遥感和GIS在冰湖溃决洪水中的应用研究

近年来随着全球气候变暖和冰川退缩,以及人类在高海拔地区活动的增多,冰湖溃决洪水灾害呈增加趋势。由于遥感和GIS技术的众多优势,使其在冰湖溃决洪水研究方面得到广泛应用。首先对冰湖溃决洪水及其研究做简单介绍,然后从冰川、冰湖空间数据获取,冰湖溃决评价指标获取,冰湖溃决洪水模拟和DEM的建立及应用4个方面对遥感和GIS在冰湖溃决洪水研究中的应用进行综述,最后指出,目前遥感和GIS在冰湖溃决洪水应用中的不足,为进一步研究和应用指明了方向。     

基于长时间序列Landsat影像的嘎龙错冰湖变化特征分析及溃决风险评估

冰湖溃决灾害是我国青藏高原地区最严重的自然灾害之一。作为聂拉木县最大的冰川终碛湖,嘎龙错冰湖溃决风险直接威胁着下游居民的生产生活。利用1991—2011年Landsat-5/TM、2012年Landsat-7/ETM+、2013—2017年Landsat-8/OLI近27年的遥感影像、降水量和气温资料对嘎龙错冰湖变化特征进行了研究,对其溃决风险作出评估。结果表明:嘎龙错冰湖明显扩张,面积呈现显著增长趋势,由1991年的2.209 4 km^2增长到2017年的5.465 7 km^2,增幅为147.38%;同时,发现聂拉木气象站年平均气温和年降水量在波动中上升,其中气温上升较为显著,气温和降水量的增加对冰湖扩张有重要影响,特别是气温上升导致的冰川融水增多是造成冰湖面积增加的重要原因。嘎龙错冰湖在遇到冰崩或者冰湖面积持续扩张情况下,湖水会瞬间大规模外泄,形成山洪、泥石流灾害,给下游造成严重的人员伤亡和财产损失。     

基于SAR影像的贡巴冰川末端冰湖年际变化监测及溃决规律分析

受全球气候变化的影响,近年来藏东南区域多数冰川退化加剧,冰湖的异动也更为频繁,冰湖溃决诱发洪水、涌浪、泥石流等山地灾害的风险激增。以多源时序合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像为数据源,从水体和非水体信号的强度差异出发,开展冰湖的分类方法研究,提出了一种基于时序SAR影像的强度标准化比值实施冰湖提取与动态监测的方法。为了验证方法的可行性,选取日本航天局的ALOS/PALSAR-1与欧空局的Sentinel-1A影像序列,针对位于贡巴冰川流域的典型实验区,在11 a的时间跨度上开展了冰湖动态提取和长时序变化分析。通过实验成功获取了贡巴冰川末端冰湖2007-2018年间的时空变化,进而发现近10 a间冰湖的体量呈高速增长的态势,这从侧面也印证了贡巴冰川消融加剧的现状。此外,2018年的新近监测结果表明,局部溃决涌道的扩张打破了冰湖固有的生存周期,甚至会诱发洪水和泥石流次生灾害的发生,有必要加强监测与防范。     

喜马拉雅山地区冰川湖溃决灾害隐患遥感调查及影响因素分析

喜马拉雅山地区的冰川湖(简称"冰湖")受形成条件和自然环境的影响,往往会发生溃决,造成洪水和泥石流灾害,严重威胁人类生产和生活、生存与发展,成为该地区一重大地质灾害隐患。采用Quick Bird和ETM等卫星遥感数据,结合野外考察,研究喜马拉雅山地区冰湖溃决灾害隐患后认为:1喜马拉雅山地区的冰湖在区域分布上具有由东南向西北逐步递减的趋势,冰湖分布最多的是山南、日喀则、林芝和阿里地区,分布密度最大的是山南地区的洛扎一带;2喜马拉雅山地区存在19个溃决灾害隐患的冰湖,均为冰川终碛湖,其中13个湖存在重大溃决灾害隐患,6个存在较大溃决灾害隐患;3引起冰川终碛湖溃决的激发因素较多,其中冰湖周围的冰崩、雪崩、基岩崩塌和滑坡入湖涌浪溃坝是最重要的原因。研究结果对西藏地区冰湖溃决灾害的预警与防治具有重要意义。     

基于遥感图像分析对金错冰川湖溃决泥石流事件的验证

突发冰川终碛湖(简称"冰湖")溃决泥石流/洪水是西藏高山冰湖分布区的一种山地灾害,极易给下游地区的居民及公路、桥梁、水利水电等基础设施带来毁灭性灾害。多年来,对冰湖溃决泥石流/洪水的研究受到了高度重视;但高山高寒和艰险的地形及交通条件,给冰湖溃决泥石流灾害的实地调查带来不便,大部分冰湖溃决缺乏实时的文献记载资料,而灾后访问资料经常会与实际情况有出入。遥感图像可真实记录冰湖溃决泥石流的形态、位置和发生时间等相关痕迹。因此,利用高空间分辨率Rapid Eye和多时相Landsat MSS,TM图像,对吕儒仁、程尊兰等学者报导的"1982年发生在定结县的冰湖溃决泥石流事件"进行了验证。通过对覆盖金错和印达普错的高分辨率遥感图像解译和灾害发生前后的遥感动态变化分析,认为有关文献记载的"金错冰湖溃决泥石流事件"实际上是印达普错溃决泥石流事件。野外调查发现金错的终碛垄较为完整,其下游部位没有发现大型U型溃口和冲沟,终碛垄下游也未见新泥石流堆积体。研究结果表明,对高分辨率、多时相遥感图像的解译能够有效地提高艰险地区地质灾害调查的准确性。     

基于NDWI-NDSI组合阈值法的布加岗日冰湖提取及其变化分析

自20世纪90年代以来,中国冰川在全球升温影响下处于全面加速退缩的态势。长时序的冰湖变化既能反映冰川演变过程,也可为冰湖灾害研究提供重要依据。本文提出一种基于NDWI-NDSI组合法提取冰湖的改进方法,有效增加了阈值分割法提取冰湖的适用范围,使冰湖的错分现象得到极大改善;并以1988年—2018年共16景Landsat影像为数据源,成功对布加岗日冰川的冰湖面积实施提取并对其做统计分析和时序研究。进而发现,该冰川出现冰湖数目增多（2个）、面积增大近一倍（从约2.7666 km2增加至约5.2308 km2）的现象,表明其在近30年间消融过快、退缩严重,并阐明温度变化为导致这一现象的主要因素,同时指出由冰川融水导致的部分冰湖诱发洪水、泥石流等次生灾害的可能性也极具增高。     

高亚洲地区冰湖遥感研究进展与展望

高亚洲是全球冰湖分布最为集中的地区之一,利用遥感技术开展该区域的冰湖研究对于全球变化分析与自然灾害评估具有重要意义.参考国内外大量研究文献与报告,全面回顾了高亚洲冰湖信息遥感提取数据源、信息提取方法的发展历程,并进一步围绕冰湖时空变化格局及其对全球变化的响应等方面,详细分析了目前国内外针对高亚洲冰湖相关研究的进展及主要...     

基于地形起伏度的冰湖溃决隐患研究——以希夏邦马峰东部为例

地形起伏度作为反映斜坡地质敏感性的重要指标,对评价冰湖溃决隐患具有重要意义.针对藏南希夏邦马峰东部冰湖集中区,基于国产高分卫星数据及ASTER GDEM V3数据,在1:5万比例尺下解译获取冰湖现状信息,优选均值变点法实现地形起伏度特征提取,在此基础上开展相关性分析,实现冰湖溃决隐患评价分级.结果表明:①在1:5万比例...     

近40年波密县积雪时空分布特征分析

基于1977—2017年的Landsat卫星数据,研究区域积雪季节变化特征以及积雪变化与气候特征之间的响应机制。对Lantsat数据采用面向对象法、雪盖指数法提取波密县流域的积雪像元,研究结果表明,近40年来波密县流域积雪面积在年际尺度上整体面积急剧下降,40年间积雪覆盖率由67%下降至18%,尤其是2007—2017这10年,波密县流域的积雪面积呈现明显下降的趋势。全球气候变暖可能是波密县流域积雪面积不断变小的主要原因。     

冰崩灾害的界定与类型划分——以青藏高原地区为例

青藏高原地区是我国冰崩发生最多的区域。20世纪以来,随着全球气候变暖,该区域多次发生冰崩事件,给当地居民带来了严重的生命财产损失。对该区域冰崩的深入调查和研究对于冰崩灾害的防灾减灾具有重要的实际意义。通过对冰崩灾害的致灾方式、运动过程和影响因素等进行分析和总结,结合高山峡谷地区冰崩灾害的典型特征,对冰崩灾害的定义进行了详细阐述,认为冰崩灾害不应仅包含冰川垮塌形成的直接灾害,还应包含由冰川垮塌引发的链式灾害。在此基础上,将冰崩灾害分为冰崩直接灾害、冰崩-冰湖溃决灾害和冰崩-堵溃链式灾害3种类型,以期建立具有普适性、实用性的分类标准,为青藏高原地区冰崩灾害的深入研究和防灾减灾救灾提供理论基础和科学依据。     

全球典型流域地表覆盖变化与净生态系统碳交换量时空相关性分析

随着社会经济的发展,流域管理目标已从早期的防洪、供水、航运等转变为注重资源利用和生态保护的综合管理,并在全球生态系统碳平衡中扮演着重要角色。作为量化生态系统固碳能力的重要指标,净生态系统碳交换量(NEE)在不同地表覆盖类型中的碳源/汇能力存在显著差异。探究全球典型流域地表覆盖类型与NEE的时空相关性对流域生态管理等具有重要意义。本文以全球30 m地表覆盖数据(GlobeLand30)和全球陆地净生态系统碳交换量数据为基础,分析2000—2020年全球8个典型流域的地表覆盖及NEE时空变化特征,研究地表覆盖类型变化与NEE的时空相关性。结果表明：(1)2000—2020年,流域内耕地、裸地、人造地表、湿地、水体及苔原面积增加,草地面积先增加后减少,整体为增加状态;(2)2000—2020年,流域整体NEE先减小后增加,整体为减小趋势,碳汇能力增强;(3)2000—2020年,草地与NEE呈显著负相关,耕地、裸地、人造地表、湿地及水体面积与NEE在2010—2020年呈正相关,地表覆盖类型变化对NEE有显著影响。本文可为流域碳中和管制和土地利用空间优化调控提供理论参考,推动流域协同减排和高...     

基于多时相图谱的青藏高原湖泊变化检测研究

利用多期遥感影像,对青藏高原南羌塘地区纳木错湖泊流域北部进行解译,提取了多时相地学信息图谱,发现1992-2005年间,湖泊面积扩张且整体变化呈加快趋势。分析了研究区内典型湖泊的变化特征,确定了稳定增加的湖泊面积。通过多时相地学信息图谱检测的变化信息与区内多年气象数据的复合分析,探讨了湖泊变化与气候变化的响应关系。     

冰川流域孕灾环境及灾害的天空地协同智能监测模式与方向

随着中国西部暖湿化进程加快,冰川流域孕灾环境快速变化,冰川灾害多发频发.因冰川流域地形极端复杂、地表覆盖变化迅速,冰川流域灾害具有链式发展的特点且物源区远程高位、地势险峻,面向普通地质滑坡和露天矿边坡的天空地协同监测技术难以直接或有效应用.本文基于冰川流域空间环境与灾害的监测内容及技术难点,分析了可用的现代测绘遥感技术及其局限性.针对监测对象、几何要素和质量要求,提出了基于天空地协同的冰川流域孕灾环境与灾害智能监测内涵,即平台协同、时间协同、参数协同和尺度协同,设计了任务驱动、知识引导的智能监测技术模式.面向3类基本监测任务,即个体冰川流域灾变过程情景模拟、冰川流域群孕灾环境差异分析与风险识别、冰川流域灾害事件应急响应,提出相应的天空地协同智能监测初步方案.最后,讨论了基于天空地协同的冰川流域孕灾环境与灾害智能监测关键问题,提出未来的工作方向.     

延河流域土地利用变化特征分析

研究土地利用时空变化特征对促进区域生态经济协调发展具有重要意义.以延河流域为例,基于不同时期遥感影像,借助RS、GIS和ENVI软件平台技术,获取了1980-2015年延河流域土地利用变化状况,并进行了土地利用转移分析;在此基础上解译了不同时期的土地利用类型,分析了延河流域土地利用时空变化特征和影响因素.结果表明,1980-2000年流域内土地利用结构整体变化较小,耕地、林地、草地3类土地利用面积相互转化频繁但整体面积趋于稳定,建筑用地面积增加了1.25倍;2000-2015年流域内耕地、林地和草地发生了显著变化,其中耕地面积减少了28％,林地面积增加了40％,草地面积增加了15％,建筑用地面积增加了近两倍,但比例很小,未利用地和水体变化幅度不明显;2000年前后流域内土地利用变化空间特征存在明显不同,2000年之前各土地利用类型变化主要发生在延安市区,2000年之后整个流域地区均有不同土地利用类型的转移;2000-2015年国家"退耕还林、草"生态修复政策、产业经济生产总值不断上升、人口数量稳定增长、城镇化发展迅速等均对流域土地利用结构产生了影响.     

GIS流域气象服务效益评估系统的设计与实现

本文将地理信息系统(GIS)技术和相应的评估模型应用到淮河流域气象服务效益评估中,以淮河流域气象灾害和气象服务效益评估模型为重点研究对象,用矢量图形直观地展现出流域中水系、设施、人文等的分布情况,形成了可视化图文并貌的评估界面,并且把空间分析、专题图设计、模拟分析等功能引入其中,旨在提高气象服务效益评估的信息化水平和辅...     

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...     

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。     

全球热带森林分布区NPP变化及其气候响应分析

本文基于MODIS遥感数据,利用掩膜分析提取了研究区的NNP数据;并结合气象因子数据,利用地理信息技术及数学统计方法,对比分析了2001—2013年全球3个主要热带森林分布区森林NPP变化及其气候响应的异同。结果表明,研究区NPP总量整体呈减少趋势。对比3个区域NPP与温度、降水和光合有效辐射(PAR)的相关关系,亚马孙流域研究区和刚果河流域研究区NPP对PAR变化更为敏感,东南亚研究区NPP对降水变化更为敏感;东南亚研究区NPP对气候变化响应的敏感性较高,刚果河流域研究区次之,亚马孙流域研究区最低。该研究对于进一步了解全球热带森林变化与气候的相关关系具有一定的参考价值。     

基于Landsat8 OLI遥感影像冰湖边界分类叠加提取

青藏高原特殊的地理及其气候环境适合冰湖变化研究。传统的方法由于受到冻湖、冰川以及山体的阴影的影响,提取冰湖边界时会出现大量的错分和误分。本文基于NDWI(Normalized Difference Water Index,水体指数法)、DEM(数字高程模型)、RGI(Randolph Glacier Inventory)6.0全球冰川编目数据提出针对不同状态下的冰湖边界提取的分类叠加提取方法。结果表明,分类叠加提取方法能够实现未结冰、半结冰以及全结冰三种状态下的冰湖边界提取,并且能减少冰川以及山体阴影的影响,使用该方法提取三种状态下的冰湖的错分和漏分误差均小于2%且Kappa系数均大于0.81。     

泥石流灾害多发区生态环境遥感监测评价

泥石流灾害对流域植被、土壤、水体等生态环境要素具有极强的破坏作用,快速有效地监测灾害影响区内生态环境的变化对防灾减灾工作有着重要意义。本文选取白龙江流域泥石流灾害为研究对象,利用多期次遥感影像提取了生态因子信息,构建了生态质量评价模型。结果表明,基于时间序列影像的遥感监测能够有效地刻画灾害发生前后的区域生态变迁过程,对地质灾害区的生态监测和修复具有实际应用价值。