基于Google Earth Engine的干旱区水资源承载现状精准核算 ——以新疆生产建设兵团为例

近年来,水资源利用超载导致新疆生产建设兵团(下称"兵团")生产生态问题频发,科学精准评估水资源承载现状能够为兵团社会经济发展和生态环境治理提供重要参考.兵团社会经济用水中绝大部分为灌溉用水,因此耕地面积数据精度显著影响水资源承载现状评价结果,然而现实中耕地面积统计数据存在一定偏差,增加了水资源承载现状评估的不确定性.基...     

基于Google Earth Engine和作物模型快速评估低温冷害对大豆生产的影响

作为中国商品粮的主要生产基地,东北地区频发的低温冷害给中国粮食安全带来了严重的影响,及时、准确和大范围评估低温冷害灾损是降低损失、快速恢复生产的重要前提。本文以鄂伦春为例,提出了一种快速评估低温冷害对大豆生产影响的新方法。首先诊断出该地区典型冷害事件发生的年份为1989年、1995年、2003年、2009年和2018年;然后基于本地化后CROPGRO-Soybean模型设置512组低温冷害和田间管理组合模拟情景;其次构建了1600组包括3个变量（有效积温距平值（CDD）、模拟的叶面积植被指数（LAI）和产量）的冷害脆弱性模型;最后依托Google Earth Engine（GEE）平台逐像元提取大豆关键生育期早晚窗口内最大的宽动态植被指数（WDRVI）及对应的日期（DOY）,将WDRVI转化为大豆种植格点的实际LAI,结合构建的冷害脆弱性模型逐像元计算出产量和减产率。主要发现如下：① 校准后的CROPGRO-Soybean模型能较为准确地模拟不同冷害情景下的大豆生长发育过程;② 大豆遭受全生育期的降温情景（1~3 ℃）的减产幅度比局部降温情景（4个生育期随机生成连续5日温度为0 ℃）的减产幅度大;③ 历史冷害年1989年、1995年、2003年、2009年平均减产率约为9.6%、29.8%、50.5%和15.7%,与实际6.4%、39.2%、47.7%和13.2%的减产率相比,冷害灾损评估结果具有较好的精度且误差均在一倍方差以内;④ 运用该方法评估2018年冷害田间尺度的产量损失,并利用Sentinel-2A影像进行10 m高精度制图。结果显示,该方法能够快速、准确地评估不同尺度的低温冷害灾损情况,为作物估产以及农作物灾害损失评估的业务化运行提供了新的思路。     

1990—2020年缅甸红树林时空演变特征遥感分析

缅甸红树林长时序时空演变特征分析对于有效管理和保护红树林资源具有重要意义。利用全球红树林数据集与潮间带数据生成红树林潜在分布区,基于Landsat系列卫星数据结合多种红树林指数,构建了基于多指数的概率阈值分类方法,提取1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年及2020年的缅甸红树林空间分布,分析了缅甸红树林时空演化特征。结果表明：1）集成多指数概率阈值方法红树林分布提取效率及精度高,可有效提取红树林信息。2)1990—2020年,缅甸红树林面积呈先减少后增加的趋势,30年来有超过30%的红树林消失,其中,伊洛瓦底省红树林面积变化最为剧烈。3)1990—2020年,从空间形态演变情况来看,缅甸红树林分割度指数呈波动上升趋势,红树林破碎程度不断上升。缅甸红树林时空演变特征分析为保护缅甸红树林生态系统提供基础信息,也为其他地区红树林演变分析提供技术参考。     

广东雾霾天气能见度时空特征分析——年际年代际变化

利用1980-2003年广东省22个地面气象观测站24 a的气象观测资料,采用经验正交函数分解(EOF)和连续功率谱分析方法,分析广东省雾霾天气下能见度的时空分布特征.结果发现,广东地区雾霾天气能见度的年际年代际变化主要表现在EOF的前2个主模态,方差贡献分别占17.4%和11.8%.其中第1主模态的空间场与广东省自然地理区划基本对应,其时间序列反映的主要是雾霾天气下能见度的年代际变化.在1992年前后由正向负的逐渐减小可能与上世纪90年代以后广东地区经济活动的明显增强有关;第2主模态的空间场反映出广东地区能见度时空变化一致性的特点,其时间序列具有显著的准2 a、4 a和8 a振荡周期,所反映的主要是雾霾天气能见度的年际变化,可能与大尺度季风区对ENSO年际变化信号的响应有关.     

广东省沿海城市人工水产养殖基地变化 ——基于2015—2019年Sentinel-1数据的实证研究

基于Google Earth Engine云计算平台以及哨兵1号雷达遥感影像等数据,对广东省14个沿海城市2015—2019年规则的陆上人工水产养殖基地进行面向对象方法提取,并对其空间分布变化趋势、高密度分布区域进行定量分析,对该类规则的水产养殖用地面积与各个城市经济发展之间的关系进行分析.对规则人工水产养殖基地的分类...     

西藏地温的年际和年代际变化

利用1971-2005 年西藏10 个站的0.8 m、1.6 m 和3.2 m 逐月平均地温资料,采用气候倾向率等现代统计诊断方法,研究了近35 年西藏年、季平均地温的变化趋势、气候突变和异 常年份。结果表明：0.8 m 年平均地温在西藏东部的林芝、昌都呈现为下降趋势,其他各站以0.19~0.81 ^oC/10a 的速率升高;有5 个站的1.6 m 年平均地温呈显著的升高趋势,升温率为 0.20~0.60 ^oC/10a;3.2 m 年平均地温6 个站均表现为升高趋势,为0.13~0.52 ^oC/10a,以拉萨升温率最大。在0.8 m 处,① 大部分站点季平均地温呈明显的上升趋势,其中西藏西部、南 部以夏季升幅最大,特别是狮泉河达1.61 ^oC/10a;北部以冬季增温最突出。东部地区四分之三的季平均地温呈降温趋势。② 大部分站点年平均地温呈逐年代升高趋势,而昌都表现为逐年代降低趋势。③ 狮泉河春、夏季平均地温分别在1996 年和1983 年发生了气候突变;拉萨和日喀则年、季平均地温发生的气候突变是从一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期,前者 出现在20 世纪80 年代,后者发生在20 世纪90 年代初;而林芝1993 年夏、秋季出现的气候 突变是从一个相对偏暖期跃变为一个相对偏冷期。④ 西藏西部年、季平均地温以异常偏高年份居多,且发生在20 世纪末至21 世纪前5 年;南部年、季平均地温均为异常偏高年份,主要出现在20 世纪90 年代中后期;北部年、季平均地温异常偏高年均出现在21 世纪前5 年, 异常偏低年份以20 世纪80 年代居多;东部年平均地温以异常偏低年为主。青藏铁路沿线西藏境内测站最大冻土深度以-4.5~-25.4 cm/10a 的速率呈显著减小趋势,安多减幅最大     

2000～2006年广东省农田生物质能时空变化遥感分析

农田生物质能的数量、空间分布格局以及年际变化研究对于生物质能集约利用的规划、选址以及后续的原料供需预测尤为重要.本文基于EOS/MODIS卫星2000～2006年的MOD17A3数据集,在栅格尺度下,利用农田净初级生产力对广东省农田生物质能数量进行估算,分析其空间分异特征,应用邻域统计分析提取了生物质能分布优势带.并利用趋势线分析方法对其时间动态和年际稳定性进行研究.结果表明,广东省在2000～2006年间农田生物质能总量呈下降趋势,主要因为农田面积在不断减少.从另一方面看,农田生物质能单位平均能值总体呈略微上升趋势.其中2000～2002年均值呈明显的下降趋势,2002～2004年呈现迅速增加趋势,2004年后又呈现回落特征.单位平均能值最大的年份是2004年,为5775.10KJ/(m2·a);最小为2002年,为4697.87 KJ/(m2·a).区域单位能值的增长为农田生物能源的利用提供物质基础.研究结果能为区域农田生物能源利用提供数据支持和决策依据.     

基于多源遥感的广东镇海湾红树林演变分析

利用4 期多源遥感数据（包括1970 年的美国间谍卫星DISP KH-9 数据、1999 年的SPOT-2 全色数据、2007 年的ALOS 多光谱数据和2015 年国产的资源三号数据）,结合红树林湿地资源的空间分布特征及先验知识,基于面向对象的多尺度分割提取红树林植被斑块,采用目视解译获取多时相红树林空间分布精确信息。结果表明：1970、1999、2007 和2015 年镇海湾红树林有林地面积分别为931.4、615.3、678.5 和783.7 hm²,红树林面积呈现出先减少后增加的趋势。1970―1999 年,该区域以原生红树林被破坏为主,仅有5.7%的原生林被保存下来。1999―2015 年,红树林的人为破坏与人工修复现象并存,但总体上破坏程度有所降低;其中1999―2007、2007―2015年间红树林面积分别增加了63.2 和105.2 hm²。养殖塘侵占和人工恢复种植的综合影响,以及海岸线周边人为活动变化是驱动红树林有林地时空变化的主要因子。最后,提出了一系列有针对性的红树林保护与发展的措施,为合理地开发和更好地保护红树林资源提供决策支持。     

青海地区冬季气温年际变化及其成因分析

利用青海地区38个台站(1961~2010年)和Ncep再分析资料,分析了青海地区冬季气温年际变化特征及其形成机制。结果表明:青海地区冬季气温主要呈现出南北一致型和东西反相两种分布型。低温年时,中高纬呈"+-+"波列,垂直方向呈准正压结构。WP与第一模态时间系数的相关最显著,其次是EU和PNA。冬季北大西洋南部地区海温通过激发欧亚波列影响欧亚大气环流;西风漂流区和黑潮区海温均对东亚冬季风有负反馈作用。在中部型El-Ni?o事件期间,青海地区易受偏西、偏北强冷气流影响,青海地区气温偏低。     

东山湖水体无机氮年际变化及其来源分析

总结了城市湖泊总无机N及各无机氮素的年际变化和不同水期的年际变化，结果表明：总无机N年际变化呈波浪式；不同水期中，总无机N与NH4^＋-N以枯水期为最丰，而NO3^--N及NO2^-N则以平水期为相对最丰。同时分析了水体无机氮素的来源，结果显示汛期水流中营养物的滞留及底泥含氮成分的释放是湖泊水体无机氮素的主要来源，并计算了滞留系数及内源性负荷，分别为0．507、10．3％。此外，拟合分析了水体无机氮素间的关系，总无机N与NH4^＋-N有明显正相关关系，相关系数达0．997。     

基于多类型无人机数据的红树林遥感分类对比

使用固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机获取广东珠海淇澳岛红树林保护区多类型无人机遥感影像,使用基于面向对象分类的K-最近邻与随机森林分类器对研究区影像进行红树林树种精细分类和对比分析,并探讨了不同类型无人机平台在红树林资源调查应用中的优缺点。结果表明：1）固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机数据使用K-最近邻法的分类精度分别为：73.8%、72.8%和79.7%;使用随机森林法的分类精度分别为：81.1%、84.8%和89.3%。3种平台类型的无人机数据均适用于红树林精细分类研究,对于无人机红树林遥感数据,随机森林的分类方法优于K-最近邻方法。2）以拍摄面积与用时之比估算采集效率,固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机分别为0.036、0.013和0.003 km2/min。固定翼无人机的采集效率具有明显优势。3）固定翼无人机适合大范围红树林数据采集,要求较高;消费级旋翼无人机适于获取小范围精细数据,成本低且易学易用;专业级旋翼无人机适合搭载质量稍大的如成像光谱仪、LiDAR等专业传感器获取多源数据。最后给出了无人机在红树林遥感研究中的注意事项和建议。     

美国信息技术辅助地理实践案例分析与启示 ——以"基于Google Earth的咸海考察与评估"为例

现代信息技术Google Earth是开展地理实践活动的重要工具.本文通过分析美国地理教师所设计的基于Google Earth的地理实践案例,探讨其5E教学内涵,在教学模式、教学观念以及教学思路等方面为我国地理实践活动的开展提供相关启示.     

基于随机森林与特征选择的藏东南土地覆被分类方法及精度评价

由于云污染、实地验证点的匮乏,以及地形地貌的复杂、破碎化,多云山区土地覆被的准确分类较难实现。以藏东南这一典型的多云山区及生态过渡区为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)平台和野外实测数据,结合多光谱数据、雷达数据、高程数据、辅助数据,提取光谱特征、纹理特征、地形特征等信息,利用递归特征消除法对特征进行优化,并采用随机森林算法构建分类模型,以期有效利用多源遥感数据提高土地覆被分类精度。结果表明：(1)并非特征越多分类精度越高,特征选择后数量由58个减至38个,分类精度（总体精度93.96%,Kappa系数0.92）较未优化前（总体精度93.11%,Kappa系数0.92）略有提升。(2)地形特征及雷达特征对藏东南土地覆被分类具有重要作用,地形特征对多数土地覆被类型的分类精度具有影响,而雷达数据对裸地、建设用地、灌丛影响较大,分类过程中如不考虑地形及雷达特征,总体精度分别降至88.98%,92.48%。纹理特征以及时序特征仅对提高具有明显纹理以及时序变化的土地覆被类型的精度有帮助。结合随机森林和特征优化算法,能够在保证土地覆被分类精度的同时,高效整合多源数据信息,...     

基于RSEI的黄河上游流域生态环境质量变化分析

黄河上游流域作为黄河的水源地是中国重要的生态功能区,分析黄河上游流域的生态环境质量变化对于黄河流域的生态保护和经济高质量发展具有重要意义。本文基于Google Earth Engine平台,通过遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index,RSEI）对2000—2021年黄河上游流域的生态环境质量进行动态分析。结果表明：（1）黄河上游流域RSEI呈提升态势,并且具有阶段性的特点,2000—2005年为生态环境质量恶化阶段,2006—2021年为生态环境质量改善阶段。生态环境质量总体处于较差和中等水平,占区域总面积的64.78%。（2）不同河段生态环境质量存在显著的空间异质性,其中河源段的生态环境质量最好,冲积平原段的生态环境质量最差。（3）黄河上游流域生态环境质量空间集聚特征显著,高-高集聚区稳定分布于河源段附近,低-低集聚区分布在人类活动强度较大的峡谷段和冲积平原段。（4）绿度、湿度、热度和干度均对黄河上游地区生态环境质量产生显著影响,其中绿度为主导驱动因子,干度为次要驱动因子。植被覆盖度的增加、气候调节和人类活动对黄河上游流域生态环境改善有明显的促进...     

拉萨城市圈1994—2017年生态质量的时空动态监测及驱动力分析

拉萨城市圈是西藏自治区生态环境与城镇化作用突出的区域,近年来已经出现草场退化、土壤沙化等生态环境问题,对该区域生态质量状况的监测迫在眉睫,但目前又缺少对该区域精细尺度的生态质量状况研究。鉴于此,论文利用Google Earth Engine遥感大数据平台的并行计算优势,基于Landsat TM/ETM+卫星影像,通过遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)方法监测了拉萨城市圈1994—2017年生态质量的时空变化,深入分析了生态质量变化的气候驱动因子和土地利用转移因子,探索了气候综合驱动的时空分布特征及其变化。结果表明：(1)在1994—2017年期间,拉萨城市圈的生态质量良好,在空间上呈现自西南向东北逐渐降低趋势,生态质量整体有改善趋势,改善比重为45.98%;(2)热度是RSEI的内部主控因素,对RSEI产生负向影响,体现了气候变暖对研究区生态质量的抑制作用;(3)蒸汽压亏缺、气候水分亏缺是生态质量变化的主要气候驱动因子,草地向其他用地的转移是主要的土地利用驱动因子;(4)气候综合驱动在研究期间整体有减弱趋势,分布格局自西南向东北逐渐...     

东亚夏季风的年际变化及其对环流和降水的影响

Using NCEP/NCAR reanalysis geopotential height (GHT) and wind at 850 hPa, GHT at 500 hPa, precipitation rate, sea level pressure (SLP) and precipitation observations from more than 600 stations nationwide in June–August from 1951 to 2006, and focusing on the East Asia-West Pacific region (10°–80°N, 70°–180°E), interannual variation of East Asian summer monsoon (EASM) and its correlations with general circulation and precipitation patterns are studied by using statistical diagnostic methods such as 9-point high pass filtering, empirical orthogonal function (EOF) analysis, composite analysis and other statistical diagnosis, etc. It is concluded as follows: (1) EOF analysis of SLP in the East Asia-West Pacific region shows the existence of the zonal dipole oscillation mode (APD) between the Mongolia depression and the West Pacific high, and APD index can be used as an intensity index of EASM. (2) EOF analysis of GHT anomalies at 500 hPa in the East Asia-West Pacific region shows that the first EOF mode is characterized with an obvious meridional East Asian pattern (EAP), and EAP index can also be used as an EASM intensity index. (3) The composite analysis of high/low APD index years reveals the close correlation of APD index with EAP at 500 hPa (or 850 hPa). The study shows an obvious opposite correlation exists between APD index and EAP index with a correlation coefficient of −0.23, which passes the confidence test at 0.10 level. (4) Both APD and EAP indexes are closely correlated with precipitation during flood-prone season in China and precipitation rate over the East Asia-West Pacific region. The significant correlation area at 5% confidence level is mainly located from the southern area of the Yangtze River valley to the ocean around southern Japan, and the former is a positive correlation and the latter is a negative one. Foundation: Cooperative Project funded by the Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China, No.2007DFB20210; National Natural Science Foundation of China, No.90502003; JICA China-Japan Technical Cooperative Project “China-Japanese Cooperative Research Center on Meteorological Disasters”. Author: Yu Shuqiu, Associate Professor, specialized in climate and climate change.     

中国北方农牧交错带春季风速的年际变化与冬季海温的关系

利用中国北方农牧交错带1979—2016年64个气象台站的逐日风速资料、ERSST海温数据以及ERA-Interim再分析资料,探讨了前期冬季海温与北方农牧交错带春季风速年际变化的关系。研究表明,北方农牧交错带春季的风速存在强烈的逐年波动,年际方差占总方差的比例为36%。影响农牧交错带春季风速年际变化的前期冬季海温在北大西洋20°N~65°N区域呈现“负、正、负”的异常分布,在北太平洋10°N~55°N、130°W~180°区域呈现“负、正”的异常分布。冬季的海温异常与研究区春季风速年际变化联系的桥梁是北半球大尺度大气环流的异常。当北大西洋海温从高纬至低纬呈现“负、正、负”的异常分布时,从北大西洋至东亚位势高度呈明显的“正、负、正、负”的波列特征;当北太平洋海温从高纬至低纬呈现“负、正”的异常分布时,从北太平洋至东亚位势高度呈“负、正、负、正、负、正”的三波型分布。二者均能影响东亚地区春季大气环流的变化,导致东亚地区上空产生一个异常的气旋性环流,该气旋性环流在对流层中层与低层均存在,是造成研究区风速变化的直接原因。冬季海温与研究区春季风速的显著相关,说明冬季海温对农牧交错带春季风速的年际变化具有超前指示意义。利用北大西洋和北太平洋海温异常中心区的冬季海温作为预报因子,建立春季风速预报模型,可以解释风速年际变化的32%,回报交叉验证结果表明,海温与风速的时间滞后关系是显著和稳健的。     

东亚土地覆盖动态与季风气侯年际变化的关系

以东亚地区 １９８２～１９８９年时间序列降水资料及 ＡＶＨＲＲ ８ ｋｍ ＮＤＶＩ数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（５－９月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（ＳＶＤ）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。