.耕地、水体等以人类为主导因素的土地利用类型面积增加了809.65 km2,盐渍地等以自然为主导的土地利用类型面积减少了758.76 km2,人为影响是于田绿洲较主要的驱动因素.于田绿洲土地利用/覆被变化改变了地表温度的空间分布特征,在土地利用/覆被类型发生变化的区域,地表温度有升有降,但总体上地表温度的空间分布与土地覆被类型的空间变化格局存在明显的一致性.地表温度的变化与植被覆被度的变化有关,证明了植被在改变下垫面热量分布的格局中扮演着重要作用.     

中国陆地生态系统总初级生产力VPM遥感模型估算

陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)时空格局及其变化动态的准确监测是区域碳收支研究的核心问题之一,遥感模型正在为区域碳通量监测提供更为实时、准确的模拟数据。基于中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,简称MODIS)遥感数据和涡度相关碳通量观测数据发展而来的VPM模型经过10年的努力,目前已经在全球涵盖十类生态系统的21个站点上开展模型的校验与验证研究,为区域GPP的准确估算与监测奠定了方法基础。本研究构建了评估GPP区域格局的VPM模型区域模式,以空间分辨率500m、时间步长8天的MODIS卫星影像数据以及相同时空分辨率的温度与光合有效辐射数据为模型输入数据,模拟估算我国2006~2008年GPP及其空间分布格局。VPM模型模拟的中国陆地生态系统GPP年总量平均值为5.0Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌丛生态系统分别占34%,17%,37%和12%。本研究模拟的全国GPP总量与多模型模拟的平均结果(5.40 Pg C/a)相当,但不同模型估算的各类生态系统GPP存在较大差异。本研究通过利用遥感数据对VPM模型中的关键参数(最大光能利用率)进行参数空间化,表达同一土地覆被类型内部光能利用率的空间异质性;应用目前我国准确性最为可靠的土地利用与植被数据提取土地覆被数据,首次将农业多熟种植作为单独的植被类型引入模型中,模型参数与输入数据的精度保障了模型模拟结果的可靠性。     

中国历史耕地变化及其对自然环境的影响*

农业开发已经直接或间接地影响并正在影响自然环境的许多方面,中国农业开发历史悠久,对自然环境造成的影响广泛而强烈,对认识人类活动导致的全球与区域环境变化具有代表性。文中总结了近年来基于考古和历史文献记录的中国历史耕地变化定量重建和耕地开发环境影响的研究成果。主要结论包括: (1)中国在历史耕地变化重建方面具有独特的优势,主要数据源包括田亩、税赋、人口等与耕地数量相关的数值记录,考古遗址点、聚落、路网、行政建制等与农业活动相关的信息,有关土地开发和农业生产的描述性记录等三大类。 (2)对全国尺度的耕地面积推断始于春秋战国时期,过去1000年以来已重建了省(路)域的垦殖率,过去300年基于历史记录重建的东北、华北等区域垦殖率的分辨率已到县,在重建基础上利用分配模型获得的过去300年格网化垦殖率的分辨率可达10 km×10 km甚至1 km×1 km。相比于当前广泛使用的国际数据集,这些区域定量重建结果更为准确。(3)历史时期中国耕地的3次大规模扩张分别主要出现在西汉、两宋和清中叶,与此相对应,植被破坏和水土流失从北方地区扩展到南方地区,从平原低地扩展到低山丘陵、深山地区;过去300年耕地变化导致了碳排放的增加和可辨识的区域气候变化。未来中国的历史耕地变化重建及其对环境影响研究,应与国际过去土地利用/覆盖研究衔接,研究重点为延长历史耕地重建时限、提高重建单元的空间分辨率和改进耕地格网化分配模型。     

黄河三角洲景观分异格局及其新生湿地土地覆被景观重心演替规律

通过分析现代黄河三角洲体上几种主要景观类型在不同环境单元上的空间分布差异,探讨现代黄河三角洲土地利用景观格局.从遥感影像数据中提取了黄河三角洲新生湿地4期土地覆被景观类型数据,其代表不同的景观生态类型, 采用区域质心函数计算其重心及其演替迁移距离和迁移方向,通过分析,归纳出3种演替模式,为认识人类活动对新生湿地植被演替的影响和制定湿地保护措施提供参考依据.     

科尔沁沙地典型区生长季蒸散发估算及其变化特征

为揭示科尔沁沙地典型区地表参数和蒸散发的时空分布以及变化特征,采用Landsat-7和气象数据,并结合METRIC(Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration)模型,分析了研究区净辐射(Rn)和蒸散发(ET)的时空变化、不同土地覆被类型ET特征及其影响因素。结果表明:(1)研究区典型土地覆被沙丘和草甸的Rn和ET估算值与涡度相关实测值拟合结果均良好,说明METRIC模型可以为研究区提供合理的ET估算;(2)研究区下垫面Rn和ET的时空分布情况为:各年Rn和ET在年内变化趋势相同,空间上不同土地覆被类型中水体的Rn和ET最大,农田和草甸次之,沙丘最小;(3)沙丘的CV值大于农田与草甸,表明年际间沙丘的ET波动较大,农田和草甸相对稳定,ET年际变化主要受气象因素的影响。     

吉林西部多时相遥感数据分类方案的构建及应用

为了深化遥感监测方法在生态环境调查中的应用,本文以吉林西部为试验区,设计了一种多时相遥感数据分类方案。该方案以物候信息为主,结合地物特征变量(植被、水体和土地信息)构建的多维特征空间数据集用于土地覆被分类。该遥感分类方案提取了9种地表覆被类型,结果表明:地表植被季节变化信息和土地利用信息的引入能明显改善土地覆被的分类精度;与基于原始波段的分类方案相比,多时相遥感数据分类方案的分类精度最好,总体分类精度为95.50%,Kappa系数为95.04%。     

BTOPMC模型与新安江模型在史河上游的应用比较研究

介绍了一个由TOPMODEL发展而来的基于栅格的分布式水文模型--BTOPMC模型.选取史河流域黄泥庄水文站以上集水面积为研究区域,在空间分辨率为30秒的数字高程模型数据基础上构建数字流域水系,基于IGBP全球陆面土地覆被数据以及FAO全球数字土壤数据运用BTOPMC模型和新安江模型分别对黄泥庄站1982年到1987年的日径流过程进行模拟.采用模拟与实测洪量比和确定性系数对两个模型的模拟结果进行比较分析.结果表明两个模型都能很好地模拟日径流过程,新安江模型有更好的模拟效果.     

近50a阿克苏河流域土地利用/覆被变化过程

针对干旱区跨境河流域土地利用/覆被变化(LUCC)研究薄弱、无法满足环境变化评价的问题,选择西天山跨越吉尔吉斯斯坦国和中国的阿克苏河流域为研究区,在遥感和GIS的支持下,获取了近50a阿克苏河流域土地利用/覆被数据,并利用数理统计模型,对该流域LUCC的过程、趋势及土地利用程度变化进行系统分析.结果表明:阿克苏河流域土地变化从前期(1960-1990年)的准平衡状态转变为后期(1990-2008年)的不平衡状态,土地类型也呈现出从双向转换向单向转换过渡,且不同类型差异较大;流域后期LUCC的速度是前期的2.1倍,其中耕地和建设用地增加最快而沼泽地和盐碱地减少最快,草地变化速度最小.流域土地利用处于发展时期,且流域下游绿洲区域土地利用程度综合指数及其变化较大.政策调整、人类活动增强、气候变化以及径流变化是LUCC的主要驱动因子.     

贵州省近期土地利用变化及其生态效应

在全球环境变化研究中,土地利用和土地覆被动态研究是一个关键而迫切的课题。本文依据覆盖贵州省20世纪90年代末5 a时间间隔的陆地卫星数据资料,研究了土地利用变化的特征和空间分布规律,并通过土地利用转移矩阵揭示了各区域土地利用变化动态的转化过程;同时以生态系统服务功能衡量相应土地利用类型的相对生态价值,评价区域土地利用/土地覆被变化的生态效应。结果表明,在研究时段内,省内各区域退耕还林与毁林开荒并存,区域间有明显的差异,整体景观尚处于波动状态。在1995~2000年的土地利用变化中,由于旱地、有林地、灌木林地、中低覆盖度荒草地等土地利用类型相互间的频繁转换,各区域土地利用生态价值并未有明显的提高。     

基于时序MODIS NDVI的黑河流域土地覆盖分类研究

归一化植被指数(NDVI)是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子,其时序数据也已成为基于生物气候特征开展大区域植被和土地覆盖分类的基本手段。基于时序NDVI数据的土地覆盖分类,即通过提取NDVI时间信号所包含的植被生物学参数,构建起一个包含植被生物学信息的分类特征空间。利用2006年重建得到的MODIS NDVI 16天合成时间序列数据,并结合1 km分辨率的DEM数据、野外实地调查资料等辅助数据,综合分析了不同土地覆盖类型对应的时序NDVI谱线及其第一、二谐波的特征阈值,建立决策树对黑河流域的土地覆盖开展分类研究。结果表明,基于时序MODIS NDVI谱线特征的决策树分类精度为78%,Kappa系数为0.74。利用1 km时序MODIS NDVI时间序列获得较为准确的黑河流域土地覆盖类型是可行的。     

基于气象要素的中国积雪类型划分及积雪特征分布

积雪分类对于深刻认识积雪性质及其时空分布具有重要意义。积雪是气候的产物， 气象参数是导致积雪性质差异的主要因素， 利用实测的气象参数能够对积雪性质进行大范围的有效分类。应用长时间序列高时空分辨率全国地面气象驱动格网数据集， 提取中国区域冬季大气温度、 降水量和近地表风速信息， 基于冬季气象要素的二叉树积雪类型划分方法， 采用Sturm等提出的季节性积雪类型划分体系， 对中国区域的积雪类型进行了划分， 相比Sturm等的积雪分类结果空间分辨率显著提高， 利用“中国积雪特性及分布调查”项目2017—2018年全国实测雪坑数据， 描述了积雪类型对应的空间统计分布特征， 为制定符合中国区域特色的积雪类型分类系统奠定了基础。积雪分类结果表明： 中国区域的积雪类型划分为5种， 分别是大草原型、 泰加林型、 苔原型、 高山型及瞬时型， 不同的中国积雪类型表现出与Sturm等的分类描述有所不同的积雪特性。     

新疆玛纳斯湖景观演化及其生态环境效应

遥感影像以多分辨率记录了地表的覆盖特征。影像的空间分辨率限定了遥感对地观测的最小单元。地理环境特征监测的基本空间尺度的适宜性对遥感提出了多分辨率的需求 ,同时 ,多种全球变化模型对土地覆盖类型及空间格局需求的尺度也不同。因此 ,作为模型重要参数的土地覆盖特征的多分辨率遥感监测对满足不同模型的需求以及对利用实测数据进行尺度转换研究是重要的。本文在遥感、地理信息系统支持下 ,从遥感数据采集的空间分辨率的角度定量化判断空间分辨率放大过程对土地覆盖特征监测的影响。研究区域选定在ＮＥＣＴ(中国东北样带 )的西部 (42°～ 46°Ｎ、1 1 0°～1 2 1°Ｅ)。采用美国地球资源观测系统数据中心提供的     

托木尔峰国家级自然保护区土地利用/覆被变化及驱动力分析

利用保护区的3期Landsat TM遥感影像数据,运用GIS技术并结合区域生态环境质量指数,对托木尔峰自然保护区土地利用/覆被变化及其驱动力进行分析。结果表明:近27 a来,冰川和草地面积持续增长,增幅分别为12.37%和99.36%;水体和荒地面积持续减少,减幅为23.07%和12.15%;林地前阶段(1989-2003年)减少16.77%,后阶段(2003-2016年)增加57.91%。区域土地利用/覆被综合动态度,前阶段为0.39%,后阶段为0.36%;前阶段转化率为21.95%,后阶段转化率为18.91%。水体、草地和林地的转化率较高,冰川和荒地的转化率较低;尽管土地利用/覆被类型内部结构变化较复杂、频繁,但各类型之间相互转换的活跃程度逐渐趋于平缓。研究区生态环境质量指数呈增长趋势,年均增长率为0.31%,生态环境逐年改善。致使研究区生态环境质量改善的主要驱动力为气候的变暖湿和土地利用政策的改变。近27 a来,研究区中高山带降水量的增加,扩大了保护区冰川雪地的面积;晋升为国家级自然保护区后的土地利用政策,有效遏制了人类活动对保护区土地利用/覆被的影响,进而使生态贡献率较低的荒地转化为生态贡献率高的林草地,提高了区域生态环境的质量。     

额济纳绿洲近20年来土地覆被变化

土地利用/土地覆被变化研究是近年来全球环境变化研究的焦点之一。根据黑河下游额济纳绿洲土地生态分类,利用1982年与2000年2期TM遥感数据对比和野外实地调查,采用景观生态空间分布格局分析方法,分为河岸乔木林、河岸灌草林、荒漠稀疏灌丛、荒漠稀疏草地、河道与水域、盐碱化土地、城镇、戈壁、流动沙丘和剥蚀地山丘陵, 从各类土地分布面积变化和类型转移趋向与幅度两个方面,分析了额济纳绿洲20年来土地覆被变化。结果表明：①土地覆被类型结构发生了较大变化,河岸乔木林面积萎缩了0.97％、斑块数减小了376,而河岸灌草林增加了0.92％,数量减小1 316;而％LAND指数荒漠稀疏灌丛由4.49％增加到5.65％,由于中游来水量的锐减,河道和水域的斑块数由40个减少到6个,％LAND指数减小了0.15％。与此同时流动沙丘％LAND指数增加了0.42％。②近20年来以胡杨为主的河岸乔木林和荒漠稀疏草地减小了45.02％和14.55％,相应地以柽柳为主的河岸稀疏灌草地和荒漠稀疏灌丛增加了35.03％和25.88％;河岸乔灌林向河岸灌草林景观转移概率为45.95％,向荒漠稀疏灌丛和稀疏草地转移了0.78%和3.01％,向戈壁转移了10.87%;河岸灌草林景观类型向河岸乔灌林转移8.06％,向稀疏灌丛和稀疏草地转移10.95%和19.64%,向戈壁转移11.88％;③额济纳绿洲具有从河岸乔木→河岸灌草地→荒漠稀疏灌丛快速演化的趋势。     

吉林临江铜矿地区遥感矿化蚀变信息提取

以吉林省临江铜矿附近地区为研究区,选取OLI多光谱数据为基本数据源,充分利用遥感数据多时相、多波段、多空间分辨率等特点,结合已知地质资料和已知矿点,采取主成分分析和比值法相结合,提取遥感矿化蚀变信息,得到具有成矿潜力的区域。     

基于面向对象分类技术的沈阳市土地利用动态变化研究

基于RS和GIS技术,采用面向对象分类技术,根据沈阳市的实际情况,建立土地利用类型解译标志,利用多尺度分割方法进行影像分割,然后利用决策树法和最近邻的分类方法,建立分类规则,提取区域土地利用信息,得到该区域的两期土地利用/土地覆被数据,并对研究区的土地利用动态变化及引起这种变化的驱动力进行分析.研究中所采用的面向对象的分类方法在地表景观信息提取中充分利用了地物的光谱信息、纹理特征等特征,最大程度上克服由于不同地物光谱信息相似、相同地物光谱信息不同而造成的混分现象.     

数字高程模型的空间分辨率对流域径流模拟的差异性影响分析

数字高程模型(DEM)空间分辨率的精准确定,对于提高分布式水文模型输入水文信息的可靠性和有效性意义显著。文章选择北洛河流域典型区域作为研究对象,基于7种不同的DEM空间分辨率,利用ARCGIS软件,分别提取水文特征信息;在新安江模型物理参数意义研究的基础上,利用槽蓄曲线的坡度K和流量比重系数X之间的相关关系,确定参数,进行水文模拟;根据交口、状头水文站的实测数据,对模拟结果进行对比验证,结果表明:DEM空间分辨率越低,提取的水文特征信息越少;洪峰的模拟精度在分辨率200m之前减低缓慢,200m之后大幅降低。对比分析不同分辨率对水文模拟的影响,进而确定满足实际洪水预报的DEM分辨率大小。     

黑河上中游潜在蒸散发模拟及变化特征分析

基于多源遥感数据产品,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型估算了黑河上中游流域2000—2010年潜在蒸散发(potential evapotranspiration,ET_P),并考虑不同土地覆被类型,分析了ET_P的时空变化特征及影响要素,分别利用ET_P和ET₀驱动水文模型,比较径流模拟精度.结果表明:① 基于高精度遥感数据,S-W模型可模拟区域ET_P.黑河上中游流域,夏季ET_P对年值的贡献最大,各土地覆被类型的ET_P年内变化趋势一致.总体而言,植被条件越好,ET_P越小;② 在研究区内,相对湿度对ET_P变化的影响最大,叶面积指数(LAI)对ET_P变化的影响与辐射相近.植被越稀疏,ET_P对气象要素及LAI的敏感性越强;③ 与ET₀相比,ET_P能够更好地描述陆面蒸散发能力,相同条件下使用ET_P驱动水文模型模拟精度更高.     

历史气候变化影响研究中的社会经济等级序列重建方法探讨

重建历史时期的社会经济序列是研究气候变化对社会经济影响的难点问题.基于中国历史文献记载丰富、覆盖时段长、记录时间分辨率高、含有大量的社会经济信息描述的特点,本文阐述了采用语义差异法定量重建历史时期社会经济序列的方法,特别是其中的文字描述等级化和时间尺度归一化技术.语义差异法源于心理学,通常采用双极(相对、反义)形容词来刻画研究对象的属性,以表示不同程度的言语进行量化区分,根据描述词汇的语义差异构建分级量表.采用语义差异法对历史社会经济变化进行量化的关键是确定重建指标分级量化的标准,需要在兼顾不同词汇的语义是否易于区分的同时,特别注意各等级及其所对应的标准词汇的物理意义.时间尺度归一化主要解决根据原始记录重建的原始等级序列可能存在的时间分辨率不均等或时间不连续问题,以10年分辨率作为时间尺度均一化的基本时间单元,对年分辨率的记录,可采取先逐年等级化重建再加权平均到10年等级值的方法进行升尺度处理;对年代际以上尺度的数据则可先直接对记录进行等级化,再通过多时间分辨率10年数据的融合方法进行降尺度处理,得到10年分辨率的等级值.     

基于地学规律的科尔沁沙地土地整治与生态修复规划方法

内蒙古科尔沁沙地历史上曾是科尔沁大草原,现在是农牧交错区,该区的土地利用关系到生态安全、国家粮食安全和农民生计。该区域“坨甸相间”地貌特点造成不同地形部位土壤含水量存在差异,降水量年际变化大。通过卫星影像数据解译出土地利用/覆被类型图与土壤图进行叠加,获得了显性沙地和隐性沙地数量与分布信息。首先保留耕地以外的其他地类,再利用卫星影像数据反映不同降水年型耕地的归一化植被指数(NDVI),将偏欠水年NDVI低于平均值的耕地退耕还草,消除这些耕地的冬春沙化风险,以进行土地利用布局调整。这种直接利用遥感数据获取土地利用/覆被类型和耕地的NDVI进行土地利用空间布局调整的方法,十分简单实用。本文还根据地貌和沙地降水入渗快的特点,提出了与高标准农田建设模式不同但与区域地理环境相吻合的农田整治模式,即利用自然沙丘作为区域风沙防护工程,土地开发不做大平整,不修建灌溉系统,发展雨养农业。以上根据区域地理环境条件进行土地利用布局和确定农田开发建设模式,可将农业生产与荒漠化防治和谐结合在一起,实现土地可持续利用。