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基于自然的青藏高原一体化生态保护修复优化管理

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中国科学院院刊 2024年第7期39卷 1123-1130页

作者：王军傅伯杰张骁刘焱序赵文武自然资源部国土整治中心(自然资源部土地科技创新中心)自然资源部土地整治重点实验室北京100035 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

青藏高原对中国乃至全球起着重要的生态安全屏障作用,近年来生态环境状况总体改善。但青藏高原在重点攻坚和协同治理、自然恢复和人工修复、高质量发展和高水平保护等关系处理上仍存在诸多管理挑战。文章提出利用“基于自然的解决方案... 详细信息

青藏高原对中国乃至全球起着重要的生态安全屏障作用,近年来生态环境状况总体改善。但青藏高原在重点攻坚和协同治理、自然恢复和人工修复、高质量发展和高水平保护等关系处理上仍存在诸多管理挑战。文章提出利用“基于自然的解决方案”开展适应性管理,建议基于“三级尺度框架”落实生态保护修复规划,基于定量化的生态监测、评估和预警数据开展气候变化和人类扰动下的生态保护修复工程适应性管理,基于利益相关方协同治理提升生态保护修复的公众参与度,从而实现基于自然的青藏高原一体化生态保护修复优化管理。

关键词：基于自然的解决方案适应性管理景观尺度社区参与

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粤港澳大湾区湿地生态系统服务及价值评估研究进展及展望

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生态科学 2024年第2期43卷 271-280页

作者：何江润吴艳艳吴志峰广州大学地理科学与遥感学院广州510006 广东财经大学文化旅游与地理学院广州510006 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州510006 自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室深圳518060 广东省地理国情监测与综合分析工程技术研究中心广州510006

粤港澳大湾区湿地生态系统近年受气候变化与人类活动因素的双重胁迫,湿地面积急剧萎缩,湿地生态系统结构、功能、服务、生态过程等愈加复杂,加剧了湿地生态系统服务评估及保护工作的难度。因此如何在类型丰富、结构复杂的大湾区湿地生... 详细信息

粤港澳大湾区湿地生态系统近年受气候变化与人类活动因素的双重胁迫,湿地面积急剧萎缩,湿地生态系统结构、功能、服务、生态过程等愈加复杂,加剧了湿地生态系统服务评估及保护工作的难度。因此如何在类型丰富、结构复杂的大湾区湿地生态系统构建针对性的、适用性的生态系统服务评估体系,进而开展系统性的、针对性的生态服务及资产评估,也是现阶段大湾区自然资源监测及生态安全评估的重点及重大课题之一。以粤港澳大湾区湿地生态系统为分析对象,梳理湿地生态系统服务及其价值研究进展。研究发现该区域存在湿地遥感监测能力不足、湿地生态系统服务价值评估体系不适用等关键问题,受限于粤港澳大湾区的气候特征、复杂的地表环境及湿地类型,此区域湿地生态系统服务价值评估难度将会提升。针对粤港澳大湾区湿地生态服务价值评估目前面临的挑战,展望粤港澳大湾区湿地生态系统服务价值评估的三个重要方向:1.实现湿地参数精准提取,构建高时间分辨率湿地数据集;2.针对湿地资源特征,构建大湾区湿地生态系统服务价值评估体系;3.建立湿地资源价值评价系统,实现湿地从“资源评价”到“资产核算”的发展。

关键词：粤港澳大湾区湿地生态系统服务价值评估方法

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中高分辨率卫星影像的装置级别工业热源识别

遥感学报 2024年第8期28卷 2101-2112页

作者：孙爽姜磊刘保献鹿海峰任华忠王新辉李金香北京市生态环境监测中心北京100048 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871

针对精细化工业热源遥感监测困难与误差较大等问题,本文聚焦单个规模较大的工厂内部热场分布情况,提出一种基于中高分辨率卫星影像(Landsat 8)的装置级别工业热源的多层级识别方法。该方法基于双通道非线性劈窗算法反演的地表温度,利用... 详细信息

针对精细化工业热源遥感监测困难与误差较大等问题,本文聚焦单个规模较大的工厂内部热场分布情况,提出一种基于中高分辨率卫星影像(Landsat 8)的装置级别工业热源的多层级识别方法。该方法基于双通道非线性劈窗算法反演的地表温度,利用多种空间统计分析方法分别对单期影像开展热源装置范围的识别检测,筛选出识别位置准确、识别能力稳定的方法,开展多时相热源装置识别分析,确定厂区范围内稳定出现的热源装置的位置,并结合高分辨率卫星影像进一步确定热源装置的边界范围。在某石油化工企业厂区的实验研究结果如下:5种方法均具有识别热源装置的能力。其中,温度1.5倍标准差分级与焦点统计分析方法适合捕捉厂区内最主要的热源装置,冷热点分析、温度1倍标准差分级方法以及聚类与异常值分析方法更适用于识别厂区内一般的热源装置。聚类与异常值分析方法识别结果正确检出率在80%以上,整体遗漏率低于10%,且各期识别结果受季节变化影响较小,更适用于识别装置级别(主要包括生产装置、循环水、锅炉装置、储存库、火炬装置以及罐区)的热源对象。识别的热源装置中,生产装置占比约55%,是厂区主要的热源装置。研究结果表明,中高分辨率卫星遥感影像数据源可以有效监测工业企业的精细尺度发热单元,为环境保护与管理、工业去产能监测提供技术支撑。

关键词：遥感工业热源装置高温单元识别地表温度空间统计分析

城市地表温度遥感:从方向温度、全表面温度到三维表面温度

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遥感学报 2024年第6期28卷 1480-1496页

作者：陈云浩王丹丹占文凤周纪胡德勇全金玲孙灏郭徵夏海萍代秀娟姜璐北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室北京100875 中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 南京大学江苏省地理信息技术重点实验室/南京大学国际地球系统科学研究所南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 电子科技大学资源与环境学院成都611731 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 气象卫星创新中心北京100081 杭州师范大学遥感与地球科学研究院杭州311121 南京邮电大学地理与生物信息学院南京210023

城市地表温度是城市下垫面能量收支和局地气候变化的重要参数,较大范围的城市地表温度一般通过遥感技术手段获取。城市地表显著的三维结构,使其具有较强的热辐射方向性。热红外遥感通常可以提供传感器在特定方向视场中所有组分表面的平... 详细信息

城市地表温度是城市下垫面能量收支和局地气候变化的重要参数,较大范围的城市地表温度一般通过遥感技术手段获取。城市地表显著的三维结构,使其具有较强的热辐射方向性。热红外遥感通常可以提供传感器在特定方向视场中所有组分表面的平均温度(即方向温度),方向温度随传感器观测角度变化,且与城市表面温度的真实分布状况存在差异。为更好地表征城市下垫面与大气的能量交换,已有研究常采用“全表面温度”代表城市表面温度特征。目前,“全表面温度”仅在描述城市表面温度的平均状况方面有所突破,但无法体现城市表面温度的高时空分辨率特征,不能满足精细城市热环境评估的需求。本文梳理了城市地表温度从“方向温度”(二维)到“全表面温度”(2.5维)再到“三维表面温度”(三维)的发展脉络;概括了目前利用遥感方向观测获取城市地表不同维度温度的进展;厘清了不同维度城市地表温度的差异及其相互关系;阐述了不同维度城市地表温度的应用。在总结存在的问题的基础上,指出了城市地表温度遥感的未来发展趋势:(1)面向应用的城市三维表面温度定义;(2)面向城市三维表面温度重建的立体化观测;(3)三维表面温度产品与城市气候模型的耦合。

关键词：城市遥感地表温度方向温度全表面温度三维表面温度

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西藏地表温度时空演变特征及影响因子

冰川冻土 2022年第5期44卷 1523-1538页

作者：伍健恒孙彩歌樊风雷华南师范大学地理科学学院广东广州510631 西藏大学高原地表遥感监测联合实验室西藏拉萨850000

地表温度(land surface temperature,LST)是反映生态环境状况的重要指标。西藏作为气候变化的敏感地区,掌握其LST的时空变化有利于深入了解西藏热环境演化过程,为长期监测高原基础生态变化提供帮助。研究基于谷歌地球引擎获取西藏2000—... 详细信息

地表温度(land surface temperature,LST)是反映生态环境状况的重要指标。西藏作为气候变化的敏感地区,掌握其LST的时空变化有利于深入了解西藏热环境演化过程,为长期监测高原基础生态变化提供帮助。研究基于谷歌地球引擎获取西藏2000—2020年的MODIS LST数据,采用归一化分级方法对LST进行5个等级的划分,利用趋势分析、热力空间分析以及重心迁移等方法分析了研究区近20年来的LST时空演变特征。同时,选取归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、裸土指数(bare soil index,BI)、垂直不透水面指数(perpendicular impervious surface index,PISI)、湿度(WET)以及高程(digital elevation model,DEM)等5个影响LST的地表参数,结合多尺度地理加权回归,探讨了LST影响因子的作用尺度与作用效力。结果表明:2000—2020年,西藏LST均值由18.72℃上升至20.28℃,年均增长0.09℃,LST呈现微弱上升态势。20年来,LST在所有年份皆具有西北高、东南低的空间分布格局,LST增温趋势亦表现为西北高、东南低的分布特征。低温区和高温区空间分布聚集,形状简单、规则;次低温区、中温区以及次高温区空间分布破碎,形状复杂。2000—2020年各温区重心分布具有明显的方向性,且各温区重心迁移轨迹具有显著差异。特别是,低温区重心与高温区重心迁移轨迹呈现出由相向而行到背向而行的转变,反映出研究区东西部区域LST差距经历了由缩小到扩大的过程。DEM和WET对LST具有负向影响,BI、PISI和NDVI具有正向影响,常数项在不同生态区具有不同的影响性质。DEM具有较小的作用尺度以及最强的作用效力,常数项具有最小的作用尺度以及仅次于DEM的作用效力。

关键词：地表温度多尺度地理加权回归时空演化 MODIS 西藏

面向小麦种植面积反演的自监督学习光谱解混算法

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遥感学报 2024年第09期 2405-2415页

作者：胡金龙段金亮沙马阿各张瑞西南交通大学地球科学与环境工程学院测绘遥感信息系西南石油大学土木工程与测绘学院西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室

遥感作为大范围地表覆盖提取和时空动态监测的有力工具，在小麦种植面积反演领域具有显著优势。然而，混合像元现象限制了小麦种植面积估计的精度，端元的光谱变异性现象也使得传统的混合像元分解方法表现不佳。针对小麦种植面积估计过... 详细信息

遥感作为大范围地表覆盖提取和时空动态监测的有力工具，在小麦种植面积反演领域具有显著优势。然而，混合像元现象限制了小麦种植面积估计的精度，端元的光谱变异性现象也使得传统的混合像元分解方法表现不佳。针对小麦种植面积估计过程中存在的混合像元和端元光谱变异性等问题，本文提出基于自监督学习的光谱解混算法SLSU(Self-supervised Learning-based Spectral Unmixing Algorithm)。首先，使用变分自编码器实现无监督的端元光谱变异性解释和端元库生成；然后，使用交替最小二乘法和全约束最小二乘模型估计各类端元对应的丰度；最后，利用概率松弛标记法对解混结果进行空间邻域校正，以进一步提高光谱解混和小麦面积估计的精度。以河南省新乡市3个典型的小麦种植区为实验区，利用Sentinel-2影像获取小麦种植面积并利用实地测量的小麦分布现状数据计算提取精度。结果表明：基于SLSU算法获取的小麦种植面积的相对提取误差中位数<1.3个像素，显著优于全约束最小二乘、扩展线性混合模型等传统混合像元分解算法以及支持向量机、随机森林等监督学习分类方法所提结果。所提SLSU算法可以提高小麦提取的精度和稳定性，为农作物分布提取和种植面积估算提供了有效的方法。

关键词：遥感自监督学习变分自编码器混合像元分解地物提取作物面积估计

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基于温度植被干旱指数的关中地区旱情监测

农业工程学报 2024年

作者：尹本酥李振发岳蓉吕书豪李粉玲西北农林科技大学资源环境学院农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室

及时准确地进行区域尺度的干旱监测对于保障农业生产和保护粮食安全具有重要指导意义。该研究基于2001—2020年的MOD11A2地表温度8 d合成产品与MOD13A1植被指数16 d合成产品，通过地表温度（land surface temperature,LST）和归一化植... 详细信息

及时准确地进行区域尺度的干旱监测对于保障农业生产和保护粮食安全具有重要指导意义。该研究基于2001—2020年的MOD11A2地表温度8 d合成产品与MOD13A1植被指数16 d合成产品，通过地表温度（land surface temperature,LST）和归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）数据构建NDVI-LST特征空间，获取关中地区2001—2020年20 a时间序列的温度植被干旱指数（temperature vegetation dryness index,TVDI），分析关中地区干旱时空分布演变特征和干旱影响成因，探索其未来演变趋势。结果表明：1）关中地区近20 a来TVDI平均值为0.57，干旱类型整体上属于正常状态，82.00%的地区干旱变化状况为稳定不变，渭河冲积平原干旱程度较为严重，其次是渭北旱塬地区，南部秦岭地区较为湿润；2）关中地区未来干旱情况有所缓解，7.71%的研究区将持续变湿，36.24%的地区由干变湿；3）关中地区的TVDI值与海拔、坡度、降水量呈现负相关，与气温呈现正相关关系，林地、草地覆盖对缓解干旱具有积极意义。温度植被干旱指数从区域尺度上实现了干旱状况的定量化表征，在关中地区具有较好的适用性，遥感干旱监测结果可为关中地区抗旱对策的制定提供理论基础和科学依据。

关键词：干旱关中地区温度植被干旱指数(TVDI) 趋势分析

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基于温度植被干旱指数的关中地区旱情监测

农业工程学报 2024年第17期 111-119页

作者：尹本酥李振发岳蓉吕书豪李粉玲西北农林科技大学资源环境学院农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室

及时准确地进行区域尺度的干旱监测对于保障农业生产和保护粮食安全具有重要指导意义。该研究基于2001—2020年的MOD11A2地表温度8 d合成产品与MOD13A1植被指数16 d合成产品，通过地表温度（land surface temperature,LST）和归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）数据构建NDVI-LST特征空间，获取关中地区2001—2020年20 a时间序列的温度植被干旱指数（temperature vegetation dryness index,TVDI），分析关中地区干旱时空分布演变特征和干旱影响成因，探索其未来演变趋势。结果表明：1）关中地区近20 a来TVDI平均值为0.57，干旱类型整体上属于正常的干旱状态，82.00%的地区干旱变化状况为稳定不变，渭河冲积平原干旱程度较为严重，其次是渭北旱塬地区，南部秦岭地区较为湿润；2）关中地区未来干旱情况有所缓解，7.71%的研究区将持续变湿，36.24%的地区由干变湿；3）关中地区的TVDI值与海拔、坡度、降水量呈现负相关，与气温呈现正相关关系，林地、草地覆盖对缓解干旱具有积极意义。温度植被干旱指数从区域尺度上实现了干旱状况的定量化表征，在关中地区具有较好的适用性，遥感干旱监测结果可为关中地区抗旱对策的制定提供理论基础和科学依据。

关键词：干旱关中地区温度植被干旱指数(TVDI) 趋势分析

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水稻遥感制图研究综述

遥感学报 2024年第09期 2144-2169页

作者：高心怡池泓黄进良凌峰韩逸飞贾小凤李一凡黄端董金玮中国科学院精密测量科学与技术创新研究院环境与灾害监测评估湖北省重点实验室中国科学院大学东华理工大学测绘工程学院中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室

水稻是人类的主要粮食作物之一，及时准确的获取水稻面积分布和时空变化对粮食政策制定具有重要的参考意义。本文围绕“水稻遥感制图”研究主题，首先回顾调研国内外文献资料，系统梳理了水稻的生理生长过程和主要的种植模式。全球范围... 详细信息

水稻是人类的主要粮食作物之一，及时准确的获取水稻面积分布和时空变化对粮食政策制定具有重要的参考意义。本文围绕“水稻遥感制图”研究主题，首先回顾调研国内外文献资料，系统梳理了水稻的生理生长过程和主要的种植模式。全球范围内，水稻种植集中在东南亚地区；从全国范围看，单季稻产区主要位于东北地区和长江中下游地区；双季稻和三季稻产区位于湖南、江西、广东等华南省份。其次，受云雨影响，早期水稻制图以雷达数据为主，随着遥感数据源日益丰富，光学和雷达数据协同应用于水稻遥感制图；在重点分析水稻的“（遥感）信号—空间—时间”特征的基础上，探讨了水稻遥感制图中典型光学植被指数和雷达后向散射系数；并从传统机器学习和深度学习两个方面总结了现阶段水稻遥感制图的主流方法。然后，从机器学习模型、多源遥感数据融合以及遥感计算云平台3个方面归纳了水稻遥感制图的应用现状。总结发现目前水稻制图研究存在以下难点：（1）由于相似生长周期植物的存在导致水稻的漏分、错分；（2）光学和雷达数据都存在时序观测不连续的现象；（3）地形破碎区域或多季、轮作水稻种植地区的制图困难较大；（4）制图方法的泛化问题。针对这些问题，本文从水稻物候特征发掘、水稻时序观测数据获取手段、水稻遥感制图空间分辨率改进等方面探讨了水稻遥感制图的发展方向：（1）水稻物候期遥感信号特征挖掘；（2）覆盖水稻完整生长期的时序遥感数据获取；（3）水稻遥感制图空间分辨率提升；（4）光学和雷达数据的协同应用。

关键词：水稻遥感制图 (遥感)信号—空间—时间多源遥感数据机器学习