基于多源数据融合方法的中国1 km土地覆盖分类制图

精确的全球及区域土地覆盖数据是陆地表层过程研究的重要基础。在集成研究兴起和多种数据并存的背景下,利用多源信息融合技术进行大尺度土地覆盖制图具有重要的现实意义。证据理论清楚地表达了由于不确定和不完全信息所带来的对命题认识的“无知”,能够确定相应的假设在目前的认知与知识状态下的确定、不确定和“无知”程度,是多源数据决策融合的重要方法。基于证据理论,将2000年中国1∶10万土地利用数据、中国植被图集（1∶100万）的植被型分类、中国1∶10万冰川图、中国1∶[KG-*2]100万沼泽湿地图和MODIS 2001年土地覆盖产品（MOD12Q1）进行了融合,最终基于最大信任度原则进行决策,产生了新的、IGBP分类系统的2000年中国土地覆盖数据。新的土地覆盖数据在保持了中国土地利用数据的总体精度的同时,补充了中国植被图中对植被类型及植被季相的信息,更新了中国湿地图,增加了中国冰川图最新信息,使分类系统更加通用。     

四种常用的全球1km土地覆盖数据中国区域的精度评价

精确的全球及区域土地覆盖数据是陆地表层过程研究的重要基础.对数据质量的了解与数据本身同等重要,定量的数据精度评估不仅是对数据本身包含信息的丰富,而且对有助于发现问题,从而促进土地覆盖制图方法的发展.基于一个新的分类系统(森林、灌木草地、农田、裸地、城市、湿地和水体),以中国1∶10万土地利用数据为参考数据,从类型面积一致性、空间一致性两方面对4种全球土地覆盖数据集在中国区域的分类精度进行了评价,包括美国地质调查局为国际地圈-生物圈计划的全球土地覆盖数据集(IGBPDISCover);美国马里兰大学的全球土地覆盖数据集(UMd);欧盟联合研究中心(JRC)空间应用研究所(SAI)的2000年全球土地覆盖数据产品(GLC2000);MODIS 2000年的土地覆盖数据产品(MOD12Q1).并对4种土地覆盖产品误差的空间和类型分布进行了分析.结果表明:在4种土地覆盖分类产品中,GLC2000和MODIS土地覆盖数据有更高的整体分类精度,IGBP数据的整体分类精度次之,但是3种数据在局部都存在明显的分类错误;UMd的分类精度整体最低.通过对4种数据分类精度的空间和类型分布规律的分析,认为4种数据都不能很好的满足陆地表层过程模拟的需要.建议发展土地覆盖类型决策融合方法,将现存多源土地覆盖分类信息融合起来,制备更高精度的中国土地覆盖分类图.     

新疆车尔臣河流域水域的宏观变化及其影响和驱动因素

利用植被指数和水体指数作为判断参数决策树,在FAO/UNEP土地覆被分类系统(LCCS)的三级分类基础上建立了以固态/液态水域为主的土地分类系统,从1990年、2000年和2010年的Landsat影像中提取整个车尔臣河流域土地覆被信息并分析了土地覆被变化.结果表明:车尔臣河流域水域在2000-2010年变化速度高于1990-2000年,其中,湖泊面积及数量增加较为突出.各种水域中,冰川及多年积雪面积迅速减少,2010年海拔5 000 m以下冰川积雪在流域内所有冰川积雪中所占比例由1990年的38.8%减少到5.4%;有水河道面积及数量在缓慢减少;湖泊面积和数量大幅增加,2010年湖泊面积比1990年多5倍,而且新增的湖泊均在平原区.在气候以及水域变化的影响下,流域内自然植被覆盖地在山区和平原区都在持续增加,而荒漠在减少,山地自然植被覆盖地增加速度高于平原区.在流域尺度上,人文因素对土地覆被变化的影响低于自然因素.     

中国高精度土地覆盖数据在RegCM4/CLM模式中的引入及其对区域气候模拟影响的分析

基于中国1:100万植被图和1:600万植被区划图, 按照通用陆面模式CLM植被功能型分类标准, 制作了可用于CLM及RegCM4区域气候模式的25 km×25 km分辨率的中国高精度土地覆盖数据(简称VEG数据). 相比CLM默认使用的土地覆盖数据(简称ORG数据), VEG数据不仅能提供更多的土地覆盖局地特征, 还纠正了ORG数据中裸地和农作物的比例偏高、 灌木的比例偏低等误差. 对比使用两套土地覆盖数据的RegCM4多年连续积分结果, 分析了不同土地覆盖分布对气温、 降水等的影响, 并从地表能量收支的角度给出影响机理解释. 结果显示: VEG数据的使用, 使得模式对冬季气温和降水的模拟能力有一定提高, 模式在南部区域偏干偏冷的系统误差有所减弱; 采用VEG数据后, 由于粗糙度、 反照率等下垫面参数的改变及云量的变化, 使得地表能量收支发生显著调整. 青藏高原地区的气温变化与湍流通量和长波辐射的变化有密切的联系, 主要源自粗糙度引起的湍流通量增加、 以及云量引起的向下净长波辐射增加. 而在中国中部和南部, 短波辐射变化更为明显, 它与地表反照率的变化相一致. 基于所制作的土地覆盖数据, 可广泛应用于CLM模式在中国区域的应用之中.     

基于时序MODIS NDVI的黑河流域土地覆盖分类研究

归一化植被指数(NDVI)是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子,其时序数据也已成为基于生物气候特征开展大区域植被和土地覆盖分类的基本手段。基于时序NDVI数据的土地覆盖分类,即通过提取NDVI时间信号所包含的植被生物学参数,构建起一个包含植被生物学信息的分类特征空间。利用2006年重建得到的MODIS NDVI 16天合成时间序列数据,并结合1 km分辨率的DEM数据、野外实地调查资料等辅助数据,综合分析了不同土地覆盖类型对应的时序NDVI谱线及其第一、二谐波的特征阈值,建立决策树对黑河流域的土地覆盖开展分类研究。结果表明,基于时序MODIS NDVI谱线特征的决策树分类精度为78%,Kappa系数为0.74。利用1 km时序MODIS NDVI时间序列获得较为准确的黑河流域土地覆盖类型是可行的。     

覆盖区智能地质填图的探索与实践 ——以森林沼泽区为例

截至目前,中国已经完成的1:5万区域地质填图工作主要分布于基岩裸露地区,很少涉及覆盖区.为了满足和适应新时代国家经济建设对地质调查工作的需求,未来中国地质填图工作必须向覆盖区推进.所以,利用机器学习与数据挖掘技术,按照地质填图的要求对海量多源异构地质数据融合与综合分析,是实现覆盖区智能化地质填图的关键环节.以浅覆盖森林...     

基于3S技术的西部石羊河流域土地利用/土地覆盖变化研究

在3S技术支持下,通过利用土地利用/土地覆盖信息分析参数对20世纪90年代中期和21世纪初两个时期石羊河流域土地利用变化进行的定量分析结果表明:7年间,土地利用类型发生变化比较大的地区是石羊河流域的东部和北部.整个流域湿地、冰川、耕地、裸露地、草地、盐碱地等都发生了变化.研究实践表明,利用3S技术进行国土资源调查,建立国土资源环境数据平台,每5~10年进行一次数据更新,可以很好地反映土地利用/土地覆盖的变化情况,从而为更好地研究土地利用、土地覆盖变化规律,为政府的宏观决策提供依据.     

21世纪前十年的中国土地覆盖变化

土地覆盖变化是陆地生态系统变化的重要组成部分与驱动因素。在全球变化、生态环境建设、经济高速发展等因素的影响下,21世纪前十年中国土地覆盖发生了显著变化,对此变化的监测和分析不但能支持中国碳源/汇的评估和碳收支估算,还可为生态环境变化评估提供基础数据。本研究在面向对象(object-based)的分类技术支持下,利用Landsat TM/ETM数据和HJ-1卫星数据,结合大量外业调查数据生产了30m分辨率的2000年、2010年中国土地覆盖数据(ChinaCover);采用像元二分法生产了植被覆盖度数据。利用这两个数据集对中国土地覆盖10年的变化特点进行了分析。结果表明,人工表面和林地呈增加趋势,而耕地、湿地和草地面积呈减少的趋势;人工表面的快速增加和耕地面积的大规模减少是这一时期中国土地覆盖变化的最主要特点;土地覆盖类型转换中,耕地转换为人工表面的区域主要集中在我国中东部地区,耕地转换为林地和草地的区域主要分布在退耕还林还草的重点区域,耕地的扩张主要来自三江平原和新疆绿洲的农业开发。以植被覆盖度为评估指标显示森林、灌丛和草地质量总体呈上升趋势,但在汶川地震重灾区、横断山以及武夷山等局部地区的森林质量呈退化趋势;塔里木盆地周围、青藏高原东部、太行山、吕梁山等地区的灌丛植被覆盖度有所下降;内蒙古中部、青藏高原西南部、新疆天山南部、呼伦贝尔等地区的草地出现退化现象。     

森林-沼泽浅覆盖区地质填图方法试验 ——以黑龙江1:5万望峰公社幅为例

以往覆盖区区域地质调查受自然条件制约,地质信息获取困难,极大地限制了覆盖区的基础地质研究和找矿工作,所以覆盖区地质填图技术亟需向多学科、多方法的融合方式转变,提升覆盖区地质填图信息承载量和多元化服务能力.选择黑龙江1:5万望峰公社幅开展森林-沼泽浅覆盖区填图方法探索.通过土壤、航磁、遥感多源数据反演解译,划分地球化学、...     

2000-2015年祁连山植被变化分析

植被变化对区域生态系统稳定和生态环境变化有着重要的影响。基于MOD13A3数据,建立了2000-2015年祁连山地区植被覆盖时空数据集,结合DEM和土地覆盖分类数据,分析了祁连山地区植被时空分布格局及变化特征,并利用同期气象数据探讨其对气候变化的响应。结果表明：祁连山植被呈东多西少的分布格局,其空间分布与降水空间分布一致;2000年以来祁连山地区灌丛和高寒稀疏草甸先增后减,山地森林草原和高寒草甸增加;整体上祁连山植被覆盖有转好趋势,这与区域暖湿化有关。     

The relations between land use and karst rocky desertification in a typical karst area,China

Karst rocky desertification (KRD) is one major type of desertification which is under irrational human impact on the vulnerable eco-geo-environment. In this study, Zhudong fengcong rocky desertification landscape was selected to investigate the land use types distribution law in different rock types and the KRD land in different land use types. KRD data was determined by user–computer interactive interpreting method from Aster images in 2004, according to the exposed ratio of rock, the coverage of vegetation and soil in 0.2 km² unit, integrating with land utilizing present situation map, hydrogeology map, relief map, vegetation map, soil distribution map, as well as the practical investigation and the population census datum in 2002. Results showed that the occurrence ratio of KRD land is different in land use types and rocky assemblages obviously; land cover has a strong impact upon KRD. The sloping cropland distributed in homogenous limestone has a higher occurrence ratio of light KRD, secondly, is in the limestone interbedded with clastic rock. Light KRD land was dominated by shrubland, and sloping cropland accounts for 11.67% of it, moderate KRD land was dominated by moderate coverage grass slopes, strong and extremely strong KRD was dominated by rocky dry land which is difficult to use.     

Risk assessment of water soil erosion in upper basin of Miyun Reservoir,Beijing, China

This research selected water soil erosion indicators (land cover, vegetation cover, slope) to assess the risk of soil erosion, ARCMAP GIS ver.9.0 environments and ERDAS ver.9.0 were used to manage and process satellite images and thematic tabular data. Landsat TM images in 2003 were used to produce land/cover maps of the study area based on visual interpreting method and derived vegetation cover maps, and the relief map at the scale of 1:50,000 to calculate the slope gradient maps. The area of water soil erosion was classified into six grades by an integration of slope gradients, land cover types, and vegetation cover fraction. All the data were integrated into a cross-tabular format to carry out the grid-based analysis of soil erosion risk. Results showed that the upper basin of Miyun Reservoir, in general, is exposed to a moderate risk of soil erosion, there is 715,848 ha of land suffered from water soil erosion in 2003, occupied 46.62% of total area, and most of the soil erosion area is on the slight and moderate risk, occupied 45.60 and 47.58% of soil erosion area, respectively.     

应用集成的遥感识别技术进行土地利用变化分析

以厦门市为研究区域,以1988-1998年为时间跨度,利用Landsat5TM遥感数据开展土地覆盖变化识别中多种遥感数据处理方法的集成应用研究。以后分类比较法的结果为基础,运用改进的差值法定义的"变化"目标进行修正,将两种方法有机集成综合地确定土地覆盖变化。根据变化前与变化后覆盖不同但土地利用方式相同或类似的原则进行合并处理,最后得到厦门市10年间土地利用结构变化各种成因类型及其数量。结果表明,10年间厦门市因城市化引起的土地覆盖变化为590．83km²,变化强度为31.14％,引起厦门市土地利用结构发生变化主要有 8种成因机制类型,面积达351.99km²,变化强度为18.55％。     

Sub-pixel Mapping of Coarse Satellite Remote Sensing Images with Stochastic Simulations from Training Images

Super-resolution or sub-pixel mapping is the process of providing fine scale land cover maps from coarse-scale satellite sensor information. Such a procedure calls for a prior model depicting the spatial structures of the land cover types. When available, an analog of the underlying scene (a training image) may be used for such a model. The single normal equation simulation algorithm (SNESIM) allows extracting the relevant pattern information from the training image and uses that information to downscale the coarse fraction data into a simulated fine scale land cover scene. Two non-exclusive approaches are considered to use training images for super-resolution mapping. The first one downscales the coarse fractions into fine-scale pre-posterior probabilities which is then merged with a probability lifted from the training image. The second approach pre-classifies the fine scale patterns of the training image into a few partition classes based on their coarse fractions. All patterns within a partition class are recorded by a search tree; there is one tree per partition class. At each fine scale pixel along the simulation path, the coarse fraction data is retrieved first and used to select the appropriate search tree. That search tree contains the patterns relevant to that coarse fraction data. To ensure exact reproduction of the coarse fractions, a servo-system keeps track of the number of simulated classes inside each coarse fraction. Being an under-determined stochastic inverse problem, one can generate several super resolution maps and explore the space of uncertainty for the fine scale land cover. The proposed SNESIM sub-pixel resolution mapping algorithms allow to: (i) exactly reproduce the coarse fraction, (ii) inject the structural model carried by the training image, and (iii) condition to any available fine scale ground observations. Two case studies are provided to illustrate the proposed methodology using Landsat TM data from southeast China.     

A modified DRASTIC model for Siting Confined Animal Feeding Operations in Williams County,Ohio, USA

Three of DRASTIC’s parameters (Depth to Water, Soil Media, and Topography) were modified and another parameter was added (land use/land cover) to the model to determine the potential impact on groundwater from Confined Animal Feeding Operations (CAFO) manure lagoon settings and manure application as fertilizer. Williams County is a mostly agricultural county located in northwest Ohio, USA. It currently has three CAFOs, all dairy, with the possibility of the construction of a multi-million chicken egg CAFO in the near future. A Geographic Information System (GIS) was utilized to modify the Ohio Department of Natural Resources (ODNR) DRASTIC map for the county to fully assess the county-wide pollution potential of CAFOs. The CAFO DRASTIC map indicates that almost half of Williams County has elevated groundwater pollution potential. The rest of the county, primarily the southeast corner, has lower CAFO groundwater pollution potential. Future CAFO development within the county should focus on the southeastern portion of the county where the groundwater table is deeper, and the aquifer is composed of shale substrate with low hydraulic conductivity. The CAFO DRASTIC results are intended to be used as a screening tool and are not to replace site-specific hydrogeologic investigations.     

基于遥感数据的全球及区域土地覆盖制图--现状、战略和趋势

土地利用／土地覆盖变化研究是近年来全球变化研究的焦点之一。全球和区域尺度的土地覆盖特征对全球环境状况的评估、模拟未来全球环境的情景有重要的作用。2000年在Internat ionalJournalofRemoteSensing杂志上出版了题为"GlobalandRegionalLandCoverCharacterizat ion from Remotely Sensed Data"的专辑。在此基础上,介绍、总结了国际上利用遥感影像进行全球和区域等大尺度土地覆盖研究的新进展。分别从数据源与制图的时空尺度、制图方法（数据预处理、分类、精度评估）等方面进行了介绍,并对现今的两个全球土地覆盖数据库进行了比较分析。     

陆面过程中植被的描述及其卫星遥感反演——从定性描述向定量描述的发展

植被在陆面参数化方案（Land Surface Parameterizations, LSPs）中的描述经历着从定性描述向定量描述发展的过程。这一方面是由于陆面过程研究的深入,另一方面则得益于地表植被信息获取方式的进步,尤其是卫星遥感技术的发展。对三代LSPs中的植被描述做了简要概述,并介绍了卫星遥感在植被参数反演上的发展和应用情况。其中包括：①定性描述,主要指地表覆盖类型的描述方式;②部分参数定量描述,指SiB2等模式中对LAI等时空变化较大的少数参数由卫星资料直接反演的赋值方式;③植被特征连续分布（VCF）定量描述,一种完全定量的描述方式。     

Wetland conservation: Change and fragmentation in Trinidad’s protected areas

Conservation efforts often neglect the importance of monitoring of protected areas, which is key to adaptively managing dynamic landscapes. In many developing countries, like Trinidad, protected areas are set aside as a result of an agreement with an international conservation organization, often resulting in inadequate planning and monitoring of the protected area. Monitoring of protected areas allows for an examination of the conservation scheme implemented and enables improved conservation decisions to be made. The research presented provides an example of the use of technology in monitoring conservation strategies in two protected wetlands, Caroni and Nariva, in Trinidad. Remote sensing and fragmentation analyses are used to quantify land cover change within these two protected wetlands. Results show that the classification of Caroni immediately identifies a shift towards anthropogenic land cover types, suggesting an increase in human activity within the park. This finding is further supported by the continuous measures used, such as decreases in mean NDVI and greenness values suggesting a decrease in the amount or health of the vegetation. While the classification of Nariva suggests a return to natural land covers, the continuous measures of land cover change indicate the opposite. Land cover change analyses are limited in Trinidad and in the Caribbean in general, partly due to satellite data availability, thus this research presents remote sensing and landscape fragmentation analyses as new tools for monitoring land cover change and conservation effectiveness in Trinidad.