气象驱动下的终端湖泊流域环境变化研究

在干旱地区,终端湖面积变化受气候影响较大,同时湖泊面积变化对生态环境平衡和土地利用变化起着重要作用。基于Landsat和JRC Global Surface Water(JRC GSW)多源遥感数据、气象数据、土地利用数据和NDVI数据,分析了艾比湖水面面积变化及驱动因素,以及对艾比湖流域环境的影响。得出如下结论：2000—2020年艾比湖面积呈现先减少后增加的趋势,2010年左右为转折点;面积变化与降水量的相关性最大(R²=0.589,P <0.01和R²=0.519,P <0.05);流域内耕地面积增长最大,为3 140 km²,占研究区总面积的6.23%;其次是草地面积增加1 402 km²,占研究区总面积的2.78%;而面积减少最多的是未利用土地,为2 974 km²,占总面积的5.90%,主要转化为草地和耕地;由NDVI变化可知,该流域内的植被主要由草地构成,并且草地高覆盖(>0.8)区呈现出增加趋势,集中在人类活动区。干旱区终端湖泊面积变化监测是生...     

基于GEE的干旱区流域湿地水体时空动态变化特征分析——以宁夏平原为例

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家重大战略,宁夏平原为黄河流域具有代表性的典型湿地区域。本文基于谷歌地球引擎平台(GEE)对宁夏平原1984—2020年湿地水体的历史覆盖、面积变化、类型转变及季节性演变等动态信息进行分析与评价。结果表明：(1) 1984—2020年宁夏平原湿地水体历史覆盖面积为1 373.86 km²,占研究区面积的8.1%,全时段覆盖水体面积为116.46 km²;(2) 1984—1999年至2000—2020年宁夏平原地表水体面积共计增加482.99 km²,总体面积变化率为45.6%;(3)研究区新增永久性水体明显,过去37年新增永久性水体218.89 km²,同时季节性水体面积变化幅度较大;(4) 2020年,全年覆盖水体占比为39.45%,而1—6月覆盖时间的水体面积占比超过50%。本文成果可为环境保护和黄河流域高质量发展提供数据支撑。     

近40年西藏那曲南部湖泊变化及其成因探讨

以遥感图像、SRTM的DEM数据为数据源,通过人工目视解译的方法提取并计算了1970—2010年那曲南部地区12个湖泊面积,并结合DEM数据计算其中9个湖泊1990—2010年间水位变化情况;然后分析该地区降水量、气温、最大潜在蒸发量、冻土、冰川雪线的变化规律;计算湖泊变化与气候变化之间的相关性,并以简单的水文模型分析了湖泊变化的原因。结果显示:12个湖泊中除了格仁错面积减少以外,其他湖泊面积在40 a间都处在增长状态,其中湖泊面积增长主要发生在2000—2010年,这期间12个湖泊增长总面积达743.88 km2,占40 a总增长面积的63.95%;9个湖泊的水位也呈上升趋势。造成这些湖泊面积增长的主要原因是近45 a气温上升造成的冰雪、冻土融化,降水量增加,而且该地区蒸发量呈减少趋势。     

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。     

淮南市潘集矿区水域面积变化监测分析

持续大规模的地下煤矿开采导致淮南矿区形成大面积的塌陷水区,增加了次生地质灾害的风险。为了解近年来淮南市潘集矿区水域的变化趋势,利用改进的归一化水体指数(MNDWI)对多年份的遥感影像进行水陆分离以实现水体面积提取,进而对其变化因素开展了归因性分析。本文选取Landsat8卫星分别于2013、2017和2020年4月份获取的3期淮南市潘集矿区水域遥感影像开展监测分析。实验结果表明：淮南市潘集矿区2013、2017与2020年水域的面积依次为57.8km²、63.2km²和66.8km²,呈逐年增长的发展态势,有必要持续开展监测。     

基于多源卫星测高数据的青海湖水位变化研究

针对单颗卫星空间、时间分辨率受限及湖泊边界复杂地形条件引起湖泊监测精度较低的问题，提出结合多源卫星测高数据监测水位变化并建立边界缓冲区筛选数据的方法。以青海湖为研究对象，基于ERS-1/2、Envisat、Cryosat-2测高数据，构建了1995—2021年近26 a的水位时间序列，结合Grace卫星数据分析湖泊水位、面积、水储量与气候因素间的关系。结果表明：青海湖水位以2004年为节点呈现先下降后上升的变化，整体上升2.97 m,增长量为0.114 m/a,季节性变化明显，与降水量、径流量和蒸散发量相关系数分别为0.295、0.66、-0.24;湖泊面积与水位变化趋势一致，增长量为9.66 km²/a, 2001—2020年等效水柱高增长量为1.68 mm/a,与水文站及其他湖泊库水位序列相关系数均在0.9以上，具有良好基一致性。     

2009—2017年北京市土地利用变化时空特征

对北京市土地利用类型、城市扩张程度和植被覆盖度进行时空特征分析,为合理制定城市空间规划和土地利用管理提供科学依据。以北京市全域为研究对象,基于2009、2013和2017年Landsat遥感影像基础,利用非监督分类方法得到土地类型图,计算城市扩张指数和植被覆盖度指数,并进行环路地类动态变化分析。结果表明：1)2009—2017年北京市绿地/耕地面积减少746.22 km²,建筑用地面积增加601.36 km²,两者面积变化表现出此消彼长的趋势;2)绿地/耕地及建筑用地的空间消长特点存在明显的环路差异;3)高植被覆盖度区域面积剧烈减少;4)土地利用类型和植被覆盖度变化在2009—2013年和2009—2017年两阶段内差异明显。可见北京市城市扩张速度有所减缓,绿地/耕地面积相对减少率高,城市土地利用变化存在明显的时空差异。     

基于USLE模型的望奎县2017年土壤侵蚀定量分析

利用USLE模型对望奎县2017年土壤侵蚀做定量分析。结果表明：1)该县土地侵蚀总面积为567.88 km²,占总土地面积的24.47%。2)以中度侵蚀为主,中度侵蚀面积为298.58 km²,占总侵蚀的52.58%;轻度侵蚀次之,面积为218.30 km²,占38.44%;强烈侵蚀面积为33.73 km²,占5.94%;剧烈侵蚀地区总面积为10.51 km²,占1.85%;极强烈侵蚀面积为6.76 km²,占1.19%。研究结果可以为望奎县及具有同类特点的区域在水土治理和防治上提供借鉴依据。     

长时间序列1984年—2020年密云水库水面信息遥感监测与分析

密云水库在防洪、灌溉、发电、养殖、旅游、供应城市用水等方面产生了巨大效益，准确地完成水库制图并分析其特征时空变化对密云水库生态环境监测及管理具有重要意义。本文以密云水库为研究区域，收集了1984年—2020年所有的Landsat 5和Landsat 8遥感影像，利用水体的光谱、地形、时空特征，研究并解决了水库水体动态制图中的云、阴影、冰雪干扰，同物异谱及混合像元等难点问题，提出了一套自动化且高精度的水库水体动态制图算法，在无云无冰雪的情况下的总体精度高达98.2%，并引入了景观分裂度指数分析密云水库形态变化。基于制图结果发现水库水面面积变化可划分为5个时期：“增长期”(1984年—1993年)、“巅峰期”(1994年—1999年)、“衰落期”(2000年—2003年)、“保护期”(2004年—2014年)、“恢复期”(2015年—2020年)，期间水库东、西两区经历了“三分三合”的过程，水库面积最大达到151.6 km²(1995年)，最小仅为57.3 km²(2004年)；每年的最大面积出现在8—9月份，最小面积出现在5月份。此外，还讨论了...     

青藏高原冰雪覆盖变化监测的卫星立体影像方法

针对青藏高原冰雪覆盖变化监测问题,以各拉丹冬冰川为例,提出了利用ALOS立体像对提取冰雪DEM,并以同源不同时相的冰雪DEM监测冰雪覆盖变化及体量变化的方法。依据DEM纠正裁切后的影像,采用ISODATA分类方法得到了冰雪覆盖面积变化量,由不同时相网格DEM高程点数据高差与面积求得体积变化,得出了2009年与2010年冬季冰雪量大小。结果显示2010年12月比2009年12月冰雪量减少了19.728 3 km³,雪覆盖面积减少了349.691 km²。文中还列出了遇到的技术困难及有待进一步研究的问题。     

近30年青藏高原可可西里盐湖面积动态变化及其影响因素分析

青藏高原湖泊是全球气候变化的敏感指标,对全球气候变化具有很强的反馈作用。由于卓乃湖的溃堤,地处于青藏高原腹地的可可西里盐湖迅速扩张,这不仅对周边草地植被及流经的冻土造成危害,对青藏铁路和青藏公路的正常运行也产生了干扰。本文利用多源遥感监测手段对可可西里盐湖近30年面积进行监测,从时空变化趋势上提取盐湖面积的动态变化并进行成因分析。结果表明：(1)2011年9月卓乃湖溃决,导致可可西里盐湖面积1990—2020年增大了178.535 km²;(2)自2020年可可西里盐湖的引流工程完工,盐湖面积得到有效遏制,并在2021年缩小至191.145 km²;(3)盐湖湖岸线自1990—2020年主要在东南部和西南部有显著扩张,而最大的变化是盐湖东部由以前伸入湖中央的半岛变为孤岛;(4)面积与降水、气温呈显著相关关系,与日照时长、冰川融水呈弱相关关系。     

基于DEM的不同地貌类型区小流域划分及分布特征研究——以贵州省赤水河流域为例

小流域已经成为水土流失治理、生态系统修复等研究工作的重要地理单元。本文以贵州省赤水河流域为研究对象,探索我国西南典型喀斯特与非喀斯特地貌混合分布区小流域划分方法及小流域分布特征,基于DEM提取小流域边界,利用1∶5万地形图进行修正,并结合野外调查和地质、水文数据验证,最终将贵州省赤水河流域划定了753个小流域。其中,喀斯特地貌区小流域个数358个,喀斯特+非喀斯特地貌区小流域个数182个,非喀斯特地貌区213个;就不同流域类型小流域划分结果看,完整型小流域530个,区间型小流域180个,坡面型小流域43个;这些小流域中面积小于3km²的有9个,面积在3～10km²的有310个,面积在10～30km²的有348个,面积在30～50km²的有86个。贵州省赤水河流域小流域划分研究可为小流域治理工作提供依据,为区域制定水土保持方案和生态建设措施提供辅助决策,促进喀斯特地区水土保持与生态环境建设。     

近30年南昌城区湖泊面积变化图谱和动态监测

针对部分水体提取方法在提取城区水体时易出现漏提、错提和夹杂背景噪音的现象,本文提出一种更适合城市小型湖泊水体提取的方法,采用Landsat卫星影像的绿光波段、近红外波段和中红外波段(或短波红外波段),构建的经验型归一化差异水体指数ENDWI,相比NDWI和MNDWI,ENDWI在提取南昌城区水体时更具优势。本文以ENDWI为最佳水体提取模型,利用1989—2016年间4个不同时期的Landsat TM/OLI影像对南昌城区11个湖泊的面积变化状况进行了监测,从而制作了研究区各湖泊的面积变化图谱。随后引入气候指标和城镇化指标对南昌城区湖泊面积变化的成因进行分析。结果表明:气候对湖泊面积变化的影响有限,多年的城镇化运动,尤其是填湖造房运动的普遍存在才是湖泊面积变化的主要原因。     

基于多源遥感数据的湖泊水体演变研究

以天津市静海区的团泊湖为研究对象,基于Landsat TM、OLI遥感数据,采用MNDWI指数提取湖泊水体,获得湖泊水体信息;根据土地利用类型转移矩阵和土地类型动态度这两种方法来分析土地利用类型的演变特征。结果表明,1995—2020年总体上湖泊水体面积减少。在1995—2020年这段时间内,城镇类型的土地面积增长最大,水体面积变化最小。植被面积减少较大,其中大部分转为城镇,少量转为水体。水体面积变化相对比较稳定,没有太大波动。     

黑龙江省呼玛至十八站公路路域生存环境质量评估

针对建设绿色公路不可避免地对路域生存环境质量造成影响的问题,本文选用Landsat 8卫星影像、ASTER GDEM 30 m分辨率的DEM数据、2020版30 m全球地表覆盖数据,利用ENVI 5.3和ArcGIS 10.2平台协同操作,从公路的路域植被覆盖度变化、土壤侵蚀度、生存环境适宜性3个角度分析对生存环境质量的影响。研究结果表明,公路建设前后路域植被覆盖度超75%区域从2 673.8 km²降至2 389.82 km²,植被覆盖度为45%~75%的区域从997.31 km²降至767.19 km²;土壤侵蚀程度以中度侵蚀和高度侵蚀为主,中度侵蚀和高度侵蚀总计面积3 927.99 km²,占比达79.04%;生存环境适宜性方面,公路左侧呼玛河流域及附近最高,公路右侧的林区大面积图斑块次之。     

基于随机森林模型的岸线不透水面提取方法研究

以南京长江沿岸保护区域为研究对象,利用2016年和2019年两期Sentinel-2影像构造多种遥感指数;再利用随机森林模型进行不透水面信息提取。结果表明,2016年的总体精度为88.25%,Kappa系数为0.76;2019年的总体精度为90.51%,Kappa系数为0.80,说明该方法具有较好的精度,能准确反映不透水面的空间分布。结合提取结果进行时空变化分析发现,2016-2019年南京长江沿线不透水面整体呈减少趋势,总面积减少2.784 km²,年均减少0.928 km²,其中大部分是由工矿用地转化为绿地以及港口码头消失导致的。长江沿线的不透水面提取和变化检测分析有助于全面、细致和真实地监测河道岸线情况,对于南京市开展长江岸线研究以及开发长江岸线资源和可持续利用具有举足轻重的意义。     

基于AHP-INF耦合模型的察雅县地质灾害易发性评价

以西藏自治区察雅县为例选取高程、坡度、坡向等9个因子构建地质灾害易发性评价指标体系,采用层次分析法与信息量法(AHP-INF)耦合模型计算得到综合信息量,并结合ROC曲线对评价结果进行精度检验。结果表明,察雅县内极高易发区、高易发区、中易发区和低易发区面积分别为415.74 km²、746.78 km²、2 318.33 km²、4 782.34 km²,其中极高、高易发区集中分布在国道G214、国道G317和水系两侧,中易发区主要围绕极高、高易发区呈带状分布且集中在吉塘镇、烟多镇、荣周乡和香堆镇。评价结果的ROC曲线下方的面积为0.909,说明AHP-INF耦合模型评价精度较高,分区结果合理可靠,适用于察雅县地质灾害易发性评价。     

黄河流域湿地景观时空演变格局分析

湿地景观的时空演变及其驱动因素研究是湿地生态恢复与保护的重要参考,本文利用1980—2015年7期黄河流域土地利用数据构建黄河流域湿地矢量数据集,基于景观格局指数对黄河流域湿地的时空演变特征进行定量和定性分析;采用转移矩阵对每两个时期湿地资源的转移类型和数量进行计算与分析。研究结果表明,①1980—2015年,黄河流域湿地率为3.5%,其中自然湿地率约为2.0%,即黄河流域的湿地类型以自然湿地为主。②斑块面积结果显示,黄河流域湿地总面积减少了312.74km²,表现为人工湿地增加,自然湿地减少;自然湿地中沼泽湿地呈增加状态,主要是在2005—2010年增加了979.22km²,滩地呈减少状态,减少了1218.19km²,主要发生在1990—1995年和2005—2010年。斑块密度结果显示,随着河渠和滩地受人为活动影响程度的加大,两者的斑块破碎化程度逐渐加大。最大斑块指数结果显示,水田是黄河流域的主导湿地类型,沼泽和湖泊是自然湿地中的主导湿地类型。③黄河流域湿地类型与非湿地之间转换是黄河流域景观转换的主要组成部分,其中沼泽与滩地是面积发生变化的主要湿地类型。     

面积约束的小流域提取算法研究

针对传统的流域划分方法往往包含面积过小或过大的流域单元,无法顾及治理的可行性及有效性,难以满足实际应用需求的问题,该文以流域单元为主要研究对象,利用数字高程模型提出了一种基于面积约束的自适应流域划分方法;该方法对面积大于50 km²的流域,以面积等分及划分次数最少为优化目标,将流域划分为若干个符合面积要求的流域;对面积小于5 km²的流域,则与其上游流域进行归并。基于流域单元面积约束提取方法的实验结果表明,该方法在不破坏流域归属属性的情况下,使所有流域的面积均符合要求,提高了流域信息的实用性,为山区、丘陵地形为主区域的空间治理单元自动划分提出一种解决路径。     

基于RUSLE模型的延河流域土壤侵蚀时空变化分析

我国是一个土壤侵蚀情况严重的国家,而黄土高原是我国水土流失最严重的地区,因此研究黄土高原土壤侵蚀状况对该区域水土流失防治和生态环境的保护具有积极意义。本文以黄土高原典型丘陵沟壑区延河流域为研究区,采用RUSLE土壤侵蚀模型分析延河流域1990年、2000年、2010年、2020年土壤侵蚀时空变化特征,并通过情景模拟对比分析有无治沟造地工程下的延河流域土壤侵蚀空间变化特征,量化研究治沟造地工程对流域内土壤侵蚀的影响。结果表明,流域内平均土壤侵蚀模数呈现先减小后增大的趋势,1990平均土壤侵蚀模数为2147t/(km²·a),2000年减少到1219 t/(km²·a),2010年到2020年平均土壤侵蚀模数增大,2010年平均侵蚀模数为2975 t/(km²·a),2020年扩大到8057 t/(km²·a)。情景模拟分析显示,虽然延河流域近年来土壤侵蚀模数增加,但是退耕还林工程效果也同时显著,一定程度上缓解了水土流失加剧的状况,然而降雨因素存在时间上的不均匀性会导致某些年份计算出的土壤侵蚀模数增大。...