中国区域多源土地覆被遥感产品类别精度探索性分析

分析了GLOBCOVER,MODIS COLLECTION5,GLCNMO和GLC2000四种数据在中国区域的类别精度、空间一致性及类别均质性空间分布特征,结果表明:四种全球土地覆被遥感数据与参考数据存在一定的混淆现象,混淆主要发生于林地、草地、灌木和耕地之间,其中灌木与其他地类的混淆程度最为严重;四种数据完全空间一致性区域主要位于以林地、耕地、草地为主的光谱特征较为显著区域,其总面积约占研究区域总面积的39.03%;较为一致区域主要分布于完全一致区域周围,该区域的面积约占研究区总面积的40.67%,该区域主要地表类型为草地和裸地以及耕地为主;不一致区域的面积约占研究区总面积的18.56%,该区域地表类型较为复杂,地表景观呈现明显的破碎现象,耕地、林地、灌木、草地交错分布;完全不一致区域约占研究区总面积的1.74%,并且集中分布于胡焕庸地理分界线两侧,成典型的带状分布特征;四种土地覆被遥感数据的空间均质性谱图整体上趋于一致,主要分布于中国的华北平原、西北沙漠地区和东南地区。图谱表明,各地表土地覆被类别在中国西南地区的均质性区域几乎消失,这主要是因为该区域地表景观过于复杂,表现出强烈的景观异质性。本文为用户合理利用这些数据提供科学合理的依据,为多源土地覆被数据融合提供了必要的先验知识。     

基于作物空间物候差异提取黄淮海夏玉米种植面积

考虑大区域内不同纬度间玉米物候差异,利用MODIS EVI时序曲线提取黄淮海夏玉米种植面积。基于Landsat影像和MOD13Q1数据集,提取参考区夏玉米MODIS EVI时间序列曲线;根据研究区内农业气象站夏玉米生育期观测数据,构建夏玉米各物候期与纬度的关系,以纬度作为参数修正参考区夏玉米MODIS EVI时序曲线,获取研究区夏玉米EVI标准时序曲线,结合平均绝对距离（MAD）和p-分位数法提取黄淮海平原夏玉米面积。结果表明,利用遥感影像提取的北京、天津、河北、河南以及山东夏玉米面积分别为125.3×103、162.6×103、2231.8×103、2963.6×103和2731.9×103hm2,各省提取精度均达到80%以上。在市级尺度上,决定系数R2为0.82,均方根误差RMSE为147.8×103hm2;在县级尺度上,决定系数R2为0.62,均方根误差RMSE为17.7×103hm2。说明利用本方法能够准确有效地提取大区域内夏玉米种植面积,为其它农作物在大范围内估计种植面积提供新思路。     

MODIS/NDVI和MODIS/EVI在耕地信息提取中的应用及对比分析

MODIS植被指数数据是区域土地利用信息提取的重要数据源.为了对比MODIS两种主要植被指数(NDIV、EVI)在耕地信息提取中的应用,采用通过时间序列谐波分析法(Harmonic Analysis of Time Series,HANTS),对2006年全年MODIS 16天250m的NDVI和EVI时间谱数据进行了重构,从而进行了河西走廊绿洲中东部样区一系列耕地信息的提取实验,包括耕地、休耕地识别以及耕地复种指数、作物种类提取.在此基础上,对MODIS的NDVI与EVI数据的应用进行了对比分析.结果显示:(1)利用傅立叶谐波变换得到的EVI和NDVI时间谱曲线的谐波余项及谐波振幅对耕地进行识别,从识别精度来看,EVI要优于NDVI,识别精度分别为97.17%和95.99%,Kappa系数分别达到0.7938和0.6518;(2)通过计算时间序列曲线的波峰数能够提取耕地的复种指数,并且在EVI和NDVI曲线波峰阈值分别设为0.20和0.25时,休耕地能较为准确地被识别出来;(3)通过提取作物生长期内曲线的Ⅵ最大增长速率时间点以及峰值时间点等信息,作物种类能被初步识别,并且EVI较NDVI具有更强的识别能力.     

基于决策树和混合像元分解的江苏省冬小麦种植面积提取

归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列曲线能提供作物生长动态变化信息,将其应用于农作物种植面积提取具有一定优势。该文以江苏省为研究区域,采用2013年1月1日-2014年12月19日46景250 m空间分辨率的MODIS-NDVI时间序列数据、2014年4月23日的MOD09A1反射率影像及Landsat数据,开展冬小麦种植面积的遥感识别,首先利用MODIS数据建立作物的归一化植被指数时间序列曲线,再采用Savitzky-Golay滤波方法对NDVI时间序列数据进行重构,并基于农作物物候历、种植结构和种植模式等信息,提取研究区域典型地物物候生长期的关键值,在分析冬小麦、林地、水稻物候期(生长期开始时间、生长期结束时间、生长期幅度、生长期长度及生长期的NDVI最大值)变化趋势的基础上,综合比较分析不同地物平滑重构后的NDVI时间序列曲线特征,界定作物种类,确定训练规则,利用快速、高效的决策树方法,通过多阈值限定进行分类,初步提取冬小麦的空间分布范围;但是由于存在混合像元,阈值范围的设定会影响冬小麦种植面积的提取精度,针对此类问题,运用地表反射率影像数据提取冬小麦端元波谱曲线,结合线性光谱混合模型进行混合像元分解,进而根据冬小麦丰度比例精确提取冬小麦种植面积;最后利用统计数据和空间分辨率较高的Landsat TM 8影像数据对提取结果进行县域级验证。精度评价结果表明,研究区域的冬小麦种植面积提取精度达到90%,能够较准确地反映研究区域冬小麦的分布情况,表明运用中高分辨率遥感时间序列影像数据可以准确提取作物种植面积,为农作物种植面积信息提取提供参考。     

湖南省主要森林类型植被指数动态变化分析

植被指数具有明显的季节性,能客观反映植被物候信息.利用湖南省2006年MODIS/NDVI与MODIS/EVI数据,对不同森林类型的NDVI和EVI变化进行了对比与相关性分析.研究表明:(1)常绿针叶林、常绿阔叶林、竹林及灌木林NDVI季节变化不明显,曲线较平;EVI则有明显季节性,表现为钟形曲线.(2)落叶阔叶林的NDVI与EVI变化趋势一致,均呈钟形曲线.EVI能较好地描述各森林类型在不同季节的差异,适宜用作森林类型信息提取的基础数据.     

MODIS/FAPAR在呼伦贝尔草原区的精度验证与分析

验证MODIS/FAPAR产品在温性草原地区的精度,以提高NPP估算精度,为区域碳平衡监测及合理安排草地畜牧业生产提供服务。该文选取两块2 km×2 km温性草甸类草地设计和进行FAPAR实测试验。以分辨率为32 m的北 京-1号卫星遥感数据对样地进行异质性分析,然后进行尺度上推,利用地面实测数据对1km的MODIS/FAPAR草原地区产品进行验证。结果表明,在草地生长季,MODIS/FAPAR产品的草地FAPAR季节变化与实测FAPAR季节变化趋势基本一致,但总体要比实测FAPAR要高,针茅样地MODIS/FAPAR值比实测值要高约13.7%,羊草样地为18.7%。MODIS/FAPAR算法对于局部区域过于粗糙,对草地类型多样的中国来说,需更多的野外试验资料,以反演适合不同草地类型的FAPAR算法。     

利用MODIS遥感数据监测冬小麦种植面积

冬小麦是中国最主要的粮食作物之一,利用遥感技术进行冬小麦种植面积监测是粮食安全的核心内容之一。美国1999年发射的TERRA卫星上携带的中分辨率成像光谱仪（MODIs）具有独特的光谱、时相和空间分辨率,为大范围的冬小麦种植面积监测提供了可靠的数据源。但中国耕地破碎,即使是250m分辨率的MODIS数据,采用传统的信息提取方法依然无法取得高的精度。因此结合多源遥感数据和GIS数据,建立了基于TERRA／MODIS数据的冬小麦种植面积遥感监测体系结构。首先利用IKONOS米级高分辨率遥感影像提取试验样区的地块图,用以指导野外采样工作;其次,在采样工作基础上,利用LANDSAT进行区域冬小麦种植面积提取;最后利用2002年TERRA／MODIS时间序列数据的混合像元线性分解模型进行河南省冬小麦种植面积的遥感监测,监测结果与国家统计数据相比,相对误差为5．25％,精度能满足农情监测的需要。研究结果为中国冬小麦种植面积遥感监测提供了一种业务化工作方法。     

北京郊区土地利用变化及其生态效应研究

以京郊3个具有不同功能的区（县）为例,利用从1996年、2005年TM影像中获取的土地利用数据,在分析研究区近10年的土地利用变化的基础上,通过构建生态价值指数（EVI）和土地利用变化的生态价值转移率（TREV）,从土地利用变化所引起的各类型间生态价值转移的方向、幅度等方面对北京郊区土地利用变化的生态效应进行定量研究。结果表明:1996—2005年研究区的林地、草地、建设用地增加,而耕地、水域和未利用地减少,各土地利用类型的变化速度依次为建设用地 > 水域 > 耕地 > 草地 > 林地 > 未利用地;从区域看,土地利用相对变化速率从快到慢依次是城市功能拓展区（朝阳区）、城市发展新区（顺义区）、生态涵养发展区（密云县）;从类型变化看,以耕地、水域的转出和建设用地的转入为主。研究时段内研究区的生态价值指数总体呈下降的趋势,各区县的区域生态价值指数差异较大,且相对差异还在扩大,其指数下降速度从快到慢依次是朝阳区、顺义区、密云县;同时从分布变化看,EVI中值波动区减少,EVI较低区和EVI低值区增加,导致了研究区总生态价值指数有所下降。     

中小区域尺度时间序列林地LAI快速估测方法

时间序列LAI对模拟大气与植被边界上的碳水交换过程至关重要,其已经成为众多区域尺度的碳水循环机理模型研究中重要的驱动数据。针对低空间分辨率MODIS LAI产品在中小区域尺度应用时表达LAI的空间异质性精度差问题,该研究提出了一种中小区域尺度时间序列林地LAI快速估测方法。该方法首先提取了林地MODIS LAI的归一化生长曲线,利用三次样条插值函数进行归一化LAI曲线的拟合,以此曲线模拟LAI的全年变化情况;其次基于传统遥感统计模型和TM遥感数据估测展叶完全时期的LAI,作为研究区域LAI的最大值并以此控制LAI生长曲线;最后将归一化LAI拟合函数与最大LAI相乘得到时间序列LAI数据集。试验结果表明:MODIS LAI产品对中小区域尺度较高空间分辨率LAI值的估测不够准确,但MODIS LAI归一化生长曲线与归一化的实际LAI生长变化情况保持较高的一致性,可以用来模拟LAI的全年变化情况;该研究提出的方法可简单、高效地为中小区域尺度的其他研究提供有效的时间序列林地LAI数据。     

综合季相节律和特征光谱的冬小麦种植面积遥感估算

及时准确地获取区域和国家尺度的作物种植面积和空间分布具有重要意义。针对目前中低分辨率遥感数据相结合方法的局限,提出一种新的作物类型识别方法。首先基于MODIS NDVI数据的时间优势,提取研究区各类植被的NDVI时间序列曲线,从而分析冬小麦在季相节律上的识别特征,构建冬小麦识别模型。再将MODIS像元分类处理,纯耕地像元利用冬小麦的季相节律特征识别;耕地与其他植被的混合像元利用混合像元分解的思想提取耕地组分的NDVI时间序列,从而进行识别,进一步根据空间关系将识别结果重新定位到中分辨率尺度上;冬小麦与其他作物的混合像元覆盖区则利用TM遥感影像的光谱差异加以区分。在伊洛河流域主要农业区,以冬小麦为识别对象,结果表明识别精度达到96.3%。该方法为作物种植信息的提取提供了新的解决问题的途径,也对其他类型作物的识别也具有重要的参考价值。     

中国北方农牧交错区研究展望

近年北京和华北地区的沙尘灾害天气引起了广泛关注,其上风向地区的农牧交错区不但是防护的重要屏障,也是沙尘的源地之一。为了减轻农牧交错区本身的生态压力和环境恶化,需要明确其范围、界线、发展历史和治理方式。综述了上述中国北方农牧交错区的研究进展,并展望了农牧交错区研究中比较紧迫的区域和研究方向。在研究的领域当中,荒漠化及物质迁移仍然是持续研究的基础,景观（土地利用）变化及其模拟和水土保持等生态恢复研究是针对性较强的研究内容;在农牧交错区中,河北坝上地区和内蒙古乌盟后山、长城沿线、毛乌素和科尔沁等农牧交错地带是重     

基于DPSIR模型的黄土高原生态敏感性演变格局及驱动力分析

摸清生态系统敏感性时空演变格局，对其驱动因素及未来发展趋势进行探测是修复和提高生态系统稳定性的重要内容。黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一，探究该地区生态敏感性时空演变特征及驱动因素，科学划分生态敏感性治理分区对于促进国家生态文明建设具有重要意义。基于“驱动-压力-状态-影响-响应”（driving-pressure-state-impact-response，DPSIR）框架，耦合空间距离指数和全排列多边形图示指标法构建生态敏感性指标体系，使用地理信息演变图谱和地理探测器研究黄土高原2000—2020年5个时间点生态敏感性时空格局和驱动力，最终划分生态敏感性治理分区。结果表明：1）研究期内黄土高原生态敏感性表现为西北高、东南低的分布特征，时间上先增加后下降。2）研究期内黄土高原生态敏感性转移类型以波动稳定型为主，生态改善区面积占比最大（35.17%），变化0次和1次的面积占比62.06%，生态环境演变稳定向好。3）生态敏感性的各驱动因素中，NDVI和降水量以及两者与其他因子的交互作用对于黄土高原生态敏感性具有明显的驱动作用。4）2030年低度敏感将成为黄土高原的主要敏感类型；沙地和农灌区以及黄土高塬沟壑区的中西部是生态敏感性治理的重点地区。整体来看，黄土高原生态环境有所好转，生态治理措施取得了积极成效，该研究可为黄土高原生态治理及高质量发展提供参考。     

北方农牧交错带界线变迁区的土地利用与景观格局变化

交错带是相邻生态系统的边缘交汇带,是陆地生态系统对全球变化和人为干扰响应较为敏感的地段。在全球气候变化和人为干扰的影响下,北方农牧交错带的地理位置和界线不断变迁,界线变迁区的土地利用和景观格局也处于快速的变化之中。该文基于气象和土地利用数据,利用遥感、GIS技术和景观生态学方法,界定了北方农牧交错带及界线变迁区的地理位置,并分析了1986-2000年界线变迁区的土地利用和景观格局时空变化特征。结果显示:(1)北方农牧交错带的西北界、东南界缓冲区土地利用结构变化、不同地类之间的相互转化及土地利用动态度变化存在明显区域差异;(2)西北界、东南界缓冲区景观重心迁移的距离和方向、景观格局变化呈现出不同的特征。     

我国北方农牧交错区土地生态安全评价——以白城市为例

白城市位于北方农牧交错区,生态环境脆弱。为了解其土地生态安全状况,基于压力—状态—响应（pressure-state-response简称PSR）模型,共选取21个指标构建了土地生态安全评价指标体系,对2007—2012年白城市及其所辖5个县区土地生态安全变化情况进行评价分析。结果表明:（1）各县（市、区）土地生态压力—状态—响应情况不同,镇赉县、大安县及洮北区土地生态压力安全值较高,对安全综合值贡献率在38%以上;洮南市土地生态状态安全值较高,贡献率在36%以上;通榆县土地生态压力—状态—响应安全值分布比较均衡,贡献比为35:34:31。（2）2007—2012年,白城市土地生态安全综合值由0.712 2提高至0.780 4,土地生态环境有所改善,但土地安全等级仍处于敏感级,生态环境比较脆弱。（3）白城市土地生态安全状况的改善有赖于实施有效的人口政策,控制人口规模;引进人才,鼓励农民发展新型绿色农业,减轻土地污染压力;提高环境保护意识,加大环保投资力度,促进土地生态恢复。     

镇域土地生态安全综合评价研究——以重庆市丰都县十直镇为例

以重庆市丰都县十直镇18个村（居委）为例,构建土地生态安全评价指标体系,以2011年数据为基础,运用综合分析法对其进行土地生态安全评价,以期判定影响其土地生态安全主要因素的重要性程度,并提供其土地生态安全未来的发展方向。结果表明:（1）总体上十直镇18个村（居委）的土地生态安全存在风险,但各村（居委）之间存在一定的差异,土地生态安全处于良好级的村1个,处于临界安全级的村（居委）13个,处于敏感级的村4个。（2）从空间分布来看,十直镇18个村（居委）的土地生态安全度从镇中部分别向西北方向和东南方向递减。（3）十直镇土地生态安全主要影响因素的重要性程度有差异,即地形条件 > 土地利用 > 土地质量安全 > 土地承载力安全,且各村（居委）之间有着明显的空间差异。（4）根据各个村（居委）的发展目标和实际情况,可把十直镇划分为城镇生态区、现代农果生态区、生态保护区和农业生态区共4个生态功能区。     

黄河三角洲国土空间演变的时空分异特征与驱动力分析

科学有效掌握国土空间时空演变特征及其驱动机制是优化与构建国土空间保护开发格局的基本前提。该研究以黄河三角洲为例,围绕"过程-格局-驱动"的逻辑主线,基于2000、2010和2020年遥感数据构建国土空间分类体系,利用弦图可视化模型和地学信息图谱刻画国土空间演变过程,借助重心偏移模型和空间自相关分析法明晰国土空间演变的时空格局特征,通过地理探测器解析国土空间演变的驱动机制。结果表明:1)2000—2020年黄河三角洲国土空间规模与结构变化日益显著,不同类型之间发生着农业空间内部互换、生态空间与农业空间互换以及城镇空间向生态空间的转移过程。2)2000—2020年黄河三角洲不同类型国土空间重心偏移呈同向连续和异向迂回现象,沿海地区的HH集聚和LL集聚特征显著,并在不同时期表现为农业空间和城镇空间占用生态空间转向城镇空间反哺生态空间和农业空间的特点。3)2000—2020年黄河三角洲前后两个时期国土空间演变的驱动力存在差异,由早期的交通区位和经济发展水平为主控因子逐渐转向后期以政策制度环境为主导的驱动机制。积极开展黄河三角洲资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价,构建合理有序的国土空间保护开发秩序是实现该地区可持续发展的重要支撑。     

2001-2013年开孔河流域净初级生产力遥感估算及其时空分布特征

[目的]估算2001—2013年开孔河流域净初级生产力（NPP）,并分析其时空分布特征和未来变化趋势,为自然资源的管理和有效利用提供依据。[方法]基于MODIS植被指数（NDVI）产品数据、气象数据和植被分类数据,利用改进的CASA模型。[结果]2001—2013年开孔河流域年均NPP呈逐渐增长趋势;空间上表现为西北高、东南低的特征,以开孔河为高值中心呈带状分布;NPP年内变化较大,夏季最高,占全年的65．30％,冬季仅有2．13％,为各季最低;Hurst指数与Slope趋势空间耦合图表明流域内未来NPP将呈增长趋势。[结论]开孔河流域生态环境呈良性发展的态势且季节差异明显、区域差异明显。     

东北农牧交错带旱涝特征对气候变化的响应

[目的]从旱涝灾害角度分析气候变化对东北农牧交错带的影响,对该区的气候变化和旱涝特征进行研究,为充分利用气候资源,合理调配水资源,提高灾害应变能力提供科学依据。[方法]统计1960—2011年东北农牧交错带21个气象台站的逐月气温、降水资料,应用Mann—Kendall气候突变检验法、标准化降水指数(SPI)、样条函数插值法对该带旱涝状况的时空分布进行了分析。[结果](1)东北农牧交错带气候呈现出明显的暖干化趋势,SPI3表明春、夏、秋三季干旱事件增多,21世纪以来,春旱事件较为频繁,冬季降水略微增加;(2)气温突变发生在1988年,突变后,干旱的比例增加了20.7%,涝的比例增加了9.3%,降水处于"正常"的年份则大幅度减少,对该区极为不利;(3)SPI12低值中心由科尔沁沙地向东北延伸到松嫩平原,干旱面积有大幅度增加的趋势,东北农牧交错带中南部旱化较为严重。[结论]东北农牧交错带暖干化的趋势给该区农牧业带来不利影响,受旱地区应及时启动干旱预警紧急方案,开展抗旱工作。     

霍林河流域中下游土地利用变化及生态安全响应

以GIS和RS技术为平台,选取1970年和2005年霍林河流域中下游的土地利用数据,从景观生态学角度提出了景观生态指数来反映LUCC变化所带来的生态效应。在此基础上,构建生态安全评价指数（ESI）研究霍林河流域景观生态安全的时空变化特征。研究表明:35 a间土地利用变化显著,导致景观生态安全指数的时空分异性较强,生态安全程度总体呈下降趋势,由于研究区特殊的生态环境,使该区域生态安全指数分布形态及其下降幅度存在较大的差异,较高的生态安全指数（ESI>0.7）主要分布于该区域的西北部,整体呈现由西北向东南下降的趋势。该文应用景观方法研究生态安全,揭示不同景观类型间的迁移转化特征,并进一步识别区域生态环境的变化趋势及其内在因素,对区域生态建设和资源开发具有指导意义。     

土壤风蚀物中沙粒的动力学特性分析

该文以内蒙古阴山北部的典型农牧交错带耕地为试验区,采用SC-I型沙尘采集器收集跃移沙粒,对收集到的土壤风蚀物进行分析整理,得出了沙粒动力学计算的各重要参数,并从单颗粒土壤在气流中所受的作用力出发,紧密联系野外实验测得的数据,采用4/5阶RKF算法,对沙粒不同受力状况下的运动轨迹和运动特征进行分析。研究表明沙粒粒径愈小发生漂浮所需要的条件愈低,随粒径的增大要求达到的旋转角速度ω、垂直起跳初速度v0越来越大,而小于0.075 mm的颗粒容易在脱离地面后,浮在空中从而成为悬移的主体;同时得到了沙粒最大跃移高度Hm关于风蚀物粒径D和垂直起跳初速度v0的通用双因子预测模型。研究为今后风沙运动力学理论的深入研究及土地荒漠化的防治提供依据。