1990—2020年中国能源开采和加工场地多源数据综合制图与时空变化分析

由于当前缺乏有效的能源开采和加工场地精细化遥感探测方法和高精度的数据产品,全国尺度的能源开采和加工场地时空分布规律的认识仍显不足。本研究基于高分辨率遥感影像、土地利用/覆盖数据、网络爬虫数据、OSM地图数据和环境专题数据等信息,发展了基于多源数据融合和专家知识参与获取的能源开采和加工场地遥感识别和精细化制图的技术方法,研发了1990、2000、2010和2020年共4期的中国能源开采和加工场地分布数据产品及2010—2020年场地植被恢复信息数据产品,作为中国土地利用/覆盖变化数据的组成部分（CLUD-Mining）。CLUD-Mining具有较高的质量和可靠性,数据产品平均精度为91.75%;中国能源开采和加工场地开发建设的面积呈现先增长后减少的发展趋势,1990—2010年,面积增长速度从55.22 km²/a上升到95.51 km²/a,而2010—2020年呈现负增长,平均每年减少27.28 km²;此外,2010—2020年场地植被恢复面积达746.76 km²,主要集中在华北区和西南区;中国能源开采和加工场地分布格局逐渐由东部地区向西部地区转移。本研究对提升中国能源开采和加工场地时空分布特征的认识具有重要意义,可为场地污染治理和生态修复提供重要的数据基础。     

青藏高原湖泊面积动态监测

高原湖泊的动态变化对区域水循环具有重要影响。受全球气候变化的影响,青藏高原湖泊自20世纪90年代开始呈现剧烈扩张趋势。为揭示近年来青藏高原湖泊面积的时空变化规律,本文提出了一种改进的半自动湖泊提取算法,结合环境减灾卫星（HJ-1A/1B）和Landsat系列卫星影像数据,对青藏高原内流流域中面积大于50 km²的127个湖泊进行了连续6年的动态监测,并分析了该区域2009-2014年湖泊面积时空变化特征。研究结果表明,该区域湖泊整体呈现显著扩张趋势,年均变化速率为231.89 km²yr^-1（0.87 %yr^-1）,6年间湖泊面积扩张速率有所减缓。其中,扩张湖泊有104个,收缩湖泊有23个,变化速率分别为271.08 km²yr^-1（1.02 % yr^-1）和-39.19 km²yr^-1（-0.15 %yr^-1）。不同区域湖泊面积变化具有明显差异,主要表现为东部及北部大部分区域湖泊扩张,南部地区大部分湖泊面积稳定,萎缩湖泊主要分布于研究区四周。最后,本文通过分析冰川融水补给对湖泊面积变化的影响,发现存在冰川融水补给的湖泊面积变化率远大于不存在冰川融水补给的湖泊。由此可见,近年来冰川融水的增加是促进青藏高原内流流域湖泊扩张的主要因素之一。     

基于权重线性加和模型的城市污泥土地利用适用性评估

城市污泥土地利用的环境问题是限制其大规模利用的主要因素。本文建立基于权重线性加和模型的城市污泥土地利用环境风险控制方法,提出北京市城市污泥土地利用环境风险控制方案。不同因素对城市污泥施用的环境影响依次为：土壤重金属含量（0.22）>土地利用类型（0.17）≈土壤类型（0.17）≈自然降雨（0.17）>坡度（0.13）>与自然水体距离（0.09）>与城镇居民区距离（0.05）。北京市城市污泥低风险适宜施用区域主要集中在平谷和顺义交界处、昌平-延庆中部以及房山的东部山间林地,施用面积为2033 km²。中风险施用区分布在西南部、东南部的林地和旱地的混合区域,面积为5079 km²。高风险施用区面积为380 km²,分布在石景山以及门头沟东北部、房山西南部以及平谷北部区域。禁止施用区面积达8916 km²,主要分布在城区及城区周边的郊县、延庆、怀柔、密云等部分区域。     

2000-2013年青藏高原湖泊面积MODIS遥感监测分析

青藏高原上分布着大量的高原内陆湖泊群,该区域湖泊面积与区域及全球气候变化之间存在较强的耦合关系,遥感监测湖泊的分布和面积变化趋势,对分析区域自然生态环境具有重要意义。本研究将MOD09A1（地表反射率8天合成数据）进行逐月合成,提出了一种综合多种水体指数的青藏高原地区湖泊提取方法,并通过活动窗口、DEM和时间序列去噪等方法,消除山体阴影、冰雪等因素的干扰。最后,提取和合成了2000-2013年青藏高原逐年和逐月的湖泊范围,并选取色林错和卓乃湖2个典型湖泊与人工解译Landsat系列影像进行验证分析,其线性拟合度分别为0.99和0.97,从时空变化趋势上分析了青藏高原湖泊面积动态变化。结果表明：（1）2000-2013年,青藏高原地区湖泊范围整体上呈较显著的扩张趋势,湖泊总面积增加速率约为490.98 km² a^-1（R²约为0.96）;（2）1-12月份湖泊面积逐月变化率均大于0,表明青藏高原湖泊面积呈整体扩张,而非季节性扩张。除2-4月份外,其他月份增加速率均在400 km² a^-1以上（R²>0.79）,表现为稳定且持续扩张趋势。     

南美洲的地表水体制图研究

采用Landsat TM遥感影像,辅以MODIS数据产品,应用像元的分类方法,选用水体指数AWEI（Automated Water Extraction Index）提取水体,估算了2011年南美洲陆表水域总面积。同时,在南美洲各大气候带内监测其典型水域的年内季节性面积及其变化。研究表明,南美洲陆表水域总面积为30.5×10⁴ km²,水域率为1.69%,主要集中分布在亚马逊河流域、巴拉那河流域,以及南部巴塔哥尼亚高原。南美洲共计有湖泊9579个,总面积为14.2×10⁴ km²,占水域总面积的46.42%;河渠总面积达15.7×10⁴ km²,占水域总面积的51.56%;水库坑塘总面积达6144.8 km²,占南美洲地表水域总面积的2.01%。从各大气候区看,热带地区的水域面积明显受到旱雨季的影响,其中,热带沙漠气候带内水域的干湿季变化最为明显;温带地区的水域面积变化相对较小,但有明显的四季之分;高原山地气候区由于其独特的气候特征,水域面积变化较小;亚热带季风性湿润气候和地中海气候区内的水域面积季节性波动很小,但是冬夏2个季节变化明显。从南美洲各国家看,水域面积最大的国家为巴西（14.7×10⁴ km²）,占南美洲水域总面积的48.17%,水域率为1.72%;其次为阿根廷（3.4×10⁴ km²）,占南美洲水域总面积的11.24%,水域率为1.23%;委内瑞拉的水域率最大（3.08%）。     

ESTARFM模型在西藏色林错湖面积时空变化中的应用分析(1976-2014年)

湖泊（特别是内陆湖）作为全球气候变化的敏感区域,是气候变化与环境变异的指示器,其面积变化在一定程度上可反映区域的气候变化。因此,精确监测湖泊面积的时空变化,对分析区域生态环境变化具有重要的意义。本文基于ESTARFM时空数据融合模型,利用MODIS数据模拟了2000年后无法得到的Landsat数据;利用NDWI和MNDWI 2种水体指数并辅以DEM数据分析了1976-2014年西藏色林错湖湖面面积的时空变化;综合湖区周围6个气象站点的气象数据(1970-2014年),探究了湖面面积变化的原因及其对气候变化的响应。结果表明：(1)利用ESTARFM时空融合模型得到的Landsat-Like数据与真实的Landsat数据在水体信息提取方面具有较高的相关性,R²可达0.93,时空数据融合的结果可用于湖泊水体的信息提取;(2)近40年来（1976-2014年）,色林错湖处于持续扩张状态,面积呈较显著的增长趋势,增加了近711.652 km²,增幅为42.36%,年平均增长速率约为18.728 km²a^-1,增长最快时可达55.954 km²a^-1;湖面面积变化先后经历了平稳变化-迅速变化-平稳变化3个阶段;北部湖区在40年间变化最为明显,向北扩展了约22.812 km;2003-2005年,南部湖区已与雅根错湖连为一体,随后二者共同扩张;(3)气温的持续升高造成的冰雪融水补给增加可能是导致湖泊面积扩张的主要因素,风速的降低为次要因素,湖面的面积变化与降水量、日照时数的变化相关性不明显。     

典型农牧交错区LUCC及农牧交替演化过程分析——以内蒙古赤峰市为例

以内蒙古赤峰市为例,利用TM影像解译得到的三期土地利用数据(1988、1995、2000年)研究20世纪80年代以来,典型农牧交错区的LUCC演化过程,主要采用土地利用开发度、耗减度、信息熵、空间转移矩阵等方法分析了不同阶段农牧交替演化的时空特征。结果表明:(1)草地、耕地、林地为研究区主要的土地利用方式,整个研究时段内,耕地开垦和草地减少是主导LUCC过程。耕地开垦面积达2424.12km²,草地减少1959.65km²。从前后两个时期来看,前期(1988-1995年)耕地和草地变化更为剧烈,耕地以增为主,草地以减为主;后期(1995-2000年)草地转出速度放缓,但耕地开垦速度仍相对较快,林地转出速度加快;(2)土地流转过程以农牧交替演化为主,前期草地与耕地的交替转化剧烈,草地开垦面积达到2 040.50km²,耕地撂荒还草634.75km²,耕地开垦主要集中在敖汉旗的北部;后期LUCC过程放缓,草地转耕地面积为828.50km²,主要发生在敖汉旗以及林西县北部地区等区域,伴随着一定程度的弃耕;(3)三个时期土地利用结构信息熵分别为1.290、1.301、1.304,赤峰市土地利用系统有序程度在降低。农牧交错演化过程的分析,为研究该地区人类-环境耦合系统的变化和机制提供了重要依据。     

基于“DEM-NDVI-土地覆盖分类”的天山博格达自然遗产地山地垂直带提取与变化分析

本文基于Landsat影像数据获取天山博格达自然遗产地土地覆盖分类,结合归一化植被指数（NDVI）和数字高程模型（DEM）构建“DEM-NDVI-土地覆盖分类”散点图分析研究区植被受海拔和坡向的水热空间变化影响的分布特征,通过概率统计分析提取博格达遗产地山地垂直带,并结合研究区的气温、降水数据和NDVI变化特征分析垂直带变化的原因。研究结果表明：① 本文利用“DEM-NDVI-土地覆盖分类”散点图,揭示了研究区1989年和2016年的NDVI值和分类类别随着海拔上升的变化特征,其中NDVI值随着海拔上升呈现“倒U形”变化,而不同分类类别在一定的海拔区间内呈现出聚集效应,且不同分类类别有明显的高程界限。② 1989年和2016年博格达遗产地山地垂直带分带上限分别为：1278 m和1185 m（温带荒漠草原带）、1784 m和1759 m（山地草原带）、2706 m和2730 m（山地针叶林带）、3272 m和3293 m（高山草甸带）、3636 m和3690 m（高山垫状植被带）。③ 博格达遗产地1989年和2016年山地垂直带受区域气温升高和降雨增加的影响有较为明显的改变,其中温带荒漠草原带最为敏感,其上限变化最大,向下收缩93 m;山地针叶林带的分布范围则向两侧扩张49 m;山地草甸带带宽基本保持不变,但整体上移了约20 m;冰雪带则受到全球气候变暖的影响向上退缩54 m。     

近20年来苏锡常地区建设用地扩展及耕地占用态势的遥感分析

本文在苏锡常地区已有三期矢量数据(1988、1995和2000年)的基础上,对2008年TM影像进行监督分类,经过人工解译辅助处理得到20世纪80年代以来4期土地利用时间序列数据。研究了近30年来,苏锡常地区建设用地扩展及其对耕地占用的态势。主要结论有:(1)从整体扩展面积看,1988年到2008年建设用地面积扩展总计2 354.55km²,其中,城市扩展面积最大,为1257.26km²,占到总扩展面积的一半,其次,是建制镇的扩展,面积达695.91km²,农村居民点扩展面积为355.96km²,扩展最少的是工矿交通用地,为45.42km²;(2) 城市扩展所占用的土地资源主要来源于对耕地的占用。从三个不同时期来看,1995-2000年耕地转化为建设用地最少,为262.36km²,1988-1995年占用耕地面积656.36km²,而在2000-2008年耕地被占用高达1 343.56km²。这些数据为我国东部城市化地区土地利用规划与管理政策的制定提供决策依据。     

地缘政治经济背景下中老-中越边境地区橡胶林时空扩展特征研究

国家间地缘政治经济关系正在驱动区域土地利用变化,边境地区首当其冲。20世纪90年代以来,全球橡胶市场的强劲需求以及中南半岛与域外国家40多个地缘经济合作机制的实施,引起了包括中国与老挝（以下称“中老”）-中国与越南（以下称“中越”）边境地区橡胶林扩展种植在内的显著土地利用变化。基于此,利用Landsat影像构建的橡胶林落叶-新叶萌生期内植被-水分指数（Renormalized Vegetation Index, RNVI）组合算法,获取中老-中越边境地区1990年代以来中老、中越地缘政治经济关键节点的橡胶林种植信息,进而揭示中老、中越地缘政治经济关系对其边境地区橡胶林扩展的影响及其国别差异。结果表明：① 在“替代种植”与边境农林合作等地缘政治经济影响下,中老-中越边境地区橡胶林种植面积由1992年的995.5 km²增加至2018年的5537.7 km²,增长近4.6倍,且呈明显的沿边性和跨境性;② 随着中老磨憨-磨丁口岸开通、中老北部九省合作机制构建等,1992—2018年,中老边境沿线30 km缓冲区内橡胶林种植面积从244.7 km²猛增到2080.6 km²,增长近7.5倍,其中,中国一侧增幅达806.7%,老挝一侧增幅为567.7%,近边境地区尤为明显;③ 随着中越关系恢复、“两廊一圈”启动与发展等,过去近30年,中越边境沿线30 km缓冲区内橡胶林种植面积由313.6 km²持续增加到1107.5 km²,增长超过2.5倍,其中,中国一侧增幅达378.0%,越南一侧增幅为140.3%,远边境地区增加较快。本研究有助于认识国家地缘政治经济关系对边境土地利用变化的影响,促进边境地理（学）发展。     

1970-2016年青藏高原岗扎日冰川变化与物质平衡遥感监测研究

可可西里处于青藏高原腹地,是青藏高原自然环境的交接与过渡地带。近年来该区域冰川物质平衡可能有从西向东由正转负的趋势,但是其过渡地带岗扎日地区冰川状态未知。本研究利用地形图、SRTM、ASTER和Landsat等资料分析了岗扎日地区冰川面积变化和物质平衡变化,并对可可西里地区冰川变化空间规律进行了探讨,结果表明：①1970-2016年岗扎日冰川总面积年均缩小率为0.08±0.02%。2006年后冰川退缩趋势减缓。②1970-2012年岗扎日冰川平均减薄-8.64±0.30 m,体积减少1.45±0.06 km³,平均物质平衡为-0.21±0.01 m w.e. a^-1。冰川物质平衡趋势由负转正（1970-1999年：-0.34±0.01 m w.e. a^-1;1999-2012：0.16±0.02 w.e. a^-1）。③东南、南、西南朝向作为迎风坡,1970年以来其冰川物质亏损较小,1999-2012年呈现强烈的正平衡。冰川面积变化滞后于物质平衡变化,东朝向和东南朝向冰川面积缩小率最大,主要是因为冰川冰舌较长,末端所处的海拔较低。④气温升高是岗扎日冰川1970-1999年呈现负物质平衡状态的主因,降水增多是1999-2012年正平衡状态的主因。⑤可可西里地区冰川1970s以来面积年均缩小率从西向东不断增大、物质平衡下降,与西风环流和季风环流相关,但局地气候也影响冰川变化和物质平衡。     

基于SAR干涉数据的东帕米尔高原冰川变化

冰川变化监测对生态灾害预防、区域水资源调控、气候变化研究等意义重大。利用冰川在雷达干涉影像上表现出失相干这一特性,选用1998年ERS 1/2与2018年 Sentinel-1A重轨单视复数SAR数据,通过相干系数取阈值的方法获取东帕米尔高原两个时期的冰川边界,以Landsat TM/OLI影像和全球陆地冰川空间监测计划发布的数据验证本文冰川边界提取的精度,从而分析冰川变化。结果表明：① 拟合研究区相干系数图上相干系数γ与对应像元个数的曲线关系,冰川区像元个数会在低相干区域积累形成一个小的波峰。曲线一阶导数变缓的点（冰川区向非冰川区过渡的转折点）即为所选阈值点,利用SAR相干系数取阈值法提取的冰川边界与光学遥感影像结合RGI6.0数据提取的验证冰川边界具有较好的一致性,SAR干涉相干系数提取冰川边界的方法是可行而有效的,ERS 1/2与Sentinel-1A提取的冰川总面积精度均在90%以上,而且SAR数据能够有效提取光学遥感影像难以识别的冰川表碛覆盖;② 1998年和2018年东帕米尔高原冰川总面积减少了318.59 km2,年平均变化速率为-15.93 km2/a,冰川退缩面积占冰川总面积的23%;③ 对大、中型规模冰川来说,表碛覆盖型冰川退缩较其他冰川明显;从坡向上来看,20年各个坡向冰川均有所退缩,其中东南坡冰川退缩最多,西坡冰川退缩最少;从海拔上来看,1998年冰川集中分布在4519~5421 m海拔区间内,2018年集中分布在4682~5320 m海拔区间内;在3325~5710 m海拔区间内冰川退缩明显,4915 m海拔附近达到退缩极大值。     

Evidence for Accelerating Glacier Ice Loss in the Takht＇ e Solaiman Mountains of Iran from 1955 to 2010

This study reports on the clean ice area and surface elevation changes of the Khersan and Merjikesh glaciers in the north of Iran between 1955 and 2010 based on several high to medium spatial resolution remote sensing data.The object-oriented classification technique has been applied to nine remote sensing images to estimate the debris-free areas.The satellite-based analysis revealed that the clean ice areas of Khersan and Merjikesh glaciers shrank since 2010 with an overall area decrease of about 45% and 60% respectively.It means that the dramatic proportions of 1955 glaciers surface area are covered with debris during the last five decades.Although the general trend is a clean ice area decrease,some advancement is observed over the period of 1997-2004.During 1987-1991 the maximum decrease in the clean ice area was observed.However,the clean ice area had steadily increased between 1997 and 2010.To quantify the elevation changes besides the debris-free change analysis,several Digital Elevation Models(DEMs) were extracted from aerial photo(1955),topographic map(1997),ASTER image(2002) and Worldview-2 image(2010) and after it a 3-D Coregistration and a linear relationship adjustments techniques were used to remove the systematic shifts and elevation dependent biases.Unlike the sinusoidal variation of our case studies which was inferred from planimetric analysis,the elevation change results revealed that the glacier surface lowering has occurred during 1955-2010 continuously without any thickening with the mean annual thinning of about 0.4 ± 0.04 m per year and 0.3 ± 0.026 m per year for Khersan and Merjikesh glaciers,respectively.The maximum thinning rate has been observed during 1997-2002(about 1.1 ± 0.09 per year and 0.96 ± 0.01 mper year,respectively),which was compatible partially with debris-free change analysis.The present result demonstrates that although in debris-covered glaciers clean ice area change analysis can illustrate the direction of changes(retreat or advance),due to the high uncertainty in glacier area delineation in such glaciers,it cannot reveal the actual glacier changes.Thus,both planimetric and volumetric change analyses are very critical to obtain accurate glacier variation results.     

青藏高原冰川变化遥感监测研究综述

在全球变暖影响下,青藏高原冰川消融造成的冰川径流增大、冰湖溃决等问题威胁着山区及其周边居民的生命财产安全,对青藏高原冰川变化的研究日益紧迫。本文综述了国内外山地冰川变化遥感监测手段的发展、冰川面积及冰面高程变化的遥感监测研究现状、存在问题与发展趋势,并总结了中国青藏高原冰川变化遥感监测研究的主要成果。此外,本文基于2003-2009年ICESat/GLAS数据,计算了青藏高原各山区冰面高程变化及其冰川消融量。结果显示：青藏高原冰川面积持续减少,青藏高原冰面高程的平均变化为-0.24±0.03 m/a,冰川融水量为-14.86±11.88 km³/a,冰川变化呈现从青藏高原东、南外缘山区往内陆与西、北部山区减慢的时空特征。     

An investigation on changes in glacier mass balance and hypsometry for a small mountainous glacier in the northeastern Tibetan Plateau

Mass balance is a key indicator of the sensitivity of glaciers to climate change. Field measurement is one of the most important ways to study the mass balance of glaciers. Based on observations of mass balance in the ablation zone of Shuiguan Glacier No.4, Qilian Mountains, China, combined with the balance ratio between accumulation and ablation, we established a linear relation between mass balance and altitude. The results show that the mean annual mass balance of this glacier was ~510 mm w.e. from 2010 to 2013. The uncertainty in the balance ratio value does not lead to a significant difference in the mass balance. The equilibrium-line altitude rose by 180 m from 1972 to 2013, while the accumulation–area ratio decreased from 0.68 to 0.25. These variations may be caused by changes in air temperature. Meanwhile, the glacier is at present not in a steady state, and it may continue to shrink by a further ~900 m, even without further climate warming. In the western Lenglongling Mountains, assuming that the glaciers are in a steady state and the Equilibrium-line altitudes(ELAs)remain similar, there will be only 46 glaciers left, covering a total area of 19.2 km~2, in other words, only 22.3% of the glaciers area in 1972.     

Heterogeneous Expansion of End-moraine Dammed Lakes in the Hindukush-Karakoram-Himalaya Ranges of Pakistan during 2001-2013

Global climate change during the twentieth century had a significant impact on the glaciers that resulted in creation of new lakes and expansion of existing ones, and ultimately an increase in the number of glacial lake outburst floods(GLOFs) in the Himalayan region. This study reports variation of the end-moraine dammed lakes in the high altitude Hindukush-Karakoram-Himalaya(HKH) region of Pakistan to evaluate future floods hazard under changing climate in this region. An integrated temporal remote sensing and Geographic information system(GIS) based approach using satellite images of Landsat-7 and 8 was adopted to detect 482 endmoraine dammed lakes out of which 339 lakes(0.02 km2) were selected for temporal change analysis during the 2001-2013 period. The findings of the study revealed a net expansion in the end-moraine dammed lakes area in the Karakoram(about 7.7%) and in the Himalayas(4.6%), while there was a net shrinkage of about 1.5% in the lakes area in the Hindukush range during this period. The percentage increase in the lakes' area was highest above 4500 m asl in the Hindukush, within 3500-4000 m asl in the Himalayas and below 3500 m asl in the Karakoram range. The overall positive change in the lakes' area appears to prevail in various altitudinal ranges of the region. The heterogeneous areal changes in the endmoraine dammed lakes might be attributed to different climate regimes and glacial hydrodynamics in the three HKH ranges. A periodic monitoring of the glacial lakes and their associated glaciers is essential for developing effective hazard assessment and risk reduction strategies for this high altitude Himalayan region.     

Recent Changes Occurred in the Terminus of the Debris-covered Bilafond Glacier in the Karakoram Himalayas Using Remotely Sensed Images and Digital Elevation Models (1978-2011)

Recent changes occurred in terminus of the debris-covered Bilafond Glacier in the Karakoram Range in the Himalayas, Northern Pakistan was investigated in this research. Landsat MSS, TM and ETM＋ images were used for this study. Digital elevation models derived from ASTER GDEM and SRTM were also utilized. Visible, infrared and thermal infrared channels were utilized in order to get accurate glacier change maps. Three methods were tried to map this debris-covered glacier in this research. The glacier has been mapped successfully and the changes in the glacier terminus from 1978 to 2011 have been calculated. Manual, semi-automatic and thermal methods were found to give similar results. It was found that the glacier has undergone serious ablation during this period despite of the fact that many of the larger glaciers in the Hindu Kush and Karakoram mountain regions in the Upper Indus Basin were reported to be expanding. The terminus has been moved back about 600 meters during this period and there was an abrupt change in the glacier terminus during 1990-2002. We propose that debris thickness is not the only factor that influences the glacier ablation but the altitude of the debris-covered glacier as well. Many glaciers in the Karakoram region reported to be expanding were having higher altitudes compared to the study area.