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。     

西藏自治区那曲地区湖泊提取及面积动态变化

湖泊是一种重要的水体，其分布、组成与功能很大程度上决定了该区域水环境质量，因此对它进行合理地开发和利用尤为关键。本文以西藏自治区那曲市为例，选取2000—2020年Landsat TM/OLI影像和中国气象台资料网络的气候信息年数据；采用NDWI、AWEI、监督分类最大似然法和面向对象等方法提取那曲市湖泊水体，计算湖泊面积。研究结果表明：(1)通过对4种方法的对比分析得出，监督分类法是最适合本文湖泊提取的方法。(2)在研究的84个湖泊中，研究时间段内湖泊面积增加了3 019.495 km²,其中面积增大的有74个，面积持续减少的共有10个，主要集中在申扎县、班戈县、色尼区和安多县，面积共减少了70.962 km²,其余湖泊未见明显变化。(3)气温变化、降水量、蒸发量三者共同作用影响湖泊面积的变化，研究表明，年降水量、蒸发量是造成湖泊面积变化的主要因素。     

基于水体指数的密云水库面积提取及变化监测

密云水库作为北京市惟一的地表饮用水源地,监测其水面的变化可服务于政府的管理和决策。本文在分析地物光谱特征的基础上,利用TM影像的短波红外波段(TM5)和红光波段(TM3),构造了修订型归一化水体指数(RNDWI)来提取水库水面。RNDWI法能够削弱混合像元因素和山体阴影的影响,精确地提取出水陆边界,甚至可以提取出狭窄条状水体。比较RNDWI、改进归一化差异水体指数(MNDWI)及单波段法的水库水面面积提取精度,发现单波段法精度低,MNDWI法精度高,而RNDWI法精度最高。并基于RNDWI法利用TM影像监测了密云水库近二十年的水面面积动态变化,1996年时面积最大(152.306km2),近十年水库面积逐渐减少,2004年面积最小(56.632km2)。     

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。     

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。     

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...     

遥感技术支持下的下龙湾西岸养殖塘变化监测及其对“三生用地”影响分析

下龙湾西岸是越南北部沿海的养殖大区,随着水产养殖用地规模的逐渐扩大,周边三生用地（生产用地、生活用地、生态用地）空间格局受到影响。本文以下龙湾西岸的5个沿海地区为研究区,利用1990、2000、2010、2015年4期无云Landsat TM/OLI遥感数据,采用分类回归树方法,对1990—2015年的土地利用变化进行监测。通过土地利用净变化量、土地利用动态度模型、相关性分析等方法,定量分析养殖塘时空格局演变特征及对三生用地的影响。结果表明：①25年间,养殖塘面积呈“单峰”式先增后减变化,净增加66.65 km²,2000年面积为156.65 km²,较1990年面积增长113%,2015年较2000年面积减少11%。总体呈现数量上“北增南减”、速率上“东快西慢”的面积变化特征。②养殖塘转入面积中,生产用地对养殖塘转移面积占31%,生活用地占4%,生态用地占65%。空间格局整体以白藤江及陆地中轴为界线,呈南北分区、东西分界的转入转出规律。③养殖塘占用生活用地7.24 km²,二者呈正相关关系,R²为0.46;养殖塘分别占用生产用地和生态用地55.14、115.14 km²,并与两者成负相关关系,R²分别为-0.96和-0.81。由此可知,利用遥感技术监测养殖塘时空变迁对土地资源的规划配置与可持续发展具有重意义。     

近20年鄂西地区植被覆盖度时空变化特征分析

基于2000—2020年的MOD13Q1 NDVI遥感数据,使用像元二分模型计算湖北省西部山体区域的植被覆盖度,并利用斜率模型、马尔可夫转移矩阵模型和赫斯特指数综合分析了植被覆盖度的时空变化规律。结果表明,研究区的植被覆盖度总体呈上升趋势,平均植被覆盖度增加了0.025,轻微增长区域面积为44 359.26 km²,显著性增长面积为3 069.375 km²,不显著性变化的面积为39 862 km2。2000—2020年期间,时序植被覆盖度的赫斯特指数为0.63,表明研究区内植被覆盖度的增长趋势在未来是可持续的。本研究成果不仅可为城市生态环境评价提供科学依据,而且可为城市的生态建设和可持续发展提供决策支持。     

防城港-钦州的海岸线遥感监测与时空分析

海岸线是海陆动态的分界线。国内外对防城港-钦州海岸线的时空变迁研究甚少。基于Landsat系列卫星遥感数据,利用ENVI(environment visualizing images)、ArcMap平台,采用归一化水体指数半自动提取5期海岸线,定量、定性分析海岸线时空演变。研究发现:(1)1999-2018年海岸线增长了53.59 km;(2)2004-2009年因防城港和钦州港填海造陆海岸线剧增了59.954 km;(3)填海造陆时空变化最为明显,2004-2009年港口的填海面积增加3663 hm²;(4)1999-2004年典型海岸养殖区面积增长7021 hm²,之后面积保持平稳,年平均面积为9626 hm²;(5)在研究尺度下,典型的红树林生物区基本维持不变,年均大约1597 hm²;(6)砂质海岸和基岩海岸移动不明显。近20年间,海岸线的变迁因素主要为滩涂围垦、港口扩建、填海造陆。     

基于GEE平台的广西地表水时空特征分析

基于GEE平台分析1990—2020年广西主要地表水类型的时空变化特征,基于澄碧河、达开、青狮潭和洪潮江水库等实验区对常见的光谱水体指数（NDWI、MNDWI、AWEI、MBWI、WI2015和TCW）的实用性和稳定性进行分析,挑选适合于广西地区水体信息提取的最优指标,然后将其集成于GEE平台研究广西主要地表水类型的时空变化特征。研究表明AWEI水体指数阈值稳定,有很好的实用性,更适合于广西地区地表水信息提取和长时间序列的监测。1990—2020年各个大型水库地表水的面积变化都不尽相同,面积变化较大,研究成果可为广西水资源动态管理提供科学、客观的基础数据。     

基于遥感数据水体指数的水体面积变化监测

以Landsat TM/OLI卫星影像作为数据源,采用水体指数提取方法,提取辽宁汤河水库水域面积信息,分析水域面积变化情况及驱动力因素。结果表明,近二十年汤河水库水域面积呈现“先增加后减少再增加”的变化趋势,水库最南端面积变化最突出;气象因素中的气温是影响水库面积变化的主导因素。     

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。     

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。     

青海省风蚀量及防风固沙量时空特征分析

针对青海省整体防风固沙时空变化和重要性评估研究相对较少的问题，该文采用修正风蚀模型，分析2000—2020年青海省土壤风蚀物质量、防风固沙量的时空变化特征及其影响因素，并对青海省防风固沙功能重要性进行评估。结果表明：(1)2000—2020年，青海省风蚀物质总量共减少1.822 746×10¹² kg,风蚀强度为剧烈区域面积下降，土壤风蚀状况逐步改善；(2)2000—2020年，青海省防风固沙量共增加1.653 44×10¹¹ kg,防风固沙能力逐渐提升，但区域差异较大；(3)青海省通过实施一系列生态工程，荒漠化、沙化土地面积减少，区域生态状况得到明显改善；(4)青海省防风固沙功能极重要区域主要分布在三江源国家级自然保护区、可可西里国家级自然保护区等地。     

基于GEE的石嘴山地区生态环境质量时空演变特征研究

以石嘴山市为研究对象，基于GEE平台选取30年的Landsat影像数据，提取绿度、湿度、干度、热度，并加入符合地区特点的盐碱度指标共同构建改进后的遥感生态指数(RSEI),采用长时间序列的趋势分析方法，对1991—2021年石嘴山地区的生态环境变化进行综合评价。1991—2021年研究区的RSEI指数与绿度、湿度呈正相关，与盐碱度、干度、热度呈负相关，生态环境质量呈现出“下降-快速上升-缓慢上升”的趋势。1991—2021年石嘴山市的生态环境质量呈明显改善趋势，生态环境质量显著上升区域面积为4 787.8km²,占比71.0%,显著下降区域面积为117.4 km²,占比1.7%。在1991—2021年，除主城区及周边地区生态环境质量下降以外，其余地区较之前都有明显上升，尤其是在沙湖以及黄河两侧。研究表明区域生态环境质量下降的主要原因是城市扩张，上升的主要原因是内陆湖以及土壤盐渍化改良工程对生态环境的积极改善作用。     

利用多时相遥感监测与分析黄河三角洲湿地变化动态

黄河三角洲湿地地区土地利用变化信息可为有关部门制定湿地保护和经济发展提供参考。本文选取2005、2009和2019年三时相黄河三角洲入海口周边,以及东营属地内黄河沿岸的Landsat 7 ETM＋遥感影像为数据源,采用监督分类方法研究土地利用类型,通过分析编码的变化判别黄河三角洲的土地利用转移情况,从而进行湿地变化动态分析。结果表明,研究区内2005—2009年湿地总面积减少了437 km²,呈减少趋势;2009—2019年湿地总体面积由2009年的930 km²变为2019年的998 km²,10年间研究区内湿地总体趋于稳定,并呈增长趋势;废弃三角洲海岸线发生缩减,黄河入海口位置发生变化。研究区内14年间土地利用类型转换频繁,湿地土地利用类型与非湿地土地利用类型形成动态转换系统。     

黄河流域森林覆盖时空变化及驱动因素分析

为探究1990—2020年黄河流域森林覆盖时空变化及其驱动因素，本文基于土地覆盖、自然因素及人类活动数据，使用转移矩阵、Theil-Sen Median和Manna-Kendall趋势分析、地理探测器进行了研究。结果表明：(1)黄河流域森林覆盖范围扩大，覆盖面积增加近2万km²;(2)1990—2020年，黄河流域168个县的森林覆盖率呈增长趋势，仅两个县的森林覆盖率减少；(3)基于地理探测器的结果表明，短波辐射对森林覆盖分布解释力最大，交互探测表明，降雨和高程的交互作用对森林覆盖分布解释力最强。本文可为黄河流域生态环境高质量发展提供科学参考。     

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。     

2000—2020年亚马孙流域地表覆盖时空变化分析

针对亚马孙流域地表覆盖变化对当地生态系统以及全球气候变化具有重要意义这一问题，该文基于国家基础地理信息中心牵头研制的、经一致性处理的全球30 m地表覆盖产品(GlobeLand30)三期地表覆盖数据产品，采用景观格局指数和转移矩阵，分析了2000—2020年亚马孙流域地表覆盖的空间格局分布以及时空变化，并对其变化原因做出分析。结果表明：2000—2020年亚马孙流域林地和湿地面积逐渐减少，耕地、草地和人造地表的面积逐渐增加，水体先减少后增加。亚马孙流域2000—2010年和2010—2020年的地表覆盖类型转变方向基本保持一致；人造地表在地表覆盖类别中破碎现象最为显著，但其破碎化指数持续降低。亚马孙流域地表覆盖的变化主要受人类活动的影响，其中城市扩张和人口增加是林地减少的最主要因素。相关研究成果可为亚马孙流域未来的社会经济发展和生态系统保护提供重要支撑。