基于MODIS时间序列数据的沙漠化遥感监测及沙漠化土地图谱分析——以内蒙古中西部地区为例

土地沙漠化是内蒙古中西部地区主要的生态环境问题之一,遥感与图谱分析为其研究提供了有效的技术手段。基于MODIS数据产品,反演时间序列的沙漠化监测指标,结合决策树分类法提取沙漠化土地信息,并提出新的沙漠化修正指数进行沙漠化土地动态分析;采用地学图谱分析方法提取了3个不同时间尺度上沙漠化土地的时空复合图谱信息,对沙漠化土地类型变化、土地沙漠化的程度等进行分析。结果表明:(1)遥感监测指标与决策树分类方法相结合可以有效地提取沙漠化土地信息。(2)2000-2014年内蒙古中西部地区的沙漠化程度与面积总体上呈减轻与减少趋势,2011-2014年间沙漠化总面积年平均值约为17.2万km²,比2000-2010年沙漠化总面积年平均值减少约2万km²。(3)沙漠化土地变化具有多时间尺度的特征,短时间尺度与较长时间尺度上沙漠化的动态变化趋势不同。各类型沙漠化土地动态度的绝对值随时间尺度的增加而降低。不同时间尺度沙漠化土地的净逆转比例也不同,2005-2010年和2005-2014年沙漠化土地净逆转比例较大,分别为13.95%和9.08%。受研究时段长度的限制,10 a或更长时间尺度上进行沙漠化动态变化趋势及其成因机制的分析可能更为合理;而5 a或更短的时间尺度,可能仅对揭示沙漠化高风险区或快速恢复区等热点地区有帮助。(4)2000-2014年毛乌素沙地及阴山北麓的农牧交错区等地区呈现相对稳定逆转的态势,而浑善达克沙地中西部等部分地区沙漠化土地变化较不稳定,近5 a仍呈现恶化的态势。     

气候变化和人类活动在沙漠化过程中相对作用评价综述

气候变化和人类活动是导致沙漠化的两大驱动力,系统评价两者在沙漠化过程中的相对作用对于深入理解沙漠化过程的驱动力作用机理以及开展防沙治沙工作具有重要的意义。本研究从定性-半定量和定量研究两个方面对目前气候变化和人类活动在沙漠化过程中相对作用评价方法进行了系统的梳理,认为目前的评价方法存在着主观性强、可重复操作性差、多基于行政单元而缺乏在连续的空间域上来评价气候变化和人类活动相对作用等不足。基于对以往研究的总结和笔者近阶段的相关研究成果,笔者认为开展气候变化和人类活动在沙漠化过程中相对作用的评价工作关键是突破两类驱动力相对作用在连续的空间域上进行评价和表达这一瓶颈的制约,并提出了以定量研究为核心,以NPP为衡量气候变化和人类活动在沙漠化过程中相对作用的公共指标,通过拆分“驱动力作用-沙漠化土地动态响应”这一生态过程为若干可能情景来构建气候变化和人类活动在沙漠化过程中相对作用评价方法的思路。此外,在进行定量评价时,还需要考虑结果验证以及评价尺度这两个重点问题对评价结果和结论的影响     

基于多源遥感数据的湿地植物分类和生物量反演研究进展

湿地植物是湿地生态系统的重要组成部分,是指示湿地生态系统演化的重要指标。利用遥感技术,可以在区域尺度上对湿地植物进行多时段综合观测,识别湿地植物类型,并对植物生物量进行反演,定量估算湿地生态系统资源,因此,遥感技术是评价湿地生态系统健康的重要手段。但是,利用单一种类的遥感数据源的反演,在反演精度和提取湿地植物信息的丰富度上存在缺陷,而利用多源遥感数据提取湿地植物信息的精度更高,应用前景广阔。重点从遥感数据源、多源遥感融合技术、湿地植物遥感分类方法、多源遥感数据识别湿地植物类型的应用、湿地植物生物量反演模型以及应用等方面,阐述多源遥感技术在湿地植物分类和生物量反演研究中的主要进展,讨论多源遥感技术在湿地研究中的优势和不足,展望其未来发展趋势。     

基于公共价值的沙漠化治理政策绩效评价研究

首先从分析沙漠化的物理机制入手,将生态建设政策对沙漠化的作用以政策指数PIX来表示,分解为空间广度[PSS]和时间强度[PEF]两个变量,PIX=（PSS+PEF）/2,定量计算政策指数与沙漠化变化的相关性。其次以公共价值为基本框架,构建沙漠化治理政策的执行过程+生态效果的绩效评价体系,从政策过程的“公平性”、对“合作生产”主体的尊重性、政府部门管理的“效率性”、生态效果的“可持续性”、政策对沙漠化变化的相关性等方面提取指标因子,定量评价沙漠化治理政策的绩效。以宁夏盐池县草地禁牧政策为例进行研究。结果表明：禁牧政策与沙漠化面积减少显著相关,草地禁牧政策公共价值绩效得分0.378 3,效果较差。因此,提出的基于公共价值的沙漠化治理政策绩效评价指标和模型都是可行的。     

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.     

介绍《气候与沙漠化》译文集

此书是气象学、地理学、农学和社会经济学等学科系统性、综合性论著,是在世界气象组织支持下的高级研究班上授课及研究成果。第一部分是沙漠化概念总的论述,包括干旱区土壤退化过程、旱作农业沙化过程及其对粮食生产的影响。第二部分阐述气象因子与沙漠化的相互关系以及干旱预测。第三部分是监测与评价,介绍了沙漠化指标和监测方法,已被联     

沙漠化土地治理程度等级指标的探讨

沙漠化土地治理等级评价指标研究就是对沙漠化土地治理程度分等定级,进行质与量的界定,为科学治理、评价、合理利用和监测提供标准,同时,也是建立防沙治沙技术体系的重要组成部分。本文结合野外调查和有关的理论研究成果,以植被覆盖率为主导因素,以主要建群种的生活型、结构配置、生物结皮和土壤发育等作为辅助性指标,分别制定了我国不同气候区沙漠化土地治理程度指标。体现了指标的区域性、不可替代性和可操作性原则,对评价我国防沙治沙成果和监测沙漠化土地动态具有指导作用。     

毛乌素沙地沙漠化的遥感监测

通过对１９８７年和１９９３年ＴＭ数据的分析和计算机辅助系统的应用，开展了毛乌素沙地沙漠化土地的动态监测。结果表明，在这７ａ间，研究区内沙漠化土地面积共减少了１９３６ｋｍ２，总体上处于稳定的逆转状态，但局部地带沙漠化迅速蔓延不可忽视；几乎所有的逆转面积都来自于被固定和半固定后的流动沙丘（地）面积的减少，可见“三北”防护林建设及沙地围封保护的积极效果；但作为农牧业用地的不同程度沙漠化土地逆转不明显，势必会影响到防治的经济效益。研究还表明，遥感与计算机相结合对沙漠化土地的监测评价是一种行之有效的定量研究方法     

应用遥感技术模拟净初级生产力的尺度效应研究进展

采用遥感技术估算地表植被净初级生产力(NPP),已经成为模拟NPP的主要发展方向。遥感技术以及数据处理能力的迅速发展和基于遥感观测生理生态理论研究的进展使大尺度生态系统格局和过程的定量、动态观测成为可能。多种卫星传感器提供了丰富的多尺度对地观测数据,从而形成了不同空间分辨率的影像数据层次体系,使得从定量遥感出发的NPP估算必然存在多尺度的问题。NPP遥感估算模型以不同分辨率的遥感数据(代表不同的研究尺度)作为输入参数时,得到的NPP模拟值差异明显。为了提高NPP的估算精度,需要充分认识不同分辨率的遥感数据对NPP估算结果的影响差异,即NPP的尺度效应问题。本文介绍了遥感尺度效应研究进展,多分辨率遥感数据监测NPP变化的多尺度研究进展,以及NPP估算尺度效应问题的研究进展。并分析了应用遥感技术研究NPP尺度效应的发展趋势。     

中国北方沙漠化过程及其防治研究的新进展

国家973项目“中国北方沙漠化过程及其防治研究”（G2000048700）恢复了过去2 ka来我国北方沙漠化过程、演变、格局和驱动机制;揭示了土壤风蚀和沙尘起动的物理机制,确定了土壤风蚀容忍量、定量评价体系,风沙电场形成机理、分布规律和影响;确定了主要沙尘源区、沙尘暴移动规律和形成机制,建立了沙尘暴监测、预报预警方法和系统;研究了土壤碳、氮衰减规律及其对沙区植被的影响,揭示了沙漠化过程中植物的受损过程、适应对策和植被恢复机理,阐明了我国近50 a沙漠化的过程、成因、现状及其发展趋势,定量给出沙漠化空间变化态势,提出了重点地区防治沙漠化、社会经济与环境协调发展的模式和对策。为国家防沙治沙和干旱地区生态环境和社会经济可持续发展战略决策提供了科学依据。发展和完善了中国沙漠与沙漠化科学。     

甘肃省2004-2009年土地沙漠化时空变化分析

基于遥感和GIS技术,选取2004年和2009年的TM和ETM遥感数据,并辅以甘肃省地形图及其他资料,通过野外调查和人机交互解译,采用转移矩阵分析研究甘肃省沙漠化土地面积、程度、类型变化及区域分异,并对其变化因素进行了分析.结果表明,总体上甘肃省沙漠化土地面积在减少,沙漠化程度在减轻,土地沙漠化呈现逆转的态势,但玛曲县沙漠化土地面积有所增加.一方面是由于气候变化和降水减少,导致黄河河道来水量减少,河道滩地裸露,原来的水域变化为固定沙地;另一方面是由于过度放牧,使大面积的非沙漠化土地变为流动、固定、半固定沙地,导致沙漠化进一步加剧.     

若尔盖盆地沙漠化及其景观格局变化研究

应用1975年的MSS数据、1990年和2005年的TM数据、以及2000年的ETM数据,通过遥感与地理信息系统技术,获得了若尔盖盆地在1975-2005年间的沙漠化发展特征,并采用景观指数运算软件FRAGSTATS3.3对该地区沙漠化土地的景观格局变化进行了分析。研究发现,在1975-1990年间,若尔盖盆地的沙漠化土地面积大幅增加;在1990-2000年间,沙漠化土地面积保持稳定;在2000-2005年间,沙漠化土地面积出现了小幅度的减小趋势。对若尔盖盆地沙漠化土地的景观格局变化进行研究发现,固定沙丘（地）和半固定沙丘（地）是若尔盖盆地主要的沙漠化土地景观类型。在1975-1990年间,沙漠化土地斑块数量和斑块平均面积均大幅增加,是该地区沙漠化快速发展时期;在1990-2000年间,沙漠化土地斑块数量下降,斑块平均面积增加,沙漠化景观破碎度有所降低;在2000-2005年间,沙漠化土地斑块数量增加,斑块平均面积减小,沙漠化景观破碎度增强。     

科尔沁沙地沙漠化时空演变及其景观格局——以内蒙古自治区奈曼旗为例

利用1975 年MSS影像, 1992 年、2006 年、2010 年TM影像和1999 年ETM +影像等5 个时期遥感影像为数据源, 提取奈曼旗35 年来沙漠化土地动态变化信息, 并在此基础上, 探讨了区域沙漠化土地景观格局时空演变特征, 旨在为科尔沁地区沙漠化治理和区域生态环境恢复与重建提供参考。结果表明:(1) 35 年来, 奈曼旗沙漠化土地面积总体呈逆转的趋势, 沙漠化总面积减少了123.43 km², 沙漠化土地主要经历了先增加后减少的过程;(2) 景观格局呈波动性变化, 1999 年以前, 景观形状指数和多样性指数增加, 蔓延度和聚集度减小, 破碎化程度加强, 沙漠化程度上升, 沙漠化主导类型为中度和重度沙漠化, 1999 年以后破碎化程度变弱, 沙漠化程度明显下降, 沙漠化主导类型转变为中度和轻度沙漠化;(3) 1975-2010 年间轻度和中度沙漠化土地重心迁移最为明显, 轻度沙漠化土地重心向东北方向偏移了6.35 km, 中度沙漠化土地重心向西南方向偏移了7.24 km。     

中国北方草原沙漠化发展过程及其成因分析——以内蒙古苏尼特左旗为例

利用遥感监测和实地调查研究相结合的办法,研究分析了中国北方草原沙漠化动态变化趋势和发展原因。结果表明:苏尼特左旗沙漠化形势非常严峻,包括北部广阔草原地区的沙漠化和南部沙丘活化两大类型。苏尼特左旗在过去30余年里,沙漠化土地总面积在增加,而沙漠化指数（ADI）在2000—2005年间略有减小,反映出2000—2005年间研究区沙漠化程度略有恢复。研究区两大类沙漠化土地发展变化趋势并不相同,草原沙漠化在过去30余年里一直在发展,由斑块状向片状发展;而沙丘活化则在1973—1987年间强烈发展,在1987年以后则呈现出恢复逆转的态势,沙丘活化对气候变化表现出较高的响应,揭示出苏尼特左旗南部沙漠化的发展受人类活动影响较小,主要与气候变化有关。北部大面积的草原沙漠化与气候变化趋势不完全一致,主要随着人类过渡放牧活动或者大规模保护恢复活动,而发生沙漠化严重程度的加剧或减缓。苏尼特左旗的沙漠化发展状况表明,中国北方草原沙漠化发展以人类活动占主导地位,且以斑块状向连片发展为主要形式,其中围绕居民点和水源的沙漠化发展最为突出。实践表明,科学管理人类活动完全可以减缓甚至恢复中国北方草原区的沙漠化土地。     

区域喀斯特石漠化信息系统的设计研究

本系统采用ArcGIS 软件作为基本平台, 以广西都安县为例, 借助其中的空间叠加分析与 地理统计分析方法, 构建了基于ArcObjects 的专业型GIS———区域喀斯特石漠化信息系统 (RKRDIS)。该系统是以喀斯特石漠化专业分析模型为核心, 以空间数据为信息材料, 以计算机网 络为传输载体, 解决喀斯特石漠化研究数据分析、查询、显示和管理等信息处理技术, 实现从“数 据”提取“信息”, 提供喀斯特石漠化的空间数据分析、动态监测、驱动诊断、预警分析、灾害评估和 辅助决策等多方面支持。     

遥感与GIS支持下近30 a来青海湖环湖区土地沙漠化动态变化研究

 青海湖环湖区是青藏高原土地沙漠化最为严重的区域之一。基于RS和GIS技术,选取1976、1987、1995年和2006年4期遥感影像,利用ERDAS的图像和信息处理功能对环湖区1.43万km2的土地进行专题信息提取,采用室内解译和野外检验修正的方法重建了环湖区近30 a来的沙漠化土地时空动态变化和分异格局,并在此基础上预测了未来20 a沙漠化土地的发展趋势。研究结果表明,近30 a来本区沙漠化在时间上表现为快速增加-缓慢上升-快速增加的持续扩展过程;在空间上由少成片分布或多零星分布向以4大沙区为主、滨湖沙堤为连线的环湖带状分异格局演变。受气候变化、人类活动和人工治理的综合影响,未来20 a该区沙漠化面积在前15 a呈增长趋势,后增长缓慢并出现逆转。     

黄河流域沙漠化空间格局与成因

黄河流域地势西高东低,自西向东有青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原4个地貌单元,总面积为79.6万km²。黄河流域是中国重要的生态屏障和重要经济带,黄河流域生态保护和高质量发展已上升为国家战略。沙漠化是中国北方干旱、半干旱以及部分半湿润地区主要的土地退化形式,沙漠化对黄河流域,尤其是流域中、上游地区的影响较大。为了全面掌握黄河流域的沙漠化土地空间分布特征,本研究以Landsat遥感影像为数据源,通过地理信息系统（GIS）技术,获得了黄河流域2010年的沙漠化土地分布数据。结果表明：黄河流域内沙漠化土地面积为128 667 km²,占流域总面积的16.2%;黄河上游的沙漠化土地面积最大,然后依次是黄河中游、黄河源区、黄河下游,沙漠化土地面积分别为89 341、21 426、17 894、7 km²,分别占全流域沙漠化土地总面积的69.4%、16.7%、13.9%、0.01%。黄河流域的沙漠化土地绝大部分分布于内蒙古,其沙漠化土地面积为91 398 km²,占全流域沙漠化土地面积的71.0%;其次是青海,沙漠化土地面积为17 432 km²,占全流域沙漠化土地面积的13.5%;陕西和宁夏的沙漠化土地面积分别占全流域沙漠化土地面积的8.3%和6.5%。黄河流域的沙漠化空间格局主要是降水量与沙源空间耦合的结果,流域92.6%（119 114 km²）的沙漠化土地分布于干旱、半干旱地区。从20世纪70年代以来,黄河流域的沙漠化总体上经历了快速发展—发展放缓—明显逆转的过程,沙漠化大幅度的变化主要受人类活动影响所致,在过去几十年间风速持续减小对沙漠化逆转的积极作用也应引起重视。     

1975—2018年民勤绿洲沙漠化过程及其驱动机制

根据1975—2018年民勤绿洲土地沙漠化分类体系及遥感影像数据,探究了民勤绿洲沙漠化时空变化过程;选取影响绿洲沙漠化的自然与人为驱动因子,运用主成分分析方法定量评价了民勤绿洲沙漠化过程的主要驱动力。结果表明：1975—2018年沙漠化程度以重度沙漠化为主,轻度、中度、重度和严重沙漠化面积均呈减少趋势,以2000年为界表现为先发展后逆转趋势;1975—2000年,轻度、中度、重度沙漠化重心总体向东北方向迁移,严重沙漠化的重心向西迁移,沙漠化有向绿洲东北部和巴丹吉林沙漠发展的趋势;2000—2018年轻度沙漠化的重心向西北方向迁移,中度、重度和严重沙漠化重心相对稳定,绿洲沙漠化发展得到明显控制。在绿洲沙漠化过程中,人为因素贡献率为39.53%,自然与人为综合贡献率为26.58%,自然因素贡献率为10.77%,人为因素是民勤绿洲沙漠化的主要驱动力。水资源极度匮乏是绿洲沙漠化的决定因素,在以后的防沙治沙工作中,合理调控人类的生产经营活动,优化干旱区水资源配置,可从源头上治理民勤绿洲的沙漠化。