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。     

近40年乌兰乌拉湖变化的遥感分析与水文模型模拟

为了研究可可西里地区的湖泊变化及其与气候变化的响应关系,利用TM/ETM+图像提取乌兰乌拉湖水体面积,利用高度计数据获得湖泊水位,分析湖泊面积和水位的变化;并计算得到2003—2009年湖泊水量变化;然后利用SWAT模型(soil and water assessment tool),对乌兰乌拉湖1970—2012年的径流情况进行模拟,其中土壤分类、土地利用分类和气象数据作为输入数据,利用遥感数据计算湖泊径流量,进行模型率定和验证。结果表明:1970—1990年,乌兰乌拉湖湖泊面积持续缩小,1990年以后湖泊面积持续增大,1990—2010年湖泊面积共增长了129 km2,水位也持续上升;SWAT模型模拟值和真实值的决策系数R2=0.82,模型适用性强,长期模拟结果与遥感监测结果的趋势一致;乌兰乌拉湖流域多年平均年径流量为103.8 mm,高峰出现在7—9月。     

抚仙湖流域土地利用格局与水质变化关系

抚仙湖是我国水质较好的大型淡水湖泊之一,其总体水质为Ⅰ类。近年来由于流域内开发强度增加,水体水质呈现下降的趋势。为探究流域土地利用变化可能对湖泊水质产生的影响,利用1992—2010年的Landsat TM和ETM+数据,结合GIS技术和统计学方法,分析了流域内土地利用及景观格局变化与湖泊水质的响应关系。研究结果显示:抚仙湖水体面积缩小,流域内林地和耕地面积总体呈减小趋势,与水质污染指数变化呈显著负相关;交通运输用地和建设用地增长迅速,与水质污染指数响应呈显著正相关;景观斑块数目、形状指数等景观格局指数增加,流域景观格局破碎化加重,与水质污染指数变化呈显著正相关;土地利用及景观格局指数可以作为研究抚仙湖水质变化的重要指标。     

近百年来洞庭湖区垸内湖泊时空演变分析

研究洞庭湖区垸内湖泊时空演变情况,本文利用1930年代以来10个时段的历史地形图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析民国中期（1930年）以来各时段洞庭湖区垸内湖泊的空间分布特征、面积时序变化,利用2018年度基础性地理国情监测数据中内湖数据进行精度检验,精度达98.62%。结果表明：洞庭湖区内湖数量与面积分别从1938年的640个、994.30 km²增加到2018年的1057个、1578.33 km²,其变化过程并非呈持续增加趋势,而是经历了增加、减少、再增加的3个时序变化阶段,呈现波状起伏特征。民国中期（1930年）至建国初期（1958年）,因通江湖泊大量围垦,内湖数量和面积均呈现快速增加趋势;其后,1959年—1978年,在“以粮为纲”的农业背景下,内湖被大量围垦,数量和面积萎缩至民国中期（1930年）以来的最低值;改革开放（1979年）以来,随着“退田还湖”和水产养殖等农业结构调整,内湖面积呈现大幅增加趋势。洞庭湖区垸内湖泊总体呈增加趋势,但不同规模、不同类型、不同区域等不同特征的垸内湖泊变化情况不同。总体而言,围湖垦殖是内湖形成的主要驱动,粮食保障与水产养殖是内湖变化的主要原因。研究成果可为洞庭湖区生态修复与环境保护提供客观资料。     

基于Markov-CA的土地利用变化预测研究

综合集成土地利用变化模型,提出基于Markov（马尔柯夫）模型和CA（元胞自动机）模型土地利用变化预测模式并对其进行实证研究。研究结果是：从1987年到2013年,皇甫川流域土地利用格局变化的总体态势是：城镇用地、林地、耕地和灌丛的面积逐渐增加,其增加速率依次减小;水体、草地、沙地和裸砒砂岩面积逐渐减小,其中水体缩减的幅度最大。     

沿海城市天津湖泊—内涝时空变化耦合关系

近年来城市内涝问题凸显,给社会生产和人们生活带来诸多不便。以天津市为例,基于Landsat系列数据,利用MBWI水体指数法逐年提取其1984年—2017年的湖泊数据,并结合内涝点数据,研究天津市湖泊空间演变与内涝耦合性,建立湖泊演变系统与内涝系统的综合评价指标体系,构建湖泊演变与内涝之间的耦合度模型。结果表明:天津市湖泊面积在1984年—2005年波动上升,2005年—2017年间断减少,减少原因主要是人为干扰。2005年—2017年东丽区的湖泊面积减少最快且幅度最大。同时,大部分区的湖泊面积占比大幅降低;天津市的内涝区主要分布在市内6区及附近区,其中无湖泊区域比有湖泊区域容易产生内涝,湖泊面积小的区域比湖泊面积大的区域容易产生内涝。湖泊面积占比越小,内涝点密度越大。天津市湖泊群质心整体由中心向四周移动,湖泊质心移动的反方向容易产生内涝。湖泊演变与内涝之间存在初级耦合协调关系。     

近30年南昌城区湖泊面积变化图谱和动态监测

针对部分水体提取方法在提取城区水体时易出现漏提、错提和夹杂背景噪音的现象,本文提出一种更适合城市小型湖泊水体提取的方法,采用Landsat卫星影像的绿光波段、近红外波段和中红外波段(或短波红外波段),构建的经验型归一化差异水体指数ENDWI,相比NDWI和MNDWI,ENDWI在提取南昌城区水体时更具优势。本文以ENDWI为最佳水体提取模型,利用1989—2016年间4个不同时期的Landsat TM/OLI影像对南昌城区11个湖泊的面积变化状况进行了监测,从而制作了研究区各湖泊的面积变化图谱。随后引入气候指标和城镇化指标对南昌城区湖泊面积变化的成因进行分析。结果表明:气候对湖泊面积变化的影响有限,多年的城镇化运动,尤其是填湖造房运动的普遍存在才是湖泊面积变化的主要原因。     

基于遥感与GIS的中国湖泊形态分析

基于2010年Landsat TM/ETM数据,结合Google Earth影像和其他资料,采用面向对象的分类方法,以30 m的分割尺度对图像进行分割,并通过比值指数、归一化差值水体指数及谱间关系等指数来提取水体信息,将水体分为河渠、湖泊及水库坑塘3类,并对分类结果进行精度验证,最终得到中国湖泊空间分布信息;以此为基础,计算出反映湖泊形态的景观指数(如形状指数、近圆形指数及分维数等),并结合湖泊的面积和湖泊岸线长度来说明湖泊的基本状况及其形状的复杂程度。结果表明:利用面向对象分类方法可以得到较高的分类精度,3种类型水体分类的总精度为93%,湖泊分类精度达到90%以上;在中国内陆,面积大于1.0 km2的自然湖泊2 477个,总面积约77 934.72 km2;在5个湖区中,青藏高原湖区的湖泊面积最大,占湖泊总面积的54.34%,其形状指数和分维数均值为最小,湖泊形态比较简单;东部平原湖区降雨充沛,水系发达,其形状指数和分维数均值最大,湖泊岸线更加曲折,形态复杂多变;通过分析得出,形状指数与分维数有明显的相关性(R2=0.95),湖泊岸线分维数值越高,其形状指数越大,岸线越复杂。     

FY3B/MERSI数据的湖泊湿地面积提取对比分析

针对国产风云三系列中分辨率卫星快速有效地进行水体识别的问题,基于2011—2016年数据进行了辽宁省主要湖泊水库的光谱分析,提出了晴空条件和有云情况下分别采用归一化水体指数方法和通道值与归一化水体指数相结合方法进行湖泊水库的提取。结果表明:FY3B/MERSI湖泊光谱曲线具有水体光谱特征,具体表现为8通道的数据反射率最高,18通道数据反射率最低。通过与49景TM数据水体提取结果进行对比,FY3B/MERSI数据水体提取的面积精度达到85%以上,总体分类精度达到90%以上,Kappa系数在0.56~0.95之间。提出了简便、快捷的计算模型,为国产卫星数据的业务应用提供了初步方法。     

卫星测高数据监测青藏高原湖泊2010年—2018年水位变化

青藏高原湖泊水位变化是气候变化和生态环境变化研究的重要指标。随着Cryosat-2观测数据的日益丰富和处理技术的提升,可以有效监测更多湖泊的水位变化信息。本研究构建了基于噪声去除技术、改进的波形重跟踪处理算法（ImpMWaPP）和误差混合动态模型为一体的高精度湖泊水位序列提取方法,利用Cryosat-2 SARIn数据获取到133个青藏高原湖泊2010年—2018年的高精度水位序列,并分析了这些湖泊水位变化的时空变化特征。总体上,青藏高原湖泊的水位继续呈上升趋势,但上升速度较2003年—2009年趋缓,年均变化率0.159 m/a。从地域分布上,北部湖泊的水位上升最为显著,而南部湖泊的水位则趋于稳定。从时间上,2010年—2012年和2016年—2018年,大多数湖泊的水位呈现快速上涨,而其他时间水位相对稳定或略有下降。     

基于欧比特高光谱影像的滇池叶绿素a浓度遥感反演研究

水体叶绿素a,即Chla (chlorophyll-a)浓度是表征水体富营养化程度的关键性指标,对于水环境评估和水质遥感监测具有重要意义。欧比特高光谱卫星是中国于2018年发射的新一代高光谱卫星,然而其在内陆水体水质遥感监测的适用性仍有待验证。本研究以高原富营养化湖泊滇池为研究区,以叶绿素a浓度为反演指标,利用滇池两次野外现场实测数据和欧比特高光谱OHS (Orbita Hyperspectral)影像,通过分析滇池水体的光学特性,构建了适用于欧比特高光谱影像的滇池水体叶绿素a浓度遥感反演模型,并通过星地同步数据验证了反演模型的有效性与可行性,获得了滇池叶绿素a浓度的空间格局。结果表明：（1）波段比值模型（B17/B9）适合于基于欧比特高光谱影像的滇池水体叶绿素a浓度的遥感反演,模型反演精度较高,决定系数（R2）为0.804,均方根误差（RMSE）和平均绝对误差百分比（MAPE）分别为6.99μg/L和6.32%;(2) 2019年4月2日滇池水体叶绿素a浓度呈现出由湖岸向湖泊中心逐渐降低的趋势,东北部与东南部呈幂函数型递减,西北部呈线性递减;（3）滇池欧比特高光谱影像的近岸4个水体像...     

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。     

咸海面积萎缩对区域地表温度的影响

水体对区域气候调节起着极其重要的作用,近几十年间咸海的水位剧烈下降和湖泊面积不断萎缩,势必会对咸海地区的气候产生重要影响,分析咸海地区地表温度的变化对于研究水体与其周边地区地表温度的关系具有重要意义。利用咸海地区中分辨率成像光谱仪（moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS）地表温度产品MOD11A2,基于空间分析法研究咸海面积变化对区域地表温度的影响和作用。结果表明:（1）相比于咸海表面温度,研究区内分别有93%和69%的研究区域日间和夜间地表温度均有上升的变化趋势;（2）咸海对区域地表温度直接影响范围大致在沿湖边界30 km的范围内;（3）随着咸海面积的快速萎缩,各土地覆盖类型区域与咸海的地表温差均呈现上升的变化趋势,咸海的区域温度调节功能逐渐减弱。     

草型湖泊总悬浮物浓度和浊度遥感监测

草型湖泊水质遥感监测中水生植物会造成“水体—水生植物”混合像元问题,针对因混合像元导致草型湖泊水生植物覆盖区域水质难以直接利用遥感监测的问题,本文以草型湖泊微山湖为研究对象,提出定性和定量相结合的总悬浮物浓度和浊度分区监测方法,实现微山湖水体总悬浮物浓度和浊度的时空变化监测。基于获取的2014年7月—2015年6月覆盖微山湖的多期高分一号（GF-1） WFV和HJ-1A/1B CCD影像,利用归一化水体指数将微山湖区分为水生植物覆盖区和水体区。针对水生植物覆盖区,利用时序MODIS NDVI数据获取微山湖主要水生植物的时谱曲线,识别不同水生植物的物候特征;基于不同物候期内的水生植物对总悬浮物浓度和浊度的指示作用,对微山湖水生植物覆盖区水体总悬浮物浓度和浊度进行定性监测。针对水体区,分别构建水体总悬浮物浓度和浊度的单波段/波段比值模型和偏最小二乘模型,定量反演微山湖水体区总悬浮物浓度和浊度。研究结果表明,微山湖中水生植物以光叶眼子菜、穗花狐尾藻和菹草等沉水植物为主,其中光叶眼子菜/穗花狐尾藻和菹草的空间分布和物候特征存在明显差异,不同水生植物在不同物候期内对水质具有不同的指示作用;微山湖水体总悬浮物浓度和浊度具有显著的空间变异性,基于定性和定量相结合的方法可以有效监测微山湖水体总悬浮物浓度和浊度的时空变化规律。本文提出的定性和定量相结合的监测方法为草型湖泊水质监测的业务化应用提供了新思路。     

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。     

松花江流域(哈尔滨段)景观格局及脆弱性变化分析

以松花江流域(哈尔滨段)为研究区域,对研究区域进行2005、2010和2015年3期景观类型提取,统计研究区域各期景观类型面积,通过景观格局脆弱性指数模型计算研究区域3期整体景观格局脆弱性,分析研究区域各种景观类型及景观脆弱性随时间的变化特征。结果表明:1) 2005—2015年,研究区域耕地、未利用地面积呈现逐渐减少态势,建设用地、林地、草地面积呈现逐渐增多态势,水域景观呈现先增加后减少的变化。2) 2005—2010年,耕地景观面积转出最多,转出2.96%,建设用地景观面积转入最多,转入1.57%; 2010—2015年,仍然是耕地景观面积转出最多,转出1.20%,林地景观面积转入最多,转入0.99%。3) 2005—2015年,研究区域3期整体景观格局脆弱性分别为2.087 4、2.205 0和2.104 5,呈现先增加后减小的变化。     

近20年来新疆阿勒泰地区植被动态变化及其对气候与地形的响应

植被在生态环境监测中有着极其重要的意义,探讨植被覆盖变化可为区域生态环境保护工作提供重要参考。利用多源遥感长时间序列数据、分离趋势和季节项的突变点方法像元突变监测、地形位分析及地统计等方法,对新疆阿勒泰地区2000—2019年间植被覆盖动态进行遥感变化监测。实验结果表明：（1）研究期间,2003—2009年植被突变像元数逐年增多,2009年以后突变像元数逐渐减少,同时在监测出的7类植被像元突变趋势类型中,由退化后转变为增长类的像元突变数最多,干扰退化和持续退化类较少;（2）多源数据植被覆被年际变化曲线显示,植被覆盖动态变化出现先减少后增加的趋势,其中,2000—2008年时段总体呈现退化趋势,2008—2019年时段呈现明显改善趋势,且退化大于改善;（3）高程大于900 m、坡度大于15°的东坡（北转东和南转东）为植被覆盖变化退化类型的优势地形位,约占62.4%,研究区植被覆盖改善并不明显,需继续加大研究区生态环境保护。     

基于GF-6的可可西里典型湖泊水体面积提取方法研究

湖泊是气候变化的敏感指示器,快速准确地获取湖泊水体信息对区域气候变化研究、区域生态环境保护和治理具有重要意义。本文基于高分六号(GF-6) WFV数据,以可可西里地区4个湖泊为研究对象,分别采用单波段法、波段差值法、归一化差异水体指数(NDWI)法提取了水体面积,并以目视解译所得结果作为参考标准,对不同方法的提取结果进行了精度评价。结果表明,单波段法易受浅水区水体影响,但受积雪的影响较小,而波段差值法和NDWI法受积雪影响较大;NDWI法虽能有效提取浅水区水体,但仍受一定程度湖底沉积物的影响;波段差值法与单波段法和NDWI法相比,能有效区分浅水区水体和背景地物。     

基于GIS和RS的延安地区土地利用及生态脆弱性评价

基于延安市8个区县1997年、2004年和2011年的TM影像数据,运用遥感和地理信息系统软件,对延安地区自退耕还林(草)政策实施以来土地利用动态变化的数量、速度及其空间格局特征进行了定量分析,并结合经济、社会和自然因素数据,通过主成分分析法对延安地区生态脆弱性进行评价。结果表明,1997年至2011年,延安地区的土地利用类型发生了很大变化。耕地面积呈现减少的趋势;居民用地面积处于增长的态势;林地面积增加,并且后期的增加速度明显大于前期;草地面积有小幅度的减少;未利用地和水体面积呈先减少后增加的趋势。生态脆弱性评估表明,在延安地区的8个区县中,北部四县的生态脆弱性指数比南部四县高。在1997年至2011年期间,研究区域内生态环境脆弱性指数逐渐减小,生态环境安全性逐渐增强。     

武汉中心城区热岛效应模拟

针对传统的模拟热环境时空演变模型欠缺可推广性,该文提出运用CA-Markov模型研究热环境变化趋势,既能有效模拟元胞时空格局变化,又能提高元胞转化预测精度,经验证Kappa指数为73.46%,具有较高的可信度。基于CA-Markov模型模拟的武汉中心城区热环境表明:2009—2018年低温区和次低温区呈现减少趋势,中温区显著增加,热岛略有增长,总体强度增大,热岛效应愈发明显;2009—2018年热岛演变呈西南-东北方向,有向西-东方向发展的趋势,热岛重心南偏西方向移动;2009—2018年热岛区域在景观水平上破碎度较高,热环境趋于复杂化。研究结果对武汉中心城区城市规划、生态环境改善等具有一定的参考价值。