青藏高原湖泊面积、水位与水量变化遥感监测研究进展

青藏高原湖泊数量多、分布广、所占面积大,是亚洲水塔的重要组成部分,其受到人类活动的干扰较少,是理解高原生态环境变化机理的钥匙.青藏高原湖泊是气候变化敏感的指示器,在全球快速变暖背景下其对气候变化的响应如何?本研究基于多源遥感数据监测结果,系统地总结了青藏高原湖泊(大于1 km2)在过去近50 a(1976年-2018年...     

一种面向对象的城市湖泊遥感提取指数

城市湖泊是城市水资源环境的核心组成部分,可对城市区域微气候产生积极的调节作用,同时能反映当地的文化底蕴特色.在当今城市化进程的影响下,城市湖泊比自然湖泊更脆弱且更易发生变化.提出了一种面向对象的城市湖泊遥感提取指数方法,并以武汉市中心城区为研究区,实现了该研究区域城市湖泊对象的一次性提取.定量统计表明,湖泊提取的准确率...     

中国湖泊分布与变化：全国尺度遥感监测研究进展与新编目

湖泊提供重要的生产生活用水,在维系生态安全方面发挥显著的价值。中国地理环境复杂多样,湖泊类型各异,不同湖区间的湖泊时空变化特征及驱动机制复杂。两次全国湖泊调查是国家尺度的湖泊变化监测的开创性工作,近年来伴随遥感数据源的海量积累和湖泊遥感提取方法的快速发展,大尺度湖泊水体变化遥感监测研究取得了长足的发展。然而,由于人工判读、湖泊类型判别依据和遥感数据源时相的差异,湖泊水体遥感提取结果及面积估算存在不同程度的出入。首先,本文总结了现有全国尺度湖泊监测研究的遥感数据源、方法和结果,分析了不同研究分析结果差异的可能原因。其次,本文基于1980s—2010s时段Landsat影像制图的湖泊水淹频率数据集的最大水域范围信息,提取并生成了全国湖泊新编目,以其作为该时段内湖泊判定和水体变化监测空间约束的统一参照,避免了因遥感数据时相与年际、年内湖泊水域范围波动对遥感提取结果及湖泊面积计算带来的差异。最后,本文从湖泊水淹范围频度的统计角度,初次提出了可体现湖泊面积年内与年际变化情况的统计指标——概率等效面积,用于监测和指示湖泊水域动态。结果表明,近30年来,中国有3741个最大水域范围大于1 km²的湖泊,总面积约93723 km²,其中青藏高原湖区的湖泊数量约占全国三分之一,总面积超过了全国的一半。全国湖泊总面积呈显著上升趋势,不同湖区的变化趋势差异明显:青藏高原湖区和新疆湖区湖泊面积显著上升,东部平原湖区、内蒙古高原湖区和云贵高原湖区显著下降,东北平原与山地湖区波动式变化、趋势不显著。研究结果总体表明中国湖泊水资源的时空不平衡状况在加剧。     

武汉城市湖泊动态变化与汛期排渍影响分析

城市湖泊具有生物栖息地、调蓄洪水和生产等功能,与人类活动和城市的持续发展息息相关。以武汉市环线为研究区,选取1999年航片、2009年Quick Bird数据和2016年GF-1卫星数据3期遥感数据,根据湖泊景观变化模型,构建了湖泊面积萎缩率、湖泊斑块分维数和湖泊破碎度3个指标,对47个主要湖泊的空间面积、湖泊形态以及破碎程度进行了系统分析。结果表明:(1) 1999～2016年武汉城市湖泊面积呈萎缩趋势,人为活动干扰较强,但有一定的遏制;(2)从二环线至外环线,武汉城市湖泊面积萎缩类型由建筑用地侵占向围湖成塘转变,与城市化进程中土地利用的转移状况相同;(3)湖泊萎缩区域与城区汛期渍水存在极强的相关性,渍水严重地区湖泊萎缩较显著。因此,做好城市湖泊的生态环境保护,树立人与自然和谐相处的理念,促进湖泊资源的可持续利用是未来的发展方向。     

1991—2014年中亚伊塞克湖湖泊面积变化遥感监测

基于中亚伊塞克湖地区的1991—1998年Landsat-5/TM、1999—2012年Landsat-7/ETM+以及2013—2014年Landsat-8/OLI等遥感影像为主要基础数据,通过采用波段比值法(TM3/TM5)自动提取湖泊边界,并加以人工修订,得出了伊塞克湖1991—2014年多期次的湖泊边界及对应的湖泊面积变化过程.结果显示,伊塞克湖的湖泊面积在1991—1998年间总体减小5.3 km2,而在1998—2014年间总体增大7.3 km2.通过与中亚地区Tian Shan气象站记录的气象数据对比发现,伊塞克湖水域面积的变化与气温和降水具有显著的正相关关系,这说明过去20年以来中亚地区气候的暖湿化对伊塞克湖流域具有重大影响.     

卫星测高数据监测青藏高原湖泊2010年—2018年水位变化

青藏高原湖泊水位变化是气候变化和生态环境变化研究的重要指标。随着Cryosat-2观测数据的日益丰富和处理技术的提升,可以有效监测更多湖泊的水位变化信息。本研究构建了基于噪声去除技术、改进的波形重跟踪处理算法（ImpMWaPP）和误差混合动态模型为一体的高精度湖泊水位序列提取方法,利用Cryosat-2 SARIn数据获取到133个青藏高原湖泊2010年—2018年的高精度水位序列,并分析了这些湖泊水位变化的时空变化特征。总体上,青藏高原湖泊的水位继续呈上升趋势,但上升速度较2003年—2009年趋缓,年均变化率0.159 m/a。从地域分布上,北部湖泊的水位上升最为显著,而南部湖泊的水位则趋于稳定。从时间上,2010年—2012年和2016年—2018年,大多数湖泊的水位呈现快速上涨,而其他时间水位相对稳定或略有下降。     

基于遥感监测方法的湖泊面积变化成因分析

利用近24年来不同时期的Landsat-8 OLI TIRS卫星遥感图像作为数据源,本文对武汉市东湖水域进行了研究,分析得出近年来东湖水域面积动态变化情况,运用改进的归一化差异水体指数法(MNDWI)对水域面积进行提取,并结合历年各项气象数据、城市发展数据等影响因子进行相关性分析,研究结果表明:东湖近年水域面积变化与城...     

Landsat长时间序列的阳澄湖湖面围网时空变化

准确提取湖泊围网区域的时空分布信息对湖泊的保护和可持续发展具有重要意义。本文以阳澄湖为研究区域,收集该地区1984年—2017年所有的Landsat 5和Landsat 8影像(共计396景),提出了结合光谱和纹理特征的围网提取新算法,同时利用时间序列滤波消除年际间因数据不一致造成的偏差。以高清影像人工解译作为参考,阳澄湖围网提取结果的生产者精度在72.57%—88.53%,用户者精度在79.79%—98.10%,围网面积变化与文献记录吻合。结果表明,阳澄湖围网经历了"无围网期"(1984年—1994年)、"快速增长期"(1994年—1998年)、"巅峰期"(1999年—2002年)、"快速下降期"(2003年—2006年)和"稳定期"(2007年—2017年)5个阶段,最高达到100 km2,目前稳定在30 km2;通过研究围网区植被指数发现,2002年之后围网区浮水植物的种植面积增大;通过对比水质数据发现,2002年至今持续15年的围网拆除并未使阳澄湖恢复到80年代无围网养殖时期的II类水,其水质依然处于Ⅲ—Ⅳ类。因此在湖泊养殖开发过程中,政府应该坚持可持续发展道路,在不破坏湖泊水质的基础上发展湖泊经济。     

内陆湖泊颗粒有机碳反演及日变化初步研究

以太湖及洞庭湖为例,检验海洋一类水体颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)浓度遥感估算方法在内陆湖泊二类水体中的适用性,结果表明,一类水体POC反演模型并不适用于二类水体。针对二类水体建立了以近红外波段(834 nm)为因子的单波段POC反演模型以563及834 nm波段组合为因子的两种双波段反演模型,模型验证结果显示,单波段模型的均方根误差(RMSE)为1.12 mg/L,平均相对误差(MAPE)为35.8%,两个双波段反演模型的RMSE分别为1.09 mg/L及1.11 mg/L,MAPE分别为37.3%及37.8%,三种模型均可用于太湖及洞庭湖水体的POC浓度遥感估算。在此基础上,以太湖为例,建立了基于静止轨道卫星海洋水色(GOCI)卫星数据的太湖POC反演模型,反演模型的MAPE为35%。利用5月13日8景GOCI影像,研究了太湖POC浓度日变化,发现POC浓度日变化存在两个阶段:上午至中午的递减阶段和中午至傍晚的递增阶段。     

青藏高原少数民族聚居地区城镇用地扩展时空演变分析——以青海省海东市为例

基于多期遥感影像数据,采用GIS空间叠加分析技术,选择扩展强度指数、紧凑度、分形维数、重心转移指数和扩展方位指数,定量分析了海东市1990—2016年间城镇用地扩展时空分异特征.研究结果表明,海东市城镇用地持续增加,扩展强度呈现先降低后升高的中速持续扩展趋势,城镇从空间无序转向空间协同发展;城镇用地紧凑度持续下降,分形...     

Geospatial analysis of land-use change processes in a densely populated coastal city: the case of Port Harcourt,south-east Nigeria

This study examines the pattern and processes of land-use change in a densely populated coastal city in the oil-rich Niger Delta region of Nigeria for 27?years using remote sensing and Geographic Information Systems. The results indicate that between 1986 and 2013, settlement/bare surface, mangrove forest/wetland and water body increased at 0.84% per year, 0.05% per year and 0.10% per year, respectively, while arable land/secondary vegetation and natural forest loss at 0.47% per year and 0.52% per year, respectively. This implies that intensity of change varies temporally. The implications of these changes include loss of valuable environmental goods and services, alteration of the food chain and increased impacts of climate change–related disasters. It is recommended that steps be taken to slow down the rate of land-use change in the study area to reduce its impact on the environment and social well-being.     

An analysis of urban expansion and its associated thermal characteristics using Landsat imagery

There has been an increasing interest in mapping and monitoring urban land use/land cover using remote sensing techniques. However, there still exist quite a number of challenges in deriving urban extent and its expansion density from remote sensing data quantitatively. This study utilized Landsat TM/ETM+ remote sensing data to assess urban expansion and its thermal characteristics with a case study in the city of Changsha, China. We proposed a new approach for quantitatively determining built-up area, its expansion density and their respective relationship with land surface temperature (LST) patterns. An urban expansion metric was also developed using a moving window mechanism to identify urban built-up area and its expansion density based on selected threshold values. The study suggested that urban extent and its expansion density, as well as surface thermal characteristics and patterns could be identified through quantitatively derived remotely sensed indices and LST, which offer meaningful characteristics in quantifying urban expansion density and urban thermal pattern. Results from the case study demonstrated that: (1) the built-up area and urban expansion density have significantly increased in the city of Changsha from 1990 to 2001; and (2) the differences of urban expansion densities correspond to thermal effects, where a high percentage of imperviousness is usually associated with the area covered by high surface temperature.     

Remote determination of chromophoric dissolved organic matter in lakes,China

Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) strongly influences the water-leaving radiance from aquatic ecosystems. In most inland waters, the remote determination of CDOM absorption presents a central challenge due to their complex optical conditions. However, identifying the temporal and spatial variability of CDOM is fundamental to the understanding of aquatic biogeochemical dynamics. In the present study, semi-analytical and empirical modeling approaches were used to examine CDOM absorption in four, shallow, inland water bodies using the spectral bands and sensitivities of major satellite observational systems. Of the models examined, an empirical multiband model was found to provide the highest correlation with measured CDOM absorption. The spectral characteristics of the MERIS sensors yielded the best results with respect to the other available satellite sensors. High detrital load was observed to be a major impediment to estimating CDOM absorption, while lakes with elevated phytoplankton biomass did not present similar problems.     

无锡城市扩展的遥感监测及其模拟研究

我国已经进入快速城市化阶段,及时掌握城市空间动态扩展信息对于城市规划、城市建设、管理及决策具有重要的现实意义。本文以无锡市1991年和2001年Landsat TM遥感影像为数据源,提取建成区信息,并引入位序-规模分布理论进行城市扩展的模拟研究。结果表明无锡市东部、东南部和西部大幅度地向外扩展,建成区面积增加了52.4km2。位序规模分布模拟表明主城区城市用地斑块不断膨胀,平均斑块面积增大,大量碎小斑块被吸收和合并,模拟结果与建成区斑块的实际扩展变化比较吻合。     

应用遥感和GIS技术提取城市建成区及驱动力分析——以南京市为例

本文以南京市为例,应用2001年11月16日Landsat7 ETM+和2005年中巴资源卫星遥感影像(校正后的4、3、2波段假彩色合成影像),采用遥感和GIS相结合的技术,对南京市建成区进行动态监测,并结合相关资料分析南京市建成区扩张特点以及驱动力。结果表明,南京市建成区主要是向西南和东北方向扩展,扩张特点为近郊城市化、郊区近郊化、农村城镇化。这种变化主要是受区位因素、社会经济和政策等因素影响。     

MODIS observations of water color of the largest 10 lakes in China between 2000 and 2012

Forel-Ule (FU) index of water color is an important parameter in traditional water quality investigations. We retrieved the FU index of the largest 10 lakes in China during 2000-2012 from MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer surface reflectance product (MOD09) images. Since FU index is an optical parameter, it can be derived from optical remote sensing data by direct formulas, which is invariant with region and season. Based on validation by in situ measured reflectance data, the FU index products are reliable, with average relative error of 7.7%. FU index can be used to roughly assess water clarity: the clearer a water body is, and the bluer it is in color, the smaller its FU index is. FU index can also be used to roughly classify trophic state into three classes: oligotrophic, mesotrophic, and eutrophic. We analyzed the spatial, interannual, and seasonal variations of the FU index and its implications for water clarity and trophic state, and the findings are mostly consistent with the results from related literature. All in all, it might be a feasible way to roughly assess inland water quality by FU index in large region and over long time period.     

基于Landsat遥感数据武汉地区植被覆盖度动态变化监测分析

旨在研究受人类经济活动影响的植被资源及其动态变化趋势的程度,采用基于归一化植被指数的像素二分模型,利用2002—2010年(武汉市每年8月)的卫星遥感数据,对武汉地区6年间的植被覆盖变化进行监测分析。结果表明,植被覆盖度变化与武汉GDP增长率有着紧密联系:2002—2007年,武汉经济较缓慢上升,植被覆盖度基本维持在55%左右;而2007—2008年武汉GDP总值增长率高达26.06%,但随之而来的是植被覆盖度由高峰期的61.68%下降到49.18%,是历年来的最低水准; 2008—2010年经济发展放缓,植被指数有小幅度回升。人类经济活动是影响植被资源的重要因素。