World energy consumption pattern as revealed by DMSP-OLS nighttime light imagery

Remotely sensed nighttime light (NTL) from the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Operational Linescan System (OLS) provides a spatially consistent and cost-effective mean to estimate energy consumption pattern. While previous researches have documented the application of NTL to predict electric power consumption (EPC) with varying degrees of success, few have systematically studied the possible factors affecting the EPC-NTL relationship. Moreover, no substantial research effort has been made to relate overall energy consumption (OEC) to NTL. This study investigated key factors governing the EPC/OEC-NTL relationship by examining the influences of affluence, urbanization, technology, temperature, and NTL pattern. Results show that EPC increased with higher per capital GDP, urbanization rate, and high-technology exports, and lower agricultural development, both globally and regionally. Meanwhile, EPC generally reduced with higher temperature and more agglomerate human activities. A strong OEC-NTL relationship was found; but the influencing factors to the OEC-NTL relationship varied across regions due to the natures of energy use. These factors must be considered especially for the studies of less-affluent regions where NTL was undetectable by the DMSP-OLS sensor.     

Mapping and evaluation the process,pattern and potential of urban growth in China

In this paper, the night-time light (NTL hereafter) data obtained by the Defence Meteorological Satellite Programme's Operational Line scan System (DMSP/OLS) were used to extract urban light index (ULI) for analysing urban growth and patterns in China. A unit circle mode was established to perform a comprehensive analysis and calculation of the variation of various types of urban land covers. In order to verify the ULI ability in extracting urban spatial patterns, eight typical cities were selected to make a comparison therein using Landsat TM/ETM + data. The objectives of this research include: 1) mapping temporal process of the urban growth; 2) exploring spatial characteristics of eight typical cities; 3) analysing spatial distribution pattern of primary urban agglomerations, and 4) assessing potential and tendency for urbanization in the future. The research results indicate that: the spatial pattern features of ULI generally agree with those of the features of urban pattern extracted from Landsat TM data. The morphological change of the urban light space can reflect the objective characteristics of the evolution of urban space. The study further illustrated that the NTL Data are applicable for extracting urban space information and have the potential to deepen understanding of urban space expansion.     

东南极夏季中山站邻近固定冰DMS、DMSP分布初探

中国第30次南极科学考察期间,在中山站邻近固定冰区采集了两支海冰冰芯并首次分析其中的DMS、DMSP含量。结果表明,两支冰芯上层均含有较高浓度的DMSP+DMS,分别高达114.93及134.41 nmol·L-1。冰芯中DMS、DMSP+DMS浓度随深度的增加而递减。两支冰芯顶部DMSP+DMS高值的成因不同,冰芯1主要受藻类活动影响而产生DMSP+DMS高值,冰芯2主要是由于雪层及薄冰层阻碍,致使DMS在冰芯顶部聚集产生DMS高值。因为海冰底部较高生物量的海冰融化进入水体,所观测的剩余海冰底部Chl a、DMSP+DMS值均较低。在海冰的融化过程中,卤道内的卤水可发生垂向运输,致使冰芯中Chl a、DMSP+DMS的垂直分布有所不同。冰芯的Chl a、DMSP+DMS总量分别为6.79和10.20、51.83和88.41μmol·m-2,与前人研究结果比较,在海冰融化过程中,海冰中Chl a、DMSP+DMS总量变化的总趋势是递减的。     

一种DMSP/OLS稳定夜间灯光影像中国区域的校正方法

随着遥感技术的快速发展,国防气象卫星计划作战线扫描系统（DMSP/OLS）夜间灯光图像开始更多的应用于人文经济研究中。由于原始影像存在较多问题,如DN值饱和、年际不连续问题等,因此在使用之前需要对影像进行校正。“传统不变区域法”是应用较为广泛的校正方法,但仍存在部分问题,如未考虑目标区域长时间尺度上的微弱变化以及连续校正前基准年份的选取。本文对传统不变目标区域法进行改良,以黑龙江鹤岗市作为不变目标区域,选取3期辐射定标影像作为参考影像对DMSP/OLS稳定夜间灯光影像进行饱和校正,通过对比各年份影像饱和校正情况,选出最为合理的基准年份,从而对饱和校正后的影像进行连续性校正。为验证影像校正精度,本文从国家像元DN值、省级GDP与电力消费量、地级市GDP和县域GDP 4个层面与对应DN值进行线性回归检验,结果显示经改进方法校正后DMSP/OLS稳定夜间灯光影像TDN与市级GDP的拟合度（R2）平均值为0.85,远大于传统方法校正TDN与市级GDP拟合度（R2）平均值的0.53,且随着时间推移,传统不变目标区域法校正后拟合度逐渐降低至2013年的0.40,而利用改进后方法进行校正的拟合度未出现递减现象,2013年其R2仍为0.88,表明与传统不变区域法相比校正精度明显提高,饱和问题得到较大改善。     

1992—2017年基于夜光遥感的中亚社会经济发展时空特征分析

中亚各国自独立以来,先后经历了政治经济改革、俄罗斯金融危机、全球金融危机、国际原料价格浮动等多次重大事件。为研究中亚地区1992—2017年近30年的社会经济发展变化,以DMSP/OLS、NPP/VIIRS夜光数据以及年鉴数据为数据源,采用夜光总量（SNL）、夜光增长率（PNLG）等指数并结合社会经济参量对中亚社会经济的时空动态发展过程及驱动因子进行分析,研究结果表明：① 夜光可较好的反映中亚国家社会经济发展的时空变化,且夜光对社会经济发展变化的反映较GDP等社会经济参量更直观更敏感;② 独立初期的社会经济改革对中亚地区影响大、范围广,仅土库曼斯坦夜光总量（SNL）增长4.5%,其他各国夜光总量（SNL）均有下滑;③ 20世纪以来的中亚国家由于基础条件、资源禀赋等的差异,各国间差距逐渐拉大,抗风险能力差异大。如全球金融危机（2008年）对塔吉克斯坦影响最大（PNLG=-36.4%）,哈萨克斯坦影响最小（PNLG=-3.6%）;④ 中亚国家易受国际能源市场价格的影响尤其是油气价格增长。通过夜光对中亚社会经济的研究分析,能为中亚区域安全保障以及“一带一路”倡议的实施提供决策参考。     

基于夜晚灯光数据和Google Earth的城市建成区提取分析

夜晚灯光数据已被广泛应用于提取城市建成区的研究,由于灯光具有溢出特性,因此确定最佳灯光阈值成为研究热点。本研究中总结4种常用最佳阈值确定方法的特点,并使用Google Earth影像空间比较法,确定夜晚灯光数据提取城市建成区的最佳阈值。由于地形、交通等因素影响城市形态,城市形态影响夜晚灯光数据提取城市建成区的最佳阈值大小,因此,根据城市形态将阈值结果分为2类,并得到块状城市和带状城市建成区的最佳灯光阈值分别为43和 47。Google Earth影像空间比较法与其他方法相比具有不受统计数据限制,以及简易操作等优势,且从形态上对城市建成区提取结果进行空间比较;其次,根据城市形态对最佳阈值结果分类,使不同类型的城市建成区提取结果更准确。该方法适用于在地形复杂、形态多样的大尺度空间中提取城市建成区。     

基于Globcover和DMSP/OLS数据的中国大陆城市潜能分析

城市潜能作为城市体系空间相互作用的代表性指标,反映了城市与其所在的城市体系内所有城市间相互作用的强度,即城市所具备的的集聚能力。合理分析城市空间布局及结构、探寻城市发展的空间差异,以及制定区域发展政策日益迫切,研究城市空间相互作用具有重要意义。本文以Globcover数据集提取中国大陆范围内26 619个城市斑块,获取了城市潜能计算时所需的城市斑块规模总量;同时,以DMSP/OLS夜间灯光影像为数据,提取能综合反映人类社会经济活动的城市斑块夜间灯光总强度,参与城市潜能的计算。利用潜能模型,依据城市斑块分层结果,以城市斑块规模和时间成本为参数,计算得到公里格网的城市潜能值模拟分布图,并分析了中国大陆城市潜能的空间分异特征。     

DMSP/OLS夜间灯光影像中国区域的校正及应用

美国国防气象卫星搭载的业务型线扫描传感器（DMSP/OLS）获取的夜间灯光影像,可客观地反映人类开发建设活动强度,其广泛应用于城市遥感的多个领域。但该数据缺少星上的辐射校正,下载的原始影像数据集不能直接用于研究,需进行区域校正。长时间序列的DMSP/OLS夜间灯光影像数据集主要存在2个问题需在校正过程中解决：（1）原始影像数据集中的影像是非连续性的;（2）数据集中的每一期影像都存在着像元DN值饱和的现象。针对这2个问题,本文提出了一种不变目标区域法的影像校正方法,对提取出来的每一期中国区域的夜间灯光影像进行了校正,该校正方法包括相互校正、饱和校正和影像间的连续性校正。最后,为了检验校正方法的合理性与可靠性,本文将校正前后中国夜间灯光影像与GDP和电力消耗值,分别进行回归分析评价表明,校正后的影像更客观合理地反映区域经济发展的差异。     

基于EVI指数的DMSP/OLS夜间灯光数据去饱和方法

DMSP/OLS夜间灯光数据被广泛应用于表征人类活动强度及其生态环境影响的诸多研究中,但因OLS传感器设计的局限,在用电强度较高的城市中心,灯光信号存在明显的饱和,这一不足可能影响到一些基于夜间灯光数据研究成果的可靠性。针对这一问题,NOAA-NGDC研发了辐射定标算法,但因缺乏星上定标系统,算法较为复杂,且受较多条件限制等原因,目前只有部分时期的辐射定标数据产品（RCNTL）。近期有学者提出一种基于植被指数NDVI构建的城市灯光指数VANUI,为灯光数据去饱和研究提供了一个操作简单且结果良好的方法,但该方法在一些城市效果不佳。基于此,本文综合利用夜间灯光与EVI指数信息,通过对VANUI指数构建方法进行改进,建立了一个新的缓解夜间灯光强度饱和的EANTLI指数。为了评价指数的效果,将EANTLI与VANUI从三个方面进行比较：① 区分、识别饱和区内地物的能力;② 与RCNTL的拟合程度;③ 对用电量估算的效果。结果表明：EANTLI在三个方面均表现出优势,在潜在饱和区内对特征地物具有更高的可区分性,与RCNTL的线性相关程度更高,与用电量的相关性相比于NTL、VANUI亦明显提高。因此可以认为EANTLI在指数的设计上较为合理,不仅易于计算,而且能达到较好的缓解灯光强度饱和、凸现城市内部差异的目的,在用于反演城市发展指标时能获得更为准确的结果,因此具有较高的应用价值。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的1995-2009年中国地级市能源消费动态

能源是国民经济发展的重要支撑,便捷准确地获取能源消费时空动态信息,对于合理制定能源政策具有重要意义。基于DMSP/OLS 夜间灯光数据和能源统计数据之间的定量关联,在地级市尺度上模拟了中国1995-2009 年能源消费的空间格局,并采用空间自相关分析探讨其时空动态特征。研究表明：基于DMSP/OLS夜间灯光数据模拟中国各地市能源消费具有一定的可行性,该数据能够比较可靠地反映能源消费的时空动态;1995-2009 年中国大多数地市的能源消费量较低,中低强度能源消费区土地面积占全国72.66%,高能源消费强度区集中分布在中国东部地区;中国能源消费量存在显著的空间集聚性（历年Moran’s I 指数都大于0.4）,全国地级市能源消费“高-高”聚集和“低-低”聚集现象明显。