Modeling the spatiotemporal dynamics of electric power consumption in Mainland China using saturation-corrected DMSP/OLS nighttime stable light data

Obtaining timely and accurate data on the spatiotemporal dynamics of electric power consumption (EPC) is crucial for the effective utilization of electric power in China. The Defense Meteorological Satellite Program's Operational Linescan System (DMSP/OLS) nighttime stable light (NSL) data have good potential for estimating EPC effectively at large scales. However, saturated lighted pixels contained within the NSL data limit the accuracy of EPC estimation. We developed a new method to correct the saturated lighted pixels, using the SPOT VEGETATION (SPOT/VGT) 10-day synthesis product (S10) normalized difference vegetation index (NDVI) data and then modeled the spatiotemporal dynamics of EPC in Mainland China from 2000 to 2008. The results demonstrated the reliability of our approach with an average R value of 0.93 (P<0.001) and an average relative error of ?28.92%. EPC in Mainland China showed an average annual growth rate of 13.46% during the study period from 1198.23 billion kWh in 2000 to 3290.51 billion kWh in 2008. EPC in Mainland China also showed clear regional variation. Northern coastal China and eastern coastal China consumed 37.61% of the total EPC in Mainland China, with only 25.96% of the population and 6.11% of the area.     

单元路网长度的DMSP/OLS夜间灯光数据去饱和方法

近年来DMSP/OLS夜间灯光数据被广泛应用到人类活动强度及城市化进程的研究中,但由于OLS传感器的限制导致,在夜间灯光强度过高的城市中心区,NTL数据存在较为明显的饱和现象。这种饱和现象直接掩盖了城市中心区内部的灯光差异、细节,限制了DMSP/OLS数据在城市中心区的应用。目前缓解灯光数据饱和的方法主要分为:辐射定标法和非辐射定标法。其中辐射定标法虽精度较高,但定标算法复杂,干扰因素多,目前只有部分定标产品;非辐射定标法利用辅助数据(包括自然因素指标、社会经济指标)构建函数模型,对饱和区稳定灯光数据进行去饱和处理,具有较好修正效果。本文在总结VANUI(基于NDVI所构建)、EANTLI(基于EVI所构建)等去饱和指数的基础上,利用地理探测器对NDVI、EVI和UNL(单元路网长度)进行因子探测,量化对稳定灯光数据的解释力,提出了UNLI指数。为了验证UNLI、EANTLI及NTL数据之间的差异,通过"饱和区灯光强度细节刻画程度"、"UNLI、EANTLI与辐射定标数据RCNTL相关性分析"、"耗电量及GDP等经济指标回归拟合优度"3个方面进行比对分析,可以看出:(1)UNLI、EANTLI在修正过饱和灯光数据上均有较好的效果,但UNLI对饱和区灯光强度差异的刻画更加准确;(2)UNLI较之VANUI、EANTLI,可以突破空间分辨率的限制,增加灯光强度细节差异;(3)在灯光强度最高的饱和区,UNLI在与RCNTL的相关性最高,但随着灯光强度的减弱,UNLI、EANTLI与RCNTL的线性回归判断系数R~2逐渐接近,UNLI与RCNTL相关性优势正逐渐丧失;(4)在对耗电量、GDP的拟合分析中,引入UNLI指数的"EANTLIUNLI"的分段式修正模型,充分发挥EVI、UNL各自的优势,具有最优的拟合效果(R~2)_(Adj)=0.873)。实验结果表明,本文引入的修正夜间灯光饱和方法,能够有效的缓解城市中心区的灯光数据饱和问题,并在细节刻画和空间分辨率上有较为明显的提升,可以更精确的从灯光强度的角度反映城市结构的特征。     

中国区域DMSP/OLS夜间灯光影像的校正

美国国防军事气象卫星（DMSP）搭载的线性扫描系统（OLS）获取的夜间灯光影像具有很强的光电放大能力,存储量小,可直观反映人类活动,被广泛应用于城镇化监测、社会经济因素估算等方面。但是获取这些数据集的各传感器均未经过星上定标,存在像元饱和问题,并且传感器获得的1992—2013年的各数据之间缺乏可比性、连续性,无法直接用于长时间序列的研究,因此需要对长时间序列的DMSP/OLS夜间灯光影像进行校正处理。校正内容包括中国区域各灯光影像间的相互校正、饱和校正、年内融合、年际间校正等;并对校正后的DMSP/OLS夜间灯光影像进行合理性检验,检验结果表明该校正方法是可行的。     

夜间灯光数据的区域能源消费碳排放空间化

针对传统统计数据无法准确、客观地测量区域能源消费碳排放量并展现地理分布差异的问题,该文提出利用DMSP/OLS卫星数据稳定夜间灯光数据和能源消费数据,模拟区域碳排放空间分布,揭示区域碳排放分布特征和规律。以河南省为研究区的分析结果表明:1995—2012年河南省能源消费碳排放总量逐年增加,郑州、洛阳和新乡市的能源消费碳排放量年均增长较快,三门峡、济源市的碳排放量增长较慢;2012年各地区能源消费碳排放强度高于1995年,18年间地均碳排放强度均呈现出明显的地域分布差异规律,主要集中在郑州、洛阳和安阳市区域内。基于夜间灯光数据模拟区域能源消费碳排放具有一定的可行性,该数据能比较可靠地反映区域能源消费碳排放的时空动态变化规律。     

DMSP/OLS夜间灯光数据的四川省GDP空间化分析

针对DMSP/OLS夜间灯光数据模拟省级格网GDP问题,该文选取2000、2006以及2010年DMSP/OLS稳定夜间灯光数据、辐射定标夜间灯光数据和四川省第二、三产业社会经济GDP数据,运用相关性分析、对比分析以及回归分析的方法,模拟出四川省GDP空间化密度图并分析与高程之间的关系。结果表明:在省级范围内,GDP与辐射定标灯光数据的相关性明显高于与稳定灯光数据的相关性,且前者的灯光指数CNLI与GDP相关性最高;运用3年的辐射定标灯光数据模拟得到四川省GDP密度图与GDP统计数据的拟合精度均达到0.99以上;2000-2010年四川省GDP呈现由成都市向四周不断扩张的趋势并随高程变化显著,四川省GDP高值区主要集中在高程1 000m以下的成都平原及周边区域,西部高原和山地地区GDP值较低。     

DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光数据测算统计指标能力评估——以京津冀地区县域GDP、人口及能源消耗为例

夜间灯光数据记录了地球表面的人造灯光强度,是估计社会统计指标的有效手段之一。为了评估DMSP-OLS和NPP-VIIRS2种夜间灯光数据对社会统计指标的模拟潜力,采用4种常用的灯光校正方法分别对2种夜间灯光数据进行灯光饱和性校正,根据校正后的夜间灯光数据分别建立与京津冀地区县域GDP、人口和能源消耗3种社会统计指标间的线性回归模型,从模型拟合的相关系数、F统计量值与概率p值中分析并评价了2种夜间灯光数据对GDP、人口和能源消耗3种社会统计指标的测算能力。本文研究结果表明:EANTLI法是2种夜间灯光数据的最佳校正方式,而HSI法不适用于夜间灯光数据校正后与县域社会统计指标的线性关系拟合2种夜间灯光数据对GDP的拟合效果都较好,NPP-VIIRS夜间灯光数据估算社会统计指标的拟合能力要优于DMSP-OLS数据。     

DMSP/OLS夜光数据的珠三角碳排放时空差异性分析

碳排放时空分布及其异质性是生态环境保护和气候变化监测研究的重要课题。本文针对珠三角城市群碳排放空间分布的精细分析,基于DMSP/OLS夜间灯光影像与土地利用数据,研究了2000年—2013年珠三角城市群碳排放时空差异性,揭示了不同地市不同用地类型的碳排放时空分布特征、碳排放增长趋势和强度趋势。结果表明：（1） 2000年—2013年珠三角城市群碳排放总量一直处于增长阶段,但受2008年金融危机影响由高速增长转为缓慢增长阶段;（2）人均碳排放强度在2008年金融危机后增长速度减缓;（3）单位GDP碳排放强度在经历了2005年—2008年小幅增长阶段之后,整体呈现降低趋势;（4）地均碳排放强度方面,工矿用地的地均碳排放强度由2008年金融危机前的增长阶段过渡到危机后的降低阶段,而城镇用地的地均碳排放强度一直处于持续增长阶段。研究发现,珠三角城市群碳排放在2008年金融危机前后具有明显的时空差异性,城镇用地碳排放持续增长将成为碳减排的关键问题,本研究可为碳排放估算预测、节能减排及生态环境保护提供科学参考。     

中巴经济走廊DMSP/OLS与NPP/VIIRS夜光数据辐射一致性校正

由美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)和国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪(NPP/VIIRS)获取的夜间灯光影像是监测人类社会经济活动和自然现象(如林火、油气燃烧等)的主要数据源。然而,现有的夜间灯光数据存在缺乏星上的辐射定标、像元饱和、时间尺度不连续、多源夜间灯光影像辐射不一致等问题。基于此,本文以中巴经济走廊区域为研究区,提出了一种基于线性拟合提取不变目标区域的方法,实现了DMSP/OLS影像间、DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种数据间的相互校正。然后对中巴经济走廊的校正结果在不同空间尺度上选用区域灰度总量、标准化差异指数以及标准化差异指数和作为评价指标进行检验。结果表明:两种校正模型的拟合优度均在0.78以上,校正后的DMSP/OLS影像灰度总量与GDP和人口数据的相关性显著提高(GDP:R~2=0.7689;人口:R~2=0.9033),且标准化差异指数明显降低;NPP/VIIRS影像经过与DMSP/OLS互校正后在辐射亮度、时空分布上与DMSP/OLS更加一致,空间细节信息更加突出,从而增强了多源夜间灯光影像的一致性,更加适合用于长时间序列社会经济要素发展趋势的分析。     

基于DMSP-OLS和珞珈一号夜光遥感影像的粤港澳大湾区城市空间格局演变

夜光遥感影像数据可有效反映城市空间格局变化。本文基于1992—2012年的DSMP-OLS夜光遥感影像和2018年的珞珈一号遥感影像,利用分层阈值法提取粤港澳大湾区内各城市建成区;通过计算平均灯光强度、平均灯光增长速率、城市建成区面积、城市建成区增长速率、城市重心、城市重心偏移距离等一系列指数,揭示区内各城市的空间格局演变过程。研究结果表明:①1992—2018年,粤港澳大湾区的城市规模大幅增长,沿珠江口两侧形成了以澳门、广州、深圳和香港为核心的倒“U”形城市群,并呈辐射状向周边扩张。②以珠江口为界,粤港澳大湾区东部各个城市的发展水平整体高于西部各个城市,广州、深圳、香港等核心城市发展水平明显高于江门、肇庆、惠州等外围城市。③1992—2018年,粤港澳大湾区建成区的增长速率由小变大,最后逐渐趋于稳定,2002—2007年是城市扩张最迅猛时期。④1992—2018年,粤港澳大湾区的各城市重心迁移方式表现为3种类型:持续向区域中心迁移;持续向相邻城市邻接区迁移;持续向海洋方向迁移。大部分城市的重心迁移方向呈“震荡”特征。     

夜间灯光遥感对城市发展类动能与相似性评估

评估城市发展水平与制定城市规划和城市发展政策息息相关.已有研究表明人口、国内生产总值(GDP)等统计数据和夜间灯光遥感数据能够用来衡量城市发展水平,但大多研究只关注城市发展总量,忽视了发展速度对城市发展的影响.因此,本文基于2012年—2019年Suomi NPP-VIIRS(Suomi National Polar-...