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。     

多尺度高分辨率全球土地覆被遥感产品相对一致性比较

国家及区域尺度的土地覆被信息对于解决环境演变、生物多样性保护、生态系统评价及环境建模等一系列问题起着至关重要的作用。该文从国家及区域尺度分别比较了当前全球2种最高分辨率的土地覆被遥感产品,以便解释两者在空间及专题上的一致性和异质性。结果表明,GLOBCOVER和MODIS2种产品在国家尺度上具有较好的一致性,但在区域尺度上仍有较明显的差异,特别是在中国东北和西南地区;2种产品在林地、灌木、耕地和草地间存在严重的混淆现象;总体精度和Kappa系数在全国尺度和区域尺度有着较大的差异,总体精度值从全国尺度的56.35%降为区域尺度的27.01%,Kappa系数值从全国尺度的47.09%降为区域尺度的16.57%。在全国尺度上东北区域有着最好的一致性,四川盆地的总体一致性最差;MODIS产品的类别均质性百分比明显优于GLOBCOVER,类别一致性百分比与空间一致性之间存在显著的相关性,其决定系数R2为0.724,说明产品间的类别均质性百分比差异越小,两者的空间一致性越高。该研究可为遥感产品的使用者提供准确可信的信息分布,为产品生产者有针对性改进分类算法提供科学合理依据。     

中国区域多源土地覆被遥感产品精度分析与验证

国家及区域尺度的土地覆被信息对于解决环境演变、生物多样性保护、生态系统评价及环境建模等一系列问题起着至关重要的作用。该文以中国科学院CHINA2000数据为参考,从国家尺度比较了当前全球4种土地覆被遥感产品的分类精度,以便解释验证数据与参考数据在空间及专题上的一致性和异质性。结果表明:与参考数据相比,4种遥感产品的土地覆被类别的空间分布,从整体上表现出较高的一致性,但在局部区域差异性较大,特别是在景观异质性较强的西南和东南地区;GLC2000遥感产品从相关系数和总体精度方面都表现出与参考数据较好的一致性,其相关系数为0.92,总体精度为55.86%,GLOBCOVER产品则表现出与参考数据较差的一致性;4种产品与参考数据在空间上表现出明显的混淆现象,混淆主要发生于林地、灌木、草地和耕地之间,这表明粗空间分辨率遥感产品在识别叶类土地覆被类型的能力上仍需要改进,该文为中国用户合理利用遥感产品提供了科学合理的依据。     

基于证据理论的多源遥感产品土地覆被分类精度优化

针对现有土地覆被遥感产品及融合方法存在的不足,该文提出了一种新的分类体系转换方法,实现了证据理论(Dempster-Shafer)框架下多源产品的集成,并以GEOWIKI、林业调查数据为参考,通过绝对及交叉验证方法对融合结果精度进行了评价。研究结果表明:无论总体精度还是类别精度,融合结果与原始数据相比均有一定提高,说明在融合过程中,吸收了多源数据的类别分布特征,做到了多源数据间的互补。通过融合结果的不确定性分析,总体上融合结果的不确定性较小,但在景观异质性较强区域,融合结果的不确定性显著,不确定性值集中于0.4~0.7之间,这说明如何提高景观异质性区域的土地覆被类别精度,实现该区域数据重构是未来亟需解决的问题。该文所得成果为未来全球或区域尺度土地覆被遥感产品的研制及产品精度验证提供了参考。     

基于MODIS遥感数据和GIS的山东省生态环境状况评价

本文利用山东省MODIS遥感影像,以监督分类方法进行了土地利用／覆被分类,通过GIS的空间分析功能提取出生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、环境质量指数等评价信息,利用构建的生态环境状况指数（EI）模型,进行了山东省生态环境状况的评价。研究结果表明,山东省生态环境状况整体较好,优、良面积占总面积的61．1％,但同时存在环境污染、土地退化、水资源短缺等问题,生态环境较差、差的面积占16．2％。该研究探索了MODIS数据和GIS技术相结合的生态环境状况评价方法,对区域生态环境的保护和改善具有积极意义。     

多源土地覆被产品在长三角地区的一致性分析与精度评价

土地覆被数据是全球环境问题,人类活动对生态系统影响评估等相关研究的重要数据源。近年来国内外生产了众多全球尺度或国家尺度上的土地覆被数据集,这些数据集在应用于特定区域研究时精度的可靠性以及多源数据集间的一致性对数据集的选择有着重要意义。该研究以长三角为研究区域,采用混淆矩阵、构成相似性分析和空间一致性分析等方法,对CCI_LC、FROM-GLC、GLC_FCS30、GLCNMO、GlobeLand30和CGLS_LC6种土地覆被数据集进行了基本精度验证及一致性分析,并探讨了面向不同用户需求的土地覆被数据产品的适用性。结果表明:CCI_LC、FROM-GLC、GLC_FCS30、GLCNMO、GlobeLand30和CGLS_LC在长三角地区的总体精度分别为76.89%、78.42%、84.67%、74.26%、80.61%和85.43%;产品间土地覆被类型面积估算的相关系数均大于0.9;FROM-GLC、GLC_FCS30和GlobeLand30三套产品对长三角地区65.51%的土地分类有完全一致性,产品间一致性分别为72.23%、77.99%和76.41%。6种产品对于广泛分布且占研究区大部分面积的耕地、林地、水体和建设用地具有较好的分类精度,湿地、裸地、灌丛和草地分类结果较弱,需要辅助其他数据产品使用。结合地形地貌分析来看,长三角地区土地覆被分类精度整体受地形起伏影响较小,但丘陵密布的浙江省的部分区域受地形影响出现了分类不稳定的情况。从城市发展的角度看,长三角地区土地覆被分类精度受到城市经济发展活跃程度影响。面向用户应用需求来看,耕地类型上CGLS_LC数据具有最优表现,林地和建设用地类别上GLC_FCS30和CGLS_LC具有相近的优秀表现,而水体类别则是FROM-GLC数据更具有优势。     

陕北黄土高原地区土地利用/覆被分类及验证

陕北地区自退耕还林工程实施以来,区域土地覆被发生巨大变化,退耕后土地利用/覆被分类有利于实现退耕前后土地利用/覆被动态监测,评价退耕还林工程进展程度。该文在前人分类系统的基础上,通过对研究区不同土地覆被类型分布特征的实地调查,首先构建了适合陕北地区的土地覆被分类系统;其次依照上述分类系统,以MODIS/NDVI数据、DEM数据和陆面温度数据为依据,采用决策树分类方法对2008年陕北地区土地覆被进行分类;最后采用野外调查数据和Google Earth高分辨率遥感数据,利用误差矩阵的方法对分类结果的整体精度和典型区域不同土地覆被类型的区分精度进行验证。结果表明,基于上述方法的土地覆被分类不仅反映了土地覆被分布的整体情况,而且不同的土地覆被类型之间也得到较好的区分。     

1990-2015年乌苏里江流域土地覆被变化

[目的] 分析1990—2015年乌苏里江流域内中国和俄罗斯两国区域土地覆被变化特征和差异,为该流域内人地关系研究和土地资源管理提供科学参考。[方法] 以Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,采用基于面向对象的遥感分类方法,提取乌苏里江流域1990年和2015年的土地覆被信息,分析乌苏里江流域土地覆被变化的主要特征。[结果] 1990—2015年的26 a间,乌苏里江流域内农田、湿地面积变化较为明显。农田呈扩张趋势,面积增加6 089.69 km²,增长率18.4%。其中,5 416.7 km²农田由湿地转化而来,农田扩张主要发生在中国境内区域。湿地、林地面积分别减少了5 683.51和844.09 km²,减少率分别为56.4%和3.51%。俄罗斯境内土地覆被变化作用强度较弱,各土地覆被类型间变化率均不超过2%。[结论] 气候、地形、农业宏观政策和农业生产方式等是推动乌苏里江流域土地覆被变化的影响因素;其中,农业生产方式的转变和规模的扩大是该流域土地覆被变化的最主要驱动力。     

潞安矿区净初级生产力和土地覆被变化及成因

净初级生产力和土地覆被变化是指示区域生态环境变化的重要指标.基于EOS/MODIS卫星遥感数据,运用地理信息系统软件ArcGIS 9.3的统计与分析模块对2001-2006年潞安矿区净初级生产力、土地覆被变化及其成因进行了研究和分析.结果表明:(1) 2001-2003年的矿区绝大部分区域净初级生产力大于0.2 kg/(m2·a),而2004-2006年的净初级生产力低于0.2 kg/(m2·a)即研究时段内矿区净初级生产力呈明显减少趋势;(2)灌丛向稀树草地,稀树草地向农用地,地表水域向裸地转换是土地覆被变化的主要特征;(3)煤炭开采,农用地开垦等人类活动和降水量减少,气温升高为特征的气候变化是研究区植被覆盖度和净初级生产力降低的两个主要原因.总之,煤炭开采和土地垦殖为主的人类活动所引起的土地覆被变化直接导致了潞安矿区净初级生产力的降低.     

巢湖水陆交错带土地利用景观格局梯度分析

通过解译巢湖水陆交错带2013年Landsat 8遥感影像,提取土地利用类型信息,运用景观格局指数和地理空间插值法分析研究区的景观格局特征。在景观格局分析基础上选择代表性样带,应用移动缓冲带法对景观梯度变化进行研究,以期为巢湖水陆交错带的土地利用、生态环境保护和景观优化提供参考。结果表明:景观破碎度、景观多样性在空间分布及梯度变化上表现出较高的区域分布一致性,即二者的高值、低值分布区相匹配。景观优势度在不同特征的样带内表现出不同的变化特点,其变化不仅受斑块面积的影响,用地布局对其影响更大。景观连通性在各个样带内均较高,各景观类型的斑块内部之间连接紧密。     

基于水分盈亏指数的四川省玉米生育期干旱时空变化特征分析

四川省地形地貌复杂多样,常年多旱灾,玉米是该省主要粮食作物之一,在粮食生产中占有重要地位,但干旱一直是制约四川省玉米生长发育和产量形成的重要因素,常年春、夏、伏旱频发重发,造成玉米年际间产量不稳定。评估四川省玉米生育期干旱状况,分析其时空变化特征,可为相关部门制定农业生产计划、防灾减灾措施以及保险部门确定保费率提供科学依据。本文利用四川省144个玉米种植区气象台站1970—2010年逐日气象数据,以水分盈亏指数作为干旱指标,分析四川省6大玉米种植区域(盆南丘陵区、盆中浅丘区、盆西平丘区、盆周边缘山地区、盆东平行岭谷区和川西南山地区)玉米生育期内干旱频率的时空变化特征及干旱发生风险度的空间分布。结果表明:从时间变化看,各区域干旱频率变化趋势不同,但大部区域从20世纪90年代后期开始明显增加,其中拔节—乳熟期干旱站均次数变化趋势除盆东平行岭谷区随年代呈下降趋势,其余各区都呈上升趋势,乳熟—成熟期干旱站均次数变化趋势盆南丘陵区、盆西平丘区及盆周边缘山地区呈明显上升趋势;从空间分布看,盆南丘陵区轻旱发生次数最高,盆中浅丘区中旱发生次数最高,盆西平丘区及盆东平行岭谷区发生干旱次数相对较低;干旱发生风险度空间分布为:全生育期干旱风险重度区主要集中在盆中浅丘区、盆东平行岭谷区大部及盆南丘陵区部分区域,拔节—乳熟期重度风险区主要集中在盆地北部及盆中浅丘区大部,乳熟—成熟期重度干旱区域分布在盆北、盆东南及盆中浅丘区部分区域。     

四川省水稻综合气象灾害风险区划

本文利用1981—2012年四川省82县的水稻单产资料,采用HP滤波法,进行水稻气象产量分离,分歉收年和成灾年两个年型,研究四川省水稻单产平均减产率、减产率变异系数和不同等级减产率风险概率的空间分布特征,并基于成灾年风险区划指标,开展四川省水稻综合气象灾害风险区划。结果表明:HP滤波法可用于四川省水稻气象产量分离,四川省水稻气象产量具有显著的准4 a、7 a周期振荡特征。平均减产率从西南向东北方向呈现"高–低–高"分布特征,80%以上县歉收年平均减产率介于2%～7%,成灾年平均减产率介于6%～15%。各县歉收年减产率变异系数介于0.6～2.2,成灾年减产率变异系数介于0～1.2;减产率变异系数相对高值区位于西南山地西部、盆地南部和盆地北部山地。各级减产率风险概率大值区主要集中于广元和巴中地区,还包括盐亭、古蔺、盐源、越西等县。四川省水稻综合气象灾害高风险区主要分布于盆地北部、盆地南部和西南山地西部等山区,中等风险区主要分布于盆地丘陵区及盆周低山区,低风险区主要分布于盆地平原、浅丘区和凉山州中东部。风险区划结果与四川省气象灾害分布和水稻农业气象灾害分布的研究成果相吻合,可为四川省水稻防灾减灾提供科学依据和重要参考。     

渭河流域降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]揭示渭河流域降雨侵蚀力的时空变化特征,为区域水土保持规划提供依据。[方法]根据渭河流域及其周边范围30个气象站点1957—2014年逐日降雨资料,采用章文波日降雨量侵蚀模型计算各站点的降雨侵蚀力,分析其空间分布规律和年内分布特征。[结果]渭河流域多年平均降雨侵蚀力值分布范围为806.25~3 510.81 MJ·mm/(hm2·h),平均值1 798.97 MJ·mm/(hm2·h),与多年平均侵蚀性降雨的空间分布基本一致,总体呈现西北低东南高的趋势。渭河流域降雨侵蚀力年内变化呈单峰型,主要集中在7—9月,占全年降雨侵蚀力的63.91%。北部黄土高原地区和关中平原发生水土流失的时期集中在7—9月,而秦岭北麓地区5—10月均有可能发生较大的水土流域,侵蚀风险由西北向东南递增。流域降雨侵蚀力年际波动较大,年际变率Cv值在34%~56%之间,整体而言,流域西北部地区的降雨侵蚀力年际变化幅度大于东南部地区。除洛川、长武、环县、平凉4个站点降雨侵蚀力在研究时段内有所增大外,其余地区降雨侵蚀侵蚀力呈不同速率的减小趋势。[结论]渭河流域降雨侵蚀力时空分布差异显著,尽管流域降雨侵蚀力呈减弱趋势,由于流域地处黄土高原,水土保持与水源涵养工作仍需高度重视。     

气候变化背景下淮河流域干旱演变特征

[目的]淮河流域是我国主要的粮食生产基地,明晰流域内干旱演变特征及其极端性对科学开展旱灾防御治理具有重要作用。[方法]基于淮河流域1971—2015年降水数据,计算3个月时间尺度的标准化降水指数(SPI),结合反距离权重空间插值法、气候倾向率、游程理论对干旱时空演变特征及其特征变量进行了分析。[结果](1)四季中,春、秋季呈干旱化发展趋势,且秋季速率明显大于春季,夏、冬季呈湿润化趋势,夏季速率大于冬季。(2)全区各季平均干旱频率均在30%左右。空间上,春季流域北部湿润化,南部干旱化;夏季流域北部干旱化,南部湿润化;秋季大部分地区气候倾向率为负值,正值区仅在江苏北部出现;冬季大部分地区呈湿润化趋势。(3)干旱特征变量中,干旱历时与干旱次数的空间分布特征相反;烈度峰值高值区与干旱历时、干旱烈度在流域东北部空间分布较为一致;流域东南部烈度峰值高值区较干旱历时和干旱烈度向东南部略有偏移。[结论]流域内秋季干旱化趋势明显,冬季呈湿润化发展,春夏季干旱演变存在地区差异,区域内干旱呈现极端化发展趋势。     

基于GLEAM遥感模型的中国1980－2011年地表蒸散发时空变化

对中国地表蒸散发时空变化的分析,有助于了解气候变化对水循环的影响及对中国水资源的合理配置。该文基于GLEAM（global land-surface evaporation: the Amsterdam methodology）遥感蒸散发模型,通过对GLEAM产品在站点尺度和流域尺度的精度验证以及中国地表蒸散发时空变化特征的研究,得出以下结论：1）GLEAM产品在中国区域满足精度要求,在站点尺度上,GLEAM产品在草原半干旱区的模拟程度最好,海北、内蒙古、当雄3个草原站皮尔逊相关系数（pearson correlation coefficient,CC）均值为0.77（0.65～0.85）;森林站的CC相关系数均值为0.66（0.40～0.85）,禹城农田站CC值为0.68;在流域尺度上,海河（相对偏差（relative bias,RB）16.2%）、黄河（RB,15.2%）、西北诸河流域（RB,9.2%）的验证结果精度较好。在绿洲或农灌区降水较少的年份,GLEAM产品符合地表实际蒸散发可能大于降水的规律;2）1980－2011年中国的多年平均蒸散发为18～1 400 mm,空间分布呈从西北向东南方向递增,西北地区多年平均蒸散发最少,海南岛与台湾岛是多年平均蒸散发的极大值区;3）1980－2011年中国平均的年地表蒸散发变化范围为349.7～436.0 mm,多年平均年地表蒸散量为397.5 mm。近32 a中国区域平均地表蒸散发呈显著的上升趋势,上升速率为12.3 mm/(10 a);4）1980－2011年中国各栅格地表蒸散量变化速率为?86.5～108.7 mm/(10 a),地表蒸散发减少的面积占28.4%,9.45%的区域地表蒸散发呈明显减少、显著减少及急剧减少趋势,主要位于内蒙古东部、青藏高原西部（新疆西部及东北部、西藏西北部）、甘肃南部等地。地表蒸散发增加的面积占71.6%,18.2%的区域地表蒸散发呈显著增加、急剧增加的趋势,主要位于海河区的河北南部及山东西北部、淮河流域的山东半岛、黄河区的青海东部、长江中下游区的四川东部、山西南部、湖北、湖南、安徽、江西等地、东南诸河区、珠江区及云南南部等;5）各栅格年蒸散发的变化趋势主要由夏季蒸散发变化趋势主导,春季、秋季、冬季对年蒸散发变化趋势的影响较弱。该研究对理解中国气候变化与水资源之间的相互影响具有重要作用,可为中国水资源评价与管理提供参考及决策依据。     

基于MODIS的中国陆地气溶胶光学厚度时空分布特征

利用MODIS 08_C5气溶胶产品2000—2008年月均值资料,通过线性回归和相关分析方法,探讨中国大陆地区550 nm气溶胶光学厚度的时空分布特征和变化趋势。结果表明:南疆盆地、长江中下游地区以及四川盆地常年处于气溶胶光学厚度高值区;全国各地气溶胶光学厚度季节变化有明显差异,大部分地区年内呈先增大后减小趋势,4月达到其年内最高值,且多年光学厚度月均值与全国每月发生沙尘总次数呈显著相关关系;沙尘月发生10次以上地区,沙尘月发生次数与光学厚度月均值之间呈显著线性相关关系,而沙尘月发生10次以下地区,沙尘月发生次数与光学厚度月均值之间没有明显的关系。     

中国西部区耕地等别空间分布特征

在总体上把握西部区耕地质量分布特征,对于制定适合西部区耕地质量保护和提升对策意义重大。该文以西部区12省的农用地分等国家级汇总结果为基础,分析了西部区耕地等别在空间上的分布特征。研究结果表明,西部区耕地等别范围为4～15等,平均等别为11.2等,与全国总体水平相比,耕地等别总体偏低;西部各省耕地等别差异明显,广西、四川、重庆等南部省份等别较高,等别集中在6～10等,甘肃、内蒙、青海等北部省份等别较低,集中在10等以后;从土地利用分区来看,西南区的耕地等别高于西北区和青藏区;从标准耕制度分区来看,各一级指标区间耕地质量分布差异明显,华南区、江南区、四川盆地区等地区耕地等别较高,青藏高原、内蒙古高原及长城沿线区、东北区的耕地等别较低;同一指标区内,耕地复种次数越多,等别越高,灌溉水田或水浇地的等别总体高于旱地,海拔低的耕地等别高于海拔高的耕地等别;西部区的耕地等别分布特征表明,优先保护复种指数高的耕地,相同复种指数的优先保护水浇地和水田。该研究为制定西部区耕地空间布局优化、质量提升对策提供依据。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

基于MODIS数据用两步法构建四川省地面太阳辐射计算模型

以MODIS遥感资料为基础数据,采用统计模型反演的方法,构建了两步法计算高分辨率地面太阳辐射量的计算模型。第一步基于遥感云量与地面日照百分率的相关关系,计算格点各月日照百分率值;第二步基于日照百分率与太阳辐射量的相关关系,计算格点太阳辐射量。应用本方案对四川省1km格点分辨率地面太阳辐射量进行计算,并利用6个辐射站总辐射实测值对计算结果进行检验。结果表明：四川省年总辐射量在3102～6659MJ·m^-2,最低值出现在四川盆地东南部,最高值出现在川西高原西部。利用地面辐射站观测资料进行检验,结果表明各站各月太阳辐射量计算值与实际观测结果基本一致,年辐射量计算绝对误差均小于100MJ·m^-2,相对误差均小于2%,表明该模型模拟精度较高,可用于四川省地面太阳辐射量计算。     

中国北方风蚀水蚀侵蚀动力时空分布特征

以中国北方15省为研究对象,收集了研究区内长时间序列气象数据349站,计算了降雨侵蚀力和风蚀气候因子指数,采用半方差函数和基尼系数等指标,系统分析了风蚀动力和水蚀动力的时空分布格局。结果表明:(1)中国北方降雨侵蚀力平均值为1 652.90MJ·mm/(hm~2·h·a),风蚀气候因子指数平均值为70.12,降雨侵蚀力在空间分布上呈中等程度变异,而风蚀气候因子指数为强变异。(2)降雨侵蚀力具有强烈的空间相关性,而风蚀气候因子指数具有中等的空间相关性。风蚀气候因子指数总体表现北方高南方低,中部高,东西较低,而降雨侵蚀力的空间分布从东南向西北呈递减趋势。(3)风蚀气候因子指数和降雨侵蚀力具有明显的非同步性,风蚀气候因子指数的年内分布较为均匀,而降雨侵蚀力的年内分布极不均匀。研究结果可为我国北方风蚀水蚀综合治理提供一定参考。