中国东北植被生长峰值时空变化及可持续性分析

植被生长峰值不仅是典型的物候节点,也是植被最大生长能力的重要指示参数。本文以中国东北地区为研究区域,基于长时序遥感NDVI数据,采用Mann-Kendall检验法探索植被生长峰值的变化趋势,利用Hurst指数对植被生长峰值进行可持续性分析。结果表明:1)我国东北地区植被生长峰值时间点(POP)和最大生长幅度(PEAK)整体上呈现出波动上升的趋势。植被峰值时间点在东部以及北部阔叶林和草原区域表现为延迟趋势;植被最大生长幅度在中部、北部以及西南部表现为增强趋势,在森林区峰值时间点表现为延迟趋势,生长峰值表现为增强趋势;2)东北地区整体上植被返青开始期(SOS)和生长峰值时间主要以延迟为主,峰值幅度有所升高;3)Hurst指数结果表明,东北地区植被PEAK呈持续增强趋势,仅6.38%的区域与过去呈现相反的变化趋势,植被增强区域主要集中在中部地区。东北地区植被生长峰值变化可持续性研究,可以为评价东北地区植被固碳能力和生态系统功能提供参考。     

2002年—2011年北极海冰时空变化分析

基于2002年—2011年AMSR-E海冰密集度数据,分析了北极海冰的时空变化特征及其原因。结果表明海冰外缘线面积每年减小8.28×104km2,下降趋势最快的季节为夏季,下降速度是1979年—2006年的两倍多,而且海冰密集度也在降低。2003年、2004年的冰情相对较重,2007年海冰面积最小。长期冰在2002年—2010年间减少了近30%,减少的区域主要在波弗特海、楚科奇海、东西伯利亚海、拉普贴夫海、喀拉海以及由这些边缘海向北极方向延伸的北冰洋的广大区域,长期冰减少的地方大部分为季节性海冰增加的地方。海冰面积与年平均气温之间有显著的负相关关系,随着全球气候变暖的加剧,这种减小趋势将会持续。     

MODIS多波段数据对南极海冰变化的监测研究

以归一化雪被指数法为基础,根据南极的环境特点,提出了MODIS影像的0.86μm与1.24μm的新波段组合方法,分别实现了晴空与薄云下的海冰提取,大幅度地提高了南极海冰监测的效率与分辨率。结合AMSR-E微波数据进行了海冰变化研究,得到2002~2010年的全南极海冰范围与净冰面积都在2月份达到最小值,均值分别为3.17×106 km2与2.42×106 km2;都在9月份达到最大值,均值分别为18.40×106 km2与16.60×106 km2。而全南极海冰的年际变化可分为三个阶段:从2002~2004年,海冰基本持平;2005~2007年,海冰减少;2008~2010年,海冰重新增长,这与南极海冰20a长周期的推断相符合,但9年间的全南极海冰无明显的趋势性变化。     

转角法实现长度约束矢量线要素化简

矢量线要素化简是矢量地理信息处理中的一种重要方法.在抽稀法化简算法基础上提出了转角法实现长度约束矢量线要素化简方法.在线要素合理形状和位置精度范围内,该方法可以实现化简前后线要素长度变化最小,提高了线要素长度属性的表示精度,从而使化简后地理数据在线要素长度统计与线要素长度实时分析等领域具有更高的应用精度和可信度.     

利用ICESat/GLAS数据研究北极海冰干舷高度

北极海冰变化受全球气候变化影响明显,海冰的变化不仅体现在面积上,而且也体现在厚度上。利用海冰干舷高度可以反演海冰厚度,冰、云和陆地高程卫星/地球科学激光测高系统(ice,cloud and land elevation satellite/geoscience laser altimeter system,ICESat/GLAS)提供了高精度的海冰高程信息。利用ICESat/GLAS测高数据,提取了2003~2008年部分时间段北极区域海冰的干舷高度,分析了2003~2008年间北极海冰季节性以及年际变化特征。结果表明,北极海冰干舷高度呈下降趋势,并且在2007年夏季减少趋势最为明显。对北极海冰在2007年迅速减少的原因进行了探讨,并利用仰视声呐实测数据对干舷高提取算法存在的系统性偏差进行了讨论与分析。     

2002年——2011年北极海冰时空变化分析

基于2002年-2011年AMSR-E海冰密集度数据, 分析了北极海冰的时空变化特征及其原因。结果表明海冰外缘线面积每年减小8.28×10⁴ km², 下降趋势最快的季节为夏季, 下降速度是1979年-2006年的两倍多, 而且海冰密集度也在降低。2003年、2004年的冰情相对较重, 2007年海冰面积最小。长期冰在2002年-2010年间减少了近30%, 减少的区域主要在波弗特海、楚科奇海、东西伯利亚海、拉普贴夫海、喀拉海以及由这些边缘海向北极方向延伸的北冰洋的广大区域, 长期冰减少的地方大部分为季节性海冰增加的地方。海冰面积与年平均气温之间有显著的负相关关系, 随着全球气候变暖的加剧, 这种减小趋势将会持续。     

SSM/I极地亮温资料中的4个月振荡现象

SSM/I仪器采用圆锥扫描方式,避免了AMSU-A等跨轨迹横扫仪器观测资料中存在的临边效应,其观测资料更加适用于空间特征分析。因此,利用1998年—2008年SSM/I仪器极地观测亮温资料,经谱分析、小波分析以及经验正交函数(EOF)分析,验证了南、北极地区的4个月振荡(后简称FMO)现象,揭示了南、北极地区FMO现象的时空分布特征。结果显示:(1)SSM/I 19V/H,37V/H通道在南、北极的亮温观测中有显著的FMO现象,北极亮温值FMO峰值出现在3月、7月和11月上旬,南极FMO峰值出现在4月、8月和12月中旬;(2)北极的FMO增强年为1999年、2002年和2006年;南极为1998年、2001年、2005年和2008年;(3)从12月到次年5月,当海冰面积基本不变时,亮温值随表面温度变化而变化;6到10月,表面温度基本不变时,亮温值随海冰面积变化而变化。当海冰FMO和表面温度FMO均位于相对较大值时,亮温的FMO达到峰值;当海冰FMO和温度FMO都相对较小时,则亮温的FMO到达谷值,其中海冰的影响较大;(4)北极大部分地区呈现同位相的FMO现象;南极不同区域间有显著差异:威德尔海(Weddell Sea,20°W—60°W,60°S—75°S)与拉扎列夫海域(Lazarev sea,20°W—30°E,60°S—70°S)FMO位相相反;90°W到180°W的绕极海域内60°S到70°S纬度带与70°S到80°S纬度带的FMO位相相反。综上,SSM/I对极地的观测亮温中有显著的FMO现象,其振荡强度存在年际变化。地表亮温的FMO主要受到表面温度变化和海冰凝结融化过程的共同作用。在空间特征上,北极大部分地区呈现同位相的FMO现象;南极不同区域间有显著差异。     

近40年(1982年—2018年)中国草原区干湿变化趋势分析EI北大核心CSCD

在全球变暖影响下,由降水、气温等气象要素所主导的干湿条件在全球或区域上均发生了明显变化,中国草原区对气候变化敏感、具有明显的生态脆弱性特征,因此研究中国草原区的干湿变化趋势非常重要。本研究基于干旱指数分析了1982年—2018年中国草原区的干湿程度时空变化趋势。结果表明,1982年—2018年中国草原区的干旱指数呈不显著上升趋势。2005年前后两个时期中国草原区表现出显著的趋势差异,1982年—2005年中国草原区干旱指数呈下降趋势,即干旱程度增加,而2006年—2018年呈增加趋势,该时段湿润化明显。2006年之后的中国草原区湿润化趋势源于该地区降水持续增多,而增温停滞导致潜在蒸散发不再升高。分区域来看,1982年—2005年内蒙古草原区干旱指数呈下降趋势,2006年—2018年呈上升趋势;西北草原区在1982年—2005年和2006年—2018年两个时间段干旱指数均呈上升趋势;青藏草原区在1982年—1994年干旱指数呈下降趋势,1995年—2018年呈上升趋势。     

面向极地海冰变化监测的卫星遥感技术研究进展

介绍了遥感传感器技术的发展,着重探讨了其在观察极地地区进行观测的适用性。极地地区与全球气候变化之间的关系和相互作用是气候变化研究的焦点。海冰的广泛覆盖对大气、海洋和极地地区特别是对其他地方的、其他进程的陆地和海洋生态系统产生重大影响。海冰覆盖了极地海洋广阔的区域,而两极地区的海冰受气候变化影响而产生的变化却不同,北极海冰面积减少趋势明显而南极海冰面积却有上升趋势。本研究回顾了海冰遥感领域的相关文献,评估不同传感器监测海冰物理特性的优势和劣势。分析了传感器的规格和获取的数据,概括了它们如何发展以满足用户不断增长的需求。同时,讨论了不同的遥感技术和观测方法及其在监测海冰变化方面的适用性。本文利用不同的数据集对海冰特性进行进一步的研究,总结了用于海冰监测的数据集以监测这些实地很难到达的区域。     

1979年—2014年三峡库区月平均气温的时空变化分析

三峡区域气温变化长期以来受到科研人员和公众的关注。受三峡复杂地形的影响,仅仅基于气象站点观测数据很难准确获取区域气温变化的空间格局,遥感技术则可以通过提供空间连续的地表观测数据来辅助气温变化分析。以广义加性模型GAM (General Additive Model)为插值算法,以高程和夜间地表温度(LST_night)遥感产品为辅助变量,估算三峡库区1979年—2014年1 km空间分辨率的月气温数据,在此基础上分析了气温变化趋势的时空特征及其与高程和森林覆盖率的关系。研究表明,(1)在插值算法中引入遥感产品LST_night作为辅助变量可以明显改善气温估算精度,冬春季的改善幅度高于夏秋季;(2)三峡库区年平均气温在1997年后明显上升,但在2003年库区蓄水后无明显变化趋势,几乎所有月(除12月以外)的气温都呈现上升趋势,增温趋势最显著是3月和9月,3月增温主要来自于库区东部山区的贡献,而9月增温主要来自于库区西部平原的贡献;(3)多数月份(除7月、8月、9月以外)的低温上升速度超过高温上升速度,导致区域气温的动态变化范围缩小;(4)三峡库区年平均气温上升速度与高程呈正相关,即海拔越高,升温越快,但在同一海拔高度处,森林覆盖率越高,年均气温上升速度越慢,暗示森林具有抑制增温的作用。     

北极一年海冰表面积雪深度遥感反演与时序分析

北极海冰表面的积雪深度是重要的地球物理变量, 是研究物质与能量平衡、计算海冰厚度的重要参数。为减小不同被动微波传感器观测数据的系统误差, 对国防气象卫星计划(Defense Meteorological Satellite Program, DMSP)F17-SSMIS与F13-SSM/I重叠期亮度温度数据进行交叉定标, 建立4个频段48个月尺度定标模型, 并与传统年尺度定标模型进行比较和优选, 在此基础上估算并分析2003-2014年北极一年海冰表面积雪深度变化。结果表明:19H、19V、22V、37V频段1~5月的月尺度模型决定系数高于传统年尺度拟合模型; 2003-2014年, 北极一年海冰表面积雪深度总体呈现下降趋势, 同时积雪深度存在明显的周期性变化, 每年7月积雪深度最小, 9月最大; 东西伯利亚海、拉普捷夫海和巴伦支海海冰表面积雪深度呈现减少的趋势。     

基于Landsat TM的城市热岛效应与地表特征参数稳健关系模型

 首先,利用Landsat TM热红外影像结合地面气象观测资料反演地面温度,揭示了济南市夏季城市热岛效应| 然后,基于稳 健的LTS与最小二乘回归（LS）分析探讨了城乡地面热辐射与地表特征参数的线性变化趋势,认为植被指数（NDVI、SAVI和TCG）、 湿度指数（NDMI和TCW）以及近红外反照率与地表温度的变化趋势相反,亮度指数（NDBI和TCB）和可见光反照率与地表温度的变化 趋势一致,而短光波段反照率与地表温度不存在明显相关趋势。研究结果表明,NDMI能很好地解释地表温度变化,且最为稳健; 其次是NDVI、SAVI、TCG和NDBI,它们对地表温度的解释程度高且稳健性较强; 可见光反照率虽能较好解释地表温度,但其稳健性 较差; 近红外反照率、TCW和TCB对地表温度的解释程度和稳健性相对较低。     

不同趋势法的宁夏长时序植被变化分析

宁夏地处黄土高原,植被变化趋势直接影响其生态保护。本文应用2005—2015年的MODIS NDVI月合成产品,并采用最大合成法得到年NDVI数据,分别利用一元线性回归法和Sen+Mann-Kendall法对宁夏11年间植被变化趋势和空间差异进行研究分析。结果表明,在月际变化上,月NDVI均值呈高斯分布,7—9月是植被长势最好的阶段;在年际变化上,2005—2007年NDVI值明显增长,2008—2012年NDVI值呈稳定性增长,2013—2015年NDVI值有下降趋势;在变化趋势上,一元线性回归法与Sen+Mann-Kendall法得到的植被变化趋势基本一致,均表现为北部植被整体改善,但局部城区植被退化较为严重;中部地区轻微改善,局部存在明显改善;南部植被有明显改善且植被改善面积较大;通过差异性分析二者差异性仅为22.95%,且Sen+Mann-Kendall法能更好地监测轻微变化区域,变化趋势更加准确。     

抚仙湖流域土地利用格局与水质变化关系

抚仙湖是我国水质较好的大型淡水湖泊之一,其总体水质为Ⅰ类。近年来由于流域内开发强度增加,水体水质呈现下降的趋势。为探究流域土地利用变化可能对湖泊水质产生的影响,利用1992—2010年的Landsat TM和ETM+数据,结合GIS技术和统计学方法,分析了流域内土地利用及景观格局变化与湖泊水质的响应关系。研究结果显示:抚仙湖水体面积缩小,流域内林地和耕地面积总体呈减小趋势,与水质污染指数变化呈显著负相关;交通运输用地和建设用地增长迅速,与水质污染指数响应呈显著正相关;景观斑块数目、形状指数等景观格局指数增加,流域景观格局破碎化加重,与水质污染指数变化呈显著正相关;土地利用及景观格局指数可以作为研究抚仙湖水质变化的重要指标。     

近40年长株潭生态景观的人为干扰过程分析

以长株潭主城区为研究对象,综合考虑卫星遥感数据、土地利用数据以及地理国情普查数据特点建立长株潭用地类型分类系统,应用土地利用转移矩阵和景观人为干扰测度模型获取主城区用地转移矩阵和人为干扰度指数时空分布,探讨长株潭主城区生态景观与人为干扰之间的关系。结果表明:从土地利用变化角度,1978—2015年长株潭主城区耕地、园林地、建设用地发生了显著变化,耕地总体上呈持续下降趋势,从3 544.67 km~2下降到2 571.18 km~2,园林地呈现先下降后升高的变化趋势,总体下降177.89 km~2;建设用地呈持续上升趋势,从80.56 km~2增加到1 252.85 km~2;在1994—2000年和2010—2015年长株潭主城区土地利用变化两个典型阶段,建设用地的增加主要通过占用耕地和园林地的方式实现。景观人为干扰指数时空分析表明:1978—2015年长株潭主城区景观人为干扰指数高值区主要集中在中心城市和其周边地区,在人类活动的影响下,中心城区以耕地、园林地向建设用地转移为主,周边地区主要以耕地和园林地的相互转移为主;随着城市化进程持续加快,人类活动对主城区生态景观的影响总体呈加强趋势,且受人类活动干扰主要集中在中心城区。     

小流域积雪时空变化特征对比研究

利用Terra和Aqua卫星提供的2002~2012年MODIS 8d积雪分类产品MOD10A2和MYD10A2生成双星8d合成产品MOYD10A2,并进行精度评价。在此基础上,提取了嫩江与辽河流域积雪覆盖率、相对积雪日数和归一化积雪指数,并对比分析了嫩江与辽河流域的积雪时空变化特征。结果表明:(1)合成后的图像大大降低了云层对积雪产品的影响,更好地恢复了云下积雪遥感信息,提高了积雪遥感指数的精度;(2)嫩江、辽河流域积雪高峰期均出现在11月中下旬到次年4月中上旬,每年的积雪覆盖率高峰期和变化趋势基本保持一致,但嫩江流域的积雪覆盖率明显高于辽河流域;受地理位置和海陆分布的影响,嫩江流域积雪天数呈由东北向西南方向减小的趋势,且积雪天数明显多于辽河流域;(3)MODIS 8d积雪分类产品可在长时间、大范围积雪监测中发挥作用。     

京津冀地区土地利用及典型城市景观格局分析

利用京津冀地区2000年、2007年的TM影像和2013年的高分一号影像,采用监督分类并结合目视解译方法,对其整体的土地利用情况和北京、天津、石家庄、唐山4个典型城市的景观变化作定量分析。结果显示,近13 a来,京津冀地区的耕地数量在持续减少;城镇工矿用地面积在不断增加,其转入来源主要有耕地、林地等;林地、水体的年变化率出现先增加后减少的趋势,而草地、未利用地、盐田的变化趋势与之相反。在城市景观格局中,由于城市不同、发展类型不同,斑块数量、斑块密度变化各异,多样性指数、周长面积分维数和分离指数随时间变化逐渐上升,表明近13 a来京津冀城市景观的破碎度上升、斑块形状的复杂性增加。     

北京地区颗粒物质量消光吸湿增长模型研究

颗粒物吸湿增长特性是卫星遥感反演近地面颗粒物需要解决的关键问题。本文基于北京地区2007-08—2009-08共两年的地基观测资料,计算了该地区颗粒物平均质量消光效率,结果表明该地区颗粒物平均质量消光效率随相对湿度增加而连续平滑增长。相对湿度从20%增长到85%左右时,质量消光效率增长较为平缓,当相对湿度达85%后,质量消光效率急剧增长。在平均质量消光效率基础上,进一步计算了不同湿度下的气溶胶吸湿增长因子,该因子在不同湿度下的变化趋势基本一致,都在6月达到最大值,1月达到最小值。1月至6月,呈上升趋势,7月至12月,呈波动性缓慢下降趋势,12月值略高于1月。最后,基于平均质量消光效率的吸湿增长因子,针对北京地区常用的3种吸湿增长模型进行拟合,研究表明3种模型在北京地区的适用性都比较好,差别不大,模型3稍优于模型2,模型2稍优于模型1。     

基于NPP/VIIRS数据的重庆市城市空间发展变化分析

基于NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据,采用阈值法结合统计数据提取了城市建成区范围,并通过图斑综合与边界平滑等方法对城市建成区进行了筛选和边界优化.将NPP/VIIRS数据分别与POI核密度、不透水面产品进行耦合性分析发现,虽然NPP/VIIRS空间分布与POI核密度、不透水面具有一定重叠度,且变化趋势一致性较高,但整体相关性不高.选取扩展速率、扩展强度、紧凑度、分形维数、用地增长弹性系数和标准差椭圆等指标对城市空间结构和变化趋势等进行了定量研究.结果表明,重庆市2013-2019年城市扩张趋势明显,扩展速率和扩展强度呈年际波动趋势;城市以外部扩张为主,重心整体向东南方向偏移;紧凑度水平和不规则程度整体较低,且呈逐年降低的趋势;可能存在人口增长与用地比例失调的情况,但变化趋势逐渐变好.通过对城市空间格局变化的分析,以期能为未来城市建设布局提供一定参考.     

北极重要海峡气温—海冰密集度影响滞后效应分析

全球变暖导致北极海冰的面积与厚度逐步减小,这一趋势为北极通航提供了可能,北极航道在北极地缘环境格局中的战略地位日益提升。北极地区的重要海峡作为“冰上丝绸之路”运输的重要交通枢纽,其冰情变化在北极航道的开通中起到直接影响作用。本研究以北极地区东北航道和西北航道上14个重要海峡近35年的海冰密集度为研究对象,采用分布式滞后非线性模型,研究海冰表面气温对北极重要海峡海冰密集度变化的阈值和滞后效应。研究结果表明：（1）除白令海峡、尤戈尔斯基沙尔海峡和喀拉海峡以外,其他11个海峡气温对海冰密集度变化的影响都存在高温阈值,并且其阈值集中在-10℃附近;（2）高温对于海冰密集度变化的影响存在0—3月的滞后期,而低温的滞后期为0—4月;（3）14个海峡在非线性滞后模型中表现出不尽相同的滞后效应,存在空间异质性特征。滞后期内高温影响最为剧烈的是维利基茨基海峡,相对累积效应值为-3.34%（-5.6% — -1.1%）;（4）整体上看,东北航道滞后有效期与西北航道相比较长,东北航道受温度影响的滞后效应值比西北航道的要大,且在高纬环境地区,高温对海冰密集度的相对变化的影响较为明显。