亚洲人造地表覆盖遥感精细化分类与分布特征分析

人造地表覆盖是刻画人类活动对陆地表层生态系统影响的重要因素,具有高度动态、结构复杂和类型镶嵌等特征.由于当前缺乏有效的洲际尺度人造地表覆盖精细化遥感探测方法和高精度的数据产品,由此影响了城市化对区域气候、生态系统过程和全球环境变化影响评估的可靠性.本研究构建了人造地表覆盖等级层次结构分类系统,发展了基于2010年全球地表覆盖30m分辨率产品(GlobeLand30)的人造地表覆盖二级类型像元组分提取的技术方法,研发了亚洲2010年高精度城市建成区及其内部城市不透水地表和植被覆盖组分比例数据产品.基于多源数据融合和专家知识方法获取的城市建成区及其内部组分分类的总体精度为90.79%;城市内部不透水地表比例组分信息提取平均相对误差为0.87,总体上数据产品具有较高的质量和可靠性.遥感精细化信息提取局部误差与不同气候带城市建筑与植被镶嵌程度密切有关.遥感精细化分类表明,亚洲城市建成区面积181785.96km~2,占亚洲陆表面积的0.59%;城市内部结构组分中,城市不透水地表总面积为116504.72km~2,占亚洲城市建成区面积的64.09%,植被和裸土面积占34.56%.在空间上,城市不透水地表自东向西呈现集聚式、分散式和无显著分布特征三级梯度.中国、印度和日本等国家,城市不透水地表总面积排在前三位,分别占亚洲城市不透水地表面积的32.77%、16.10%和11.93%.研究发现,城市建成区内部不透水地表与植被覆盖组分比例与国家的经济发展程度及区域气候环境密切相关,对于经济较为发达的国家,城市建成区内部镶嵌类型中不透水地表比例相对较低,如韩国、新加坡城市不透水地表比例约为50~60%,公共绿地植被面积比例相对较高,而对于经济发展水平较低的国家,城市建成区内部镶嵌类型中城市不透水地表比例则接近或超过80%.城市建成区内不透水地表、植被组分及空间分布特征集中反映了亚洲地区人口集聚和经济发展水平以及对子流域环境健康状况影响程度.     

城镇化下流域不透水面扩张对洪峰的影响——以南京秦淮河为例

长江下游秦淮河流域近年来由于城市化崛起导致不透水面迅速扩张,改变了流域水文过程,导致暴雨洪水灾害风险增大.本文以南京秦淮河流域为例,基于1988—2015年间下垫面和水文气象资料建立了流域水文模型,通过不透水面扩张情景分析,探讨了 1988—2015年间不透水面空间扩张及对流域洪水过程的影响.研究结果表明:(1)秦淮河全流域1988—2015年不透水率从3.92%增长到19.11%,且不同区域扩张速度有所差异;(2)2006—2015年不透水面情景下的洪峰流量平均涨幅大于城市化初期;受流域上下游位置和下垫面地形条件的影响,流域溧水河和句容河两河源处的不透水面变化对洪峰的影响较流域下游出口处更显著;(3)秦淮河流域及不同位置的不透水面扩张情景下,小洪水的洪峰响应均大于大洪水,且不透水面扩张发生在下游主干河流域时的大、小洪水洪峰涨幅差距略大于河源流域.     

中国湿地初步遥感制图及相关地理特征分析

以1999～2002年累积的597幅Landsat ETM＋遥感影像为数据源,采用人工目视解译为主,同时结合全国高程、土壤、土地利用和Google Earth数据,对全国9ha以上的水面、沼泽等湿地进行了初步遥感制图．在此基础上,利用1km分辨率的全国地形高程数据,1：100万土壤数据、植被数据和1：400万的气候区划数据对湿地分布进行了相关地理特征分析．本次湿地遥感制图得到全国湿地总面积为359478km^2,其中内陆湿地占339353km^2,非农田人工湿地占2786km^2,滨海湿地面积为17609km^2．与我国先期的湿地调查统计数据对比,表明除由于制图标准和调查规范不一致引起的差异外,本次制图结果较可信,且更客观、快速和经济．与相关的土地利用数据、沼泽湿地、海涂资源和《中国沼泽志》记录的沼泽等数据的对比表明,专门针对湿地的制图和定期变化监测十分必要．分析表明全国湿地主要分布在海拔〈600和2600～5000m的区域,93％的湿地分布在3°以内的坡度．湿地中,除水面外,淋溶土、水成土和半水成土占了35．33％．全国湿地土壤碳储量大约为3．67Pg．全国湿地主要分布在中温带和高寒气候区、湿润区,湿地分布更多地与年干燥度有关．湿地内的主要植被类型包括草甸（23．95％）、草原（11．18％）和栽培植被（22.39％）等,沼泽植被仅占湿地面积的4．59％．     

治霾要打持久战和攻坚战 大气污染专家柴发合分析中国空气污染治理方略

<正>2016年秋冬季节,除中国之外,欧洲的英国、法国、意大利、西班牙,亚洲的印度、伊朗、印度尼西亚等全球多个国家的城市均出现不同程度的雾霾天气。据世界卫生组织发布的最新报告显示,全球92%的人口生活在空气质量低于世界卫生组织规定的安全标准地区。在近日举办的"2016年度全球十大环境热点"评选结果宣讲会     

全球陆表水体空间格局与波动初步分析

陆表水体是人类生存和发展的最重要资源之一,也是全球水循环主要组成部分之一.全面地掌握陆表水体的空间分布、持续地测定其动态变化,是全球生态环境健康诊断的一项重要工作.根据30 m分辨率全球地表覆盖数据产品(Global Land 30)中的两期陆表水体数据产品(Global Land 30-water 2000和Global Land 30-water 2010),利用MODIS时间序列数据对其进行时相订正,通过水域面积、水域率及其空间变异系数的指标,按全球、经纬度、大洲及气候区等不同层次分析了陆表水体及空间分布格局和时间波动.遥感监测结果显示,全球陆表水体总面积达367.67×104 km2,占全球陆表面积的2.73%.陆表水体空间分布极为不均,主要集中于北半球的中高纬度地区和热带地区.对比2000与2010年两期的水域面积差异,总体波动不大,但是区域差异较明显.Global Land 30-water产品及统计数据为分析全球陆表水体空间分布格局、揭示其地域差异、研究时空波动规律以及诊断生态环境健康提供了重要基础数据.     

全球30m空间分辨率耕地遥感制图研究

耕地是全球地表覆盖制图中重要的地表覆盖类型之一,其变化影响着人类社会经济发展、粮食安全与生态环境保护.现有全球耕地制图产品空间分辨率较粗,缺乏高空间分辨率的全球耕地数据产品.本研究利用全球2000/2010两期30m空间分辨率遥感影像数据集(Landsat TM/ETM+、HJ-1)、MODIS 250m空间分辨率NDVI时间序列数据及多种参考资料,针对全球尺度30m影像中耕地提取的难点,提出基于像元、对象和知识3个层次的耕地提取方法,即基于像元尺度多特征优化的耕地分类提取、基于对象的耕地自动判别以及基于信息服务和先验知识的交互式对象处理,完成了全球两期30m耕地遥感制图,并对全球耕地的面积等信息进行统计分析.结果表明,全球2000年和2010年耕地总面积分别为19.03亿ha和19.60亿ha.精度评价结果表明,两期全球30m耕地遥感制图总体精度均达到92%以上.本研究研制的2000/2010两期的全球耕地遥感数据产品,在空间分辨率和分类精度上均优于国际上同类产品,为全球粮食安全、生态环境监测和全球变化等研究提供了重要基础数据.     

20世纪90年代中国大中城市建设用地扩张及其对耕地的占用

界定了城市建设用地范围, 利用中国科学院资源环境数据中心的两期土地利用图, 提取城市建设用地及其周围耕地的图斑. 运用GIS技术和数理统计方法, 分析了20世纪90年代城市建设用地面积最大的145个城市的扩张特点、对耕地的占用及其影响因素. 结果显示, 这145个城市建设用地总体扩展较快, 但区域差异性明显. 东部地区城市建设用地扩展最快, 中部地区扩展最慢, 中部并出现城市人均用地大幅度下降的“不正常”现象. 城市建设用地扩展占用地耕地比例大, 且主要为生产力较高的优质耕地. 研究认为, 城市在职职工的工资总额增长对中国城市建设用地扩张区域差异的解释力最强, 建设用地和耕地高邻接度的空间格局以及城市在空间上的摊饼式发展是导致城市扩展占用耕地比例大的直接原因.     

城市地表覆盖结构组分与热环境调控模型(EcoCity)研究——以北京城市为例

城市土地利用/覆盖变化及其生态环境效应是当前城镇化研究的热点问题,但是由于城市内部空间结构异质性刻画不足,以及与城市地表热环境之间定量关系认识不足,严重制约其在城市生态规划管理方面的应用能力.本研究耦合城市地理学"空间结构理论"和城市气候学"地表能量平衡原理",提出了城市地表结构与热环境调控新的理念,揭示了城市空间结构与地表热环境之间的互馈机制;并自主研发了地表覆盖结构组分与热环境调控模型(EcoCity),确定了城市地表热环境生态调控阈值.基于实验观测、遥感反演和气象资料等数据,揭示了城市内部生活空间、生产空间、服务空间和生态空间分布格局以及相应的城市不透水地表、绿地和水域等地表覆盖组分布局模式对城市热岛形成的地表辐射与热通量影响程度.结论表明,不同城市功能区之间热环境的差异与其地表覆盖组分关系密切,商业、住宅等高密度城市不透水地表区,会显著增加显热通量起到升温作用,而绿地、水域等生态功能区会显著增加潜热通量起到降温作用.我们也发现,不同功能区由于其绿地组分比例差异导致植被热耗散作用不同,而且存在一定的生态阈值,对于商业、交通道路和住宅等高密度城市不透水地表功能区,其城市绿化工程对于提升植被潜热耗散效率更加有效,导致单位植被盖度的降温效果更为显著.同时也表明,EcoCity模型为城市地表结构特征和地表热通量之间耦合作用机制的理解和时空特征分析提供了有效的支撑,而且对于特定规模城市热岛缓减以及不同功能区绿化控制指标和阈值的界定,提供了普适性通用的计算模型系统,从而科学有效的服务于城市生态规划与管理.     

全球植被叶面积指数对温度和降水的响应研究

利用一套新的遥感信息反演的叶面积指数(LAI)数据和生物气候数据,建立了全球尺度的LAI与降水及温度的总体相关和距平相关,用以揭示全球尺度的植被季节和年际的变化对气候变化的响应特征.结果发现,全球尺度植被与气候因子的季节和年际变化随不同的生态系统差异明显.植被LAI与温度的总体正相关的最大值出现在北半球的中高纬度地区;LAI与降水的总体正相关高值(＞0.8)出现在亚洲东部、北美洲北部腹地和热带非洲北部的Sahel地区;最大的LAI与温度的正距平相关(0.4-0.6)出现在东南亚南部、非洲Sahel地区的南部和巴西东部等热带地区;而从LAI与降水的距平相关来看,最明显的特征是出现在西伯利亚、亚洲北部和北美西北部的强的负距平相关.本文进一步阐明了出现相关特征差异的陆-气过程物理机制.     

近40年洞庭湖区内湖水面面积变化及其驱动因素

选择1979-2016年间多时期、多类型、多光谱遥感数据,分析评价洞庭湖区内湖近40年的面积变化.结果表明,最近40年洞庭湖区内湖面积保持相对稳定,丰水期间呈上升趋势,枯水期间波动下降,2016年内湖总面积比1980s初减少3.94%.随着湖泊面积增加,湖泊水面面积变化的比例和幅度逐渐减小,大型湖泊（>10 km²）和中型湖泊（5~10 km²）面积相对稳定,小型内湖（<5 km²）面积变化尤为剧烈.内湖水面面积主要受降雨、蒸发等气候因素和生产生活取水、防洪排涝和退田还湖等人为活动调控.1980-2000年和2001-2015年两个时期,洞庭湖区多年平均降雨量呈现不同程度的下降趋势,多年平均蒸发量明显上升.三峡工程运行后,三口分流衰减,但水资源需求量不断增长,退田还湖和留蓄雨洪作为水资源使得丰水期间内湖水面面积增长,气候变化和水资源开发利用导致枯水期水面面积趋于减少.有必要加强洞庭湖区内湖的研究和保护,适当退田还湖提高湖泊率,优化三口水系格局,实施河湖水系连通工程,缓解洞庭湖区季节性水资源紧张问题.