南极帝企鹅种群栖息地动态变化遥感分析

帝企鹅是南极生态的指示器,其种群栖息地分布变化对研究南极气候具有重要意义,但传统的人工实地调查难以获取全面、准确的种群栖息地信息。本文依据帝企鹅种群排泄物在卫星影像上的蓝、红波段和近红外与短波红外波段的反射率差异,提出2种可以有效判别种群排泄物的光谱指数（NDII、EI）,据此精确识别帝企鹅种群排泄物并确定其种群栖息地位置。根据2009年195景时相合适、质量较好的Landsat 7 ETM+卫星影像,获取了南极共计38个帝企鹅种群栖息地,其中新发现7处（Bowman Island , Dibble Glacier , Auster, Point Geologie , Cape Crozier , Brownson Islands和Rupert Coast）,消失2处（Amundsen Bay 和Ledda Bay）,另外25处（除Thuston Glacier, Luitpold, Sanae, Gould, Ragnhild和Beaufort Island外）位置未发生明显变化,实现了全南极帝企鹅种群栖息地的识别与定位。种群栖息地提取的正确率为94%,提取结果受限于影像质量和种群规模,且随着种群规模的提高,该方法的提取效果也越好。帝企鹅种群栖息地的分布与气候要素息息相关,种群栖息地往往倾向于气温较低和海冰密集度较高的区域,气候变化对每个种群栖息地的影响不同,因此气候与种群栖息地变化的具体关系需要长时间、区域性的观测进行研究。随着气温持续上升和海冰密集度的变化,南纬70°以北的种群栖息地面临较大的威胁,帝企鹅种群呈现向极点逐渐收缩的趋势。     

南极冰盖表面冰流速研究综述

冰川表面流速作为南极冰盖物质平衡估算的一项重要内容,对于研究全球变暖背景下的海平面上升具有重要意义。随着技术的进步,南极的冰流速监测方法已经从传统的花杆测量、光学仪器边角测量,发展到先进的GPS测量和遥感观测。南极冰盖冰流速总体特征是:海岸带冰流速快于内陆冰流速,冰架冰流速快于陆地冰流速,西南极冰流速快于东南极冰流速。未来加强对数据稀疏地区的冰流速监测,扩大冰流速研究的时间尺度,开发冰流速研究的新方法以及构建冰流速波动与气候变化相互关系模型等,成为南极冰流速研究的新热点。     

基于随机森林算法的城市不透水面信息提取——以长春市为例

为了快速、准确地掌握不透水面的空间分布及满足动态变化信息现实需求,本文基于多分类器集成学习的思想,引入随机森林算法,以Landsat8影像为数据源,长春市为实验区,选取光谱特征、纹理测度、空间变换后的独立分量等25个特征变量进行分类研究,根据OOB误差进行重要性分析并试验得出最优的分类模型,实现高精度不透水面信息的提取,最后与传统参数分类法进行比较。结果表明:随机森林算法的总体精度可以达到94%,高出最大似然分类法5.9%,支持向量机算法0.77%,Kappa系数为0.914 3,均方根误差为0.104 3,不透水面的提取精度达95.54%,可以精确地得出所需信息,为城市建设与规划提供有效的专题数据。     

基于特征跟踪方法的Amery冰架上游流速估算

冰川流速分析对于研究南极冰盖物质平衡、海平面上升和全球气候变化具有重要意义。以ALOS/PALSAR影像为数据源,采用SAR特征跟踪方法,结合DEM数据估算Amery冰架上游冰川流速。结果表明,Amery冰架上游主流线流速为540—720 m·a-1,冰川流速随海拔的降低逐渐减小。受基岩和两侧山体的影响,主流线流速大,越靠近两侧山体流速越小。这个结果与NASA 2000年利用SAR重复轨道干涉测量方法测定的流速接近。基于裸露岩石作为特征点的分析表明,该方法误差较小,获取的冰川流速比较可靠。     

基于CryoSat-2卫星测高数据的北极海冰体积估算方法

近30年来,北极海冰正发生着剧烈的变化。海冰体积是量化海冰变化的重要指标之一。本文以2015年CryoSat-2卫星测高数据和OSI SAF海冰类型产品为基础。提取了浮冰出水高度、积雪深度、海冰密集度、海冰类型等属性信息,通过数据内插、投影变换、栅格转换、空间重采样等工作将海冰属性信息统一为25 km×25 km分辨率的栅格数据集。根据流体静力学平衡原理,逐个估算栅格像元对应的海冰厚度值,将其与对应的海冰面积相乘,估算了北极海冰密集度大于75%海域的海冰体积,并分析了海冰厚度和体积的月变化和季节变化特征。用NASA IceBridge海冰厚度产品对反演的海冰厚度进行验证。结果表明二者相关系数为0.72,有较高的一致性。北极海冰平均厚度春季最大,夏季最小,分别约为2.99 m和1.77 m,最厚的海冰集中在格陵兰沿岸北部和埃尔斯米尔半岛以北海域。多年冰平均厚度大于一年冰。冬季海冰体积最大,约为23.30×103 km3,经过夏季的融化,减少了近70%。一年冰体积季节波动较大,而多年冰体积相对稳定,季节变化不明显。     

1983–2022年南极夏季海冰区反照率的反转变化特征分析

海冰区反照率会影响辐射收支平衡,对全球气候变化有着重要影响。利用遥感反演的反照率数据产品分析了1983–2022年南极及其6个海域夏季海冰区反照率的时空变化,探讨了海冰密集度、气温和大气环流与海冰区反照率的关系。结果表明,卫星反演的南极夏季海冰区反照率与实测反照率结果一致。西威德尔海海冰区多年平均反照率最高（0.61）,罗斯海最低（0.45）。南极夏季海冰区反照率经历了先上升（1983–2015年）后快速下降（2015–2022年）的变化。除了别林斯高晋海–阿蒙森海海冰区反照率前后两个时段均下降外,其余5个海域和南极一样出现了变化趋势的反转。南极海冰区反照率与海冰密集度显著正相关,而与气温显著负相关。1983–2015年夏季气温降低,海冰消融减弱,海冰密集度微弱上升（0.03%/a）,海冰面积平均每10年增加2.07 × 10⁵ km²,导致反射的太阳辐射增多,反照率也微弱上升。2015–2022年夏季气温升高,海冰消融加剧,冰间水道和开阔水域增多,海冰密集度下降,海冰区吸收更多的太阳辐射,造成反射辐射减小,因而海冰区反照率快速下降。此外,南极环状模也是影响罗斯海和威德尔海海冰区反照率变化的因素之一。     

无锡城市扩展的遥感监测及其模拟研究

我国已经进入快速城市化阶段,及时掌握城市空间动态扩展信息对于城市规划、城市建设、管理及决策具有重要的现实意义。本文以无锡市1991年和2001年Landsat TM遥感影像为数据源,提取建成区信息,并引入位序-规模分布理论进行城市扩展的模拟研究。结果表明无锡市东部、东南部和西部大幅度地向外扩展,建成区面积增加了52.4km2。位序规模分布模拟表明主城区城市用地斑块不断膨胀,平均斑块面积增大,大量碎小斑块被吸收和合并,模拟结果与建成区斑块的实际扩展变化比较吻合。     

基于Sentinel-1SAR数据的南极松岛冰川流速监测

南极入海冰川的流速对了解物质平衡和海平面上升具有重要意义。基于Sentinel-1 SAR数据,利用特征跟踪法提取了2015-2017年松岛冰川的冬夏季流速,分析了冰川流速的年际和季节变化特征。结果表明松岛冰川处于高速流动状态,流速最高达4 400 m·a^-1左右。沿主流线方向,2015-2017年2月（夏季）的平均流速分别是3 502 m·a^-1、3 529 m·a^-1、3 498 m·a^-1。2015-2017年8月（冬季）的平均流速分别是3 473 m·a^-1、3 498 m·a^-1、3 478 m·a^-1。2015-2017年松岛冰川主流线上平均流速为3 450~3 550 m·a^-1,流速总体保持稳定,没有明显变化。2015-2017年松岛冰川流速没有明显季节差异,冬夏季流速大致持平。基于裸露岩石作为控制点的分析表明误差为22~39 m·a^-1,冰川流速监测结果是可信的。     

北极熊栖息地稳定性的遥感评估方法

北极熊是北极最重要的哺乳动物之一,近年来数量却在减少。海冰作为北极熊狩猎、活动和繁殖的平台,是其栖息地的重要组成部分。因此其种群栖息地变化主要依赖于海冰变化。本文基于美国雪冰中心的海冰密集度和NOAA提供的ETOPO1基岩数据,分析了北极海冰密集度、开阔水域面积、海冰消退时间、海冰出现时间、开阔水域季节长度的年际变化,进而评价北极熊栖息地的稳定性。结果表明,海冰密集度呈现降低的趋势,开阔水域面积增大,多年冰数量减少,大多变为一年冰。海冰消退时间提前,海冰出现时间延后,开阔水域季节长度大幅增加,与1992年相比增加了72 d。19个栖息地中,巴伦支海是开阔水域面积和季节长度变化贡献最大的海域,增加速度分别为9.71×10³ km²/a和71.69 d/10a。以开阔水域季节长度变化率为依据,将北极熊栖息地划分为稳定、次稳定和不稳定3个等级。总共有3个稳定栖息地,包括分布在相对其他栖息地而言纬度较低的楚科奇海、西哈得孙湾和南哈得孙湾。13个次稳定栖息地,包括拉普捷夫海、喀拉海、东格陵兰、巴芬湾、戴维斯海峡、福克斯湾、布西亚湾、麦克林托克海峡、梅尔维尔子爵海峡、挪威湾、北波弗特、南波弗特和兰开斯特海峡。3个不稳定栖息地,均位于70°N以北,包括北极盆地、巴伦支海和凯恩盆地。稳定区主要位于低纬度,不稳定区全部位于高纬度。该分级结果表明高纬度地区虽然海冰覆盖多,但是年际变化十分显著,不稳定的3个区域内北极熊对海冰变化适应时间更少,年际迁移变化大,对北极熊的生存发展更为不利。