基于长时间序列landsat数据的科尔沁沙地土地利用演变分析

以科尔沁沙地沙丘-草甸过渡带区域主要土地覆被类型为研究对象,以1987-2017年多时相Landsat TM/OLI遥感影像解译分类为基础,参考生态学植被演替研究方法,系统分析研究区30年来的土地利用/覆被动态演变规律,研究结果表明：（1）决策树法在复杂下垫面不同覆被类型的同步识别效果较好,所有影像分类精度均达到88%以上,分类效果较好,其中2017年分类精度最高为95.24%,达到了分类研究的要求;（2）研究区存在着"半灌丛-草甸地-灌丛"的植被结构特征,且整体表现为"南进北退"的变化趋势。结合土地利用动态度分析结果表明人类活动干涉下,研究区整体上遵循了半干旱区植被条件改善的一般规律,侧面反映该研究区域生态环境的持续不稳定性和脆弱性;（3）研究区覆被类型发生变化的总面积达到2623.59 hm²,总变化强度为63.76%。其中正向演替的比例为52.61%,以半灌丛面积的持续减小与沙地草甸面积的持续扩张为主要变化特征。但同时,半灌丛转为沙地的面积为184.95 hm²,表明以放牧为主的研究区同时发生着局部的逆行演变;（4）质心迁移结果反映了1987-2017年间,除人为影响较大的林地、草地以及耕地向北迁移外,其他植被类型的质心都有很明显的南迁,主要植被类型重心迁移距离依次由大到小为耕地 > 半灌丛 > 灌丛 > 沙地草甸 > 湿地草甸 > 林地。研究通过记录科尔沁沙地连续扩展的时空模式,展示了遥感-生态和时间序列影像在30 m分辨率下跟踪土地利用/覆被变化的潜力,为提高干旱半干旱区土地利用情况的动态监测效率,开展土地利用/覆被动态演变研究提供参考。     

土地覆盖变化检测方法比较——以内蒙古草原区为例

随着对地观测技术的不断发展,遥感影像分辨率逐渐提高,促进了基于遥感影像的变化检测从传统像元级的检测向面向对象的检测转变。为了探究面向对象的变化检测方法在土地覆盖变化检测中的有效性和适用性,对面向对象的变化检测方法与常规的变化检测方法进行对比评价。以内蒙古鄂尔多斯和包头地区为试验区,选取2002年及2011年的Landsat TM/ETM+影像为数据源,比较了图像代数运算、图像变换、图像空间结构特征和面向对象的多种变化检测方法,对研究区两期土地覆盖进行了变化检测研究。结果表明:面向对象的变化检测方法在总体精度、kappa系数上都有明显的优越性,总体精度均在87.42%以上,尤其以面向对象的变化矢量分析方法精度最高,达91.56%。此外,主成分差异法也有较好的检测效果,总体精度为87.83%。对总体精度较高的3种方法在不同土地覆盖变化类型中检测效果的研究表明:对于研究区几种主要土地覆盖变化类型,面向对象的变化矢量分析法均有较理想的检测效果,平均精度为85%左右,且始终优于面向对象的光谱向量相似法,以居民地及旱地相关的变化类型最为明显;主成分差异法对不同土地覆盖变化类型检测效果差异很大,对其中4种变化类型的精度甚至达到了93%以上,但对于检测草地与裸地间转化精度很低,甚至只有8.69%;在与工矿用地有关的土地覆盖变化类型中,面向对象的变化矢量分析法的精度明显高于主成分差异法,而在与居民地有关的变化类型中,主成分差异法表现出一定优势。     

基于土地利用/覆被变化的流域景观格局与水沙响应关系研究

以黄河流域的2个典型流域为研究对象,借助GIS和Fragstats平台与长系列水沙数据,分析流域景观格局和水沙变化特征,并探讨景观指数与径流输沙的关系。结果表明:(1)两个流域优势景观类型为草地,1985—2010年间变化最大的景观类型分别为未利用土地(25a变幅为453.94 km~2)和耕地(25a变幅为52.85 km~2);(2)秃尾河流域景观均向规则、高连通和高度聚集的方向发展。孤山川控制流域内景观多样性和聚集度逐渐增加,整体向好。秃尾河流域景观稳定性指数高于孤山川流域,两流域草地和未利用土地地稳定性均呈增加趋势,而城乡工矿用地则相反。(3)流域年径流量和泥沙量均呈现逐年同步减小的趋势。秃尾河年径流量明显高于孤山川,但孤山川流域泥沙量与秃尾河流域相近。两流域径流泥沙相关关系显著,秃尾河流域相关系数(0.48)明显低于孤山川流域(0.85)。(4)景观指数与径流量、泥沙量呈显著线性相关,其中景观多样性相关的指数SHDI、SIDI、SHEI和SIEI均与径流呈极显著正相关,而泥沙仅与CONTAG、COHESION呈显著负相关。     

基于FVC指数的中国西北干旱区植被覆盖变化Markov过程

基于1982-2000年NOAA/AVHRR影像的FVC数据,对中国西北干旱区采用先分区再因海拔而异的分类方法进行植被覆盖的遥感分类,并在8 km×8 km空间分辨率下,对研究区植被覆盖变化的任意两年、连续平均和间隔平均转移概率矩阵下Markov过程进行分析与检验,探讨了研究区植被覆盖变化的Markov过程及其指示意义.结果表明：研究区植被覆盖变化受随机过程的控制和长期稳定的驱动因子影响,其转移变化是多重的Markov过程;仅使用两期的植被覆盖变化不能准确预测植被覆盖变化的发展趋势,无论这两期的时间是连续还是有一定时间间隔;对中国西北干旱区而言,连续10年以上的数据变化信息基本可以反映大部分影响该区植被覆盖的因素,采用长期平均转移概率矩阵可以得到较稳定的模拟与预测;植被覆盖变化是长期的动态平衡,平衡一旦被打破,建立新平衡是一个很长的时间过程.     

基于Google Earth Engine平台与复杂网络的黄河流域土地利用/覆被变化分析

黄河流域在中国社会经济发展和生态安全方面的地位十分重要,过去几十年的自然演变和人类活动对其造成了深远影响,系统科学地认识黄河流域的环境格局变化是实现黄河流域高质量发展的重要前提。基于Google Earth Engine平台和复杂网络分析方法,解译并分析了1986年至2018年黄河流域的连续年度土地利用/覆被变化(LUCC)。基于1000个独立验证点进行的评估显示解译的覆盖黄河流域33年的年度土地利用/覆被数据集的7个一级类的总体准确率为82.6%,15个二级类的总体准确率为74.7%。分析结果显示黄河流域的土地系统在整个研究期间呈现出复杂的时空变化,主要的LUCC模式包括：不变或很小的变化、伴随耕地流失的城市扩张、草地恢复、果园和梯田扩张和森林增加。基于复杂网络方法对黄河流域土地系统的分析表明,土地利用/覆被转移网络中的高覆盖草地、低植被覆盖地表和落叶常绿混交林与其他地类的转移较频繁,地类节点的中介中心性和度值较高,是黄河流域土地系统中的关键地类。另外与人类活动关系密切的果园和梯田、谷物耕地和城市及建设用地节点组成了较为活跃的网络社区结构,它们都有较高的结构多样性、接近中心性,这些地...     

基于MODIS和ENVISAT数据的湖北省四湖地区土地覆盖分类

依据ENVISAT ASAR数据中后向散射系数的差异对湖北四湖地区的城镇、水域、植被覆盖区进行划分;根据区域种植制度及物候特点,以4月下旬至5月上旬MODIS-NDVI值区别植被覆盖区中的作物植被与非作物植被;并采用基于高分辨率ETM数据的土地分类结果对基于上述规则分类的结果进行验证.结果表明：借助DEM高程数据,可将研究区非作物植被划分为林地与滩地;利用月份NDVI平均值的差异,可将作物划分为中稻、棉花和晚稻,并获得水田和旱地的区分;采用低空间分辨率的MODIS数据获得的土地覆盖分类结果,与采用高分辨率ETM数据分类的结果具有一定程度的相似性,以ETM数据分类结果为标准的总误差率为13.15%;利用上述判别流程进行大尺度土地覆盖分类与制图可以实现对区域土地覆盖变化的快速跟踪.     

Land cover change and management implications for the conservation of a seabird in an urban coastal zone under climate change

Little Penguin (Eudyptula minor) is one of the most ecologically important seabirds in New Zealand and depends strongly on terrestrial ecosystems for nesting, moulting and breeding. Wellington, New Zealand, is one of the world's most important biodiversity hot spots for this species, mostly in confluence with human urban settlements. This species is currently suffering from the local impacts of climate change associated with urbanisation. Two suburbs of Wellington, New Zealand, that are used seasonally by Little Penguin as terrestrial habitat were selected as the study area to address two issues: (i) how local impacts of climate change may affect the population and habitat structure of species in urban coastal zones where land cover change occurs; and (ii) how landscape management practices may help to mitigate the impacts imposed by climate change on the species in such a context. Remote Sensing and Geographical Information Systems techniques were applied to quantify and measure the extent of the prehuman forests and current land cover classes in the study area to reveal the degree to which land cover has changed from predevelopment to the present time. The research shows that land cover change in the study area has been widespread and partly irreversible, particularly in areas covered by the class Built‐up Area. Results reveal that there are still spatial opportunities to safeguard this vulnerable species against the ill effects of climate change through landscape management practices.     

三峡库区近50年间土地利用/覆被变化

基于1955年1∶50 000地形图、1972年MSS图像、1986和2000年TM图像,定量分析了三峡库区土地利用的动态变化过程,并对其驱动力进行了分析.结果表明：1955—2000年间,研究区土地利用结构发生了明显变化,林地、水域和未利用地面积减少,耕地、草地和建设用地面积增加.在1955—1972、1972—1986和1986—2000年3个时段,该区林地面积持续减少,但减幅逐渐变小;草地和耕地面积分别经历了增 减 增和增 增 减的过程;建设用地面积持续增加;水域和未利用地面积持续减少.政策、经济发展和人口增长等因素是研究区土地利用变化的主要影响因子.     

A review of influences of land use and land cover change on ecosystems

随着人口的增长和人类社会的发展, 土地利用与土地覆盖变化已经是不可避免。土地利用与土地覆盖变化不仅对生态系统的要素、结构和功能产生深远的影响, 也会对全球变化产生反馈作用。针对土地利用与土地覆盖变化的过程、驱动机制以及在各个方面可能产生的生态环境效应的科学研究已经全面开展。该文综述了土地利用与土地覆盖变化对气候、土壤、生物地球化学循环、生物多样性以及区域生态环境等影响方面的研究进展, 并提出了相关研究的前沿方向展望。随着新技术的不断发展, 学者们将更多地侧重预测未来全球变化背景下的土地利用与土地覆盖变化趋势、合理性以及适应性, 为可持续发展提供基础资料和理论依据。     

土地利用与土地覆盖变化对生态系统的影响

随着人口的增长和人类社会的发展, 土地利用与土地覆盖变化已经是不可避免。土地利用与土地覆盖变化不仅对生态系统的要素、结构和功能产生深远的影响, 也会对全球变化产生反馈作用。针对土地利用与土地覆盖变化的过程、驱动机制以及在各个方面可能产生的生态环境效应的科学研究已经全面开展。该文综述了土地利用与土地覆盖变化对气候、土壤、生物地球化学循环、生物多样性以及区域生态环境等影响方面的研究进展, 并提出了相关研究的前沿方向展望。随着新技术的不断发展, 学者们将更多地侧重预测未来全球变化背景下的土地利用与土地覆盖变化趋势、合理性以及适应性, 为可持续发展提供基础资料和理论依据。     

云南省维西县塔城镇土地利用/地表覆盖及其空间格局变化研究

利用遥感和地理信息系统,结合野外实地参与式调查,从土地利用类型和空间格局角度,对滇西北维西县塔城镇1990和1999年的土地利用变化进行综合分析。结果表明,塔城镇10年间土地利用类型和空间结构变化较小,仍以有林地为主。但高覆盖度林地、中覆盖度林地和低覆盖度林地的结构发生了变化,低覆盖度林地从9．93％增加到18．30％,增加8．37％;高覆盖度林地减少5．35％;中覆盖度林地减少5．15％,森林植被质量下降。土地利用／地表覆盖景观变化最大的区域在海拔3400m以上的塔城镇的东南角和西南角。景观多样性、优势度降低,景观破碎化程度加深,严重影响该地区滇金丝猴的栖息地。     

基于知识库的像斑光谱向量相似度土地覆盖变化检测方法

土地利用/覆盖变化检测是国内外全球化进程研究的重要内容,选择适当的变化检测方法对西北地区土地利用/覆盖变化进行研究在"生态十年项目"中具有重要的意义。选择西北地区具有典型代表性的TM轨道号134033区域作为变化检测方法验证的试验区,采用2005和2010年两期Landsat TM影像,在e Cognition Developer 8.64软件支持下,采用基于像斑的光谱特征特征向量相似度方法进行变化检测,并利用2010年土地覆盖数据作为先验知识库对变化区域分类,提取土地利用/覆盖变化信息,并对变化结果进行定量分析。结果表明,采用基于像斑的光谱特征特征向量相似度方法对于试验区的土地利用/覆盖变化制图具有检测快速、检测精度高等优点,适合试验区以及整个西北地区的土地利用/覆盖变化的检测。最终采用该方法以及分类后比较法获得了西北地区2000—2010年近10年的土地利用/覆盖分类图。     

20世纪90年代以来中国西南地区土地覆被变化

西南地区是我国重要的生态安全屏障区,也是气候敏感区和生态脆弱区。20世纪90年代以来,西南地区土地覆被发生了巨大变化,对生态环境和生态系统服务功能产生重大影响。基于全国30 m土地覆被数据集,分析了近20 a来西南地区土地覆被格局、变化及驱动因素。同时,基于MODIS-NDVI数据,利用像元二分模型估算了2000—2010年250 m分辨率年最大植被覆盖度,对森林、灌丛和草地的植被覆盖度变化进行分析。结果表明:1)2010年西南地区土地覆被以森林和草地为主,分别占总面积的29.08%和24.11%。2)1990—2010年西南地区森林、湿地和人工表面分别增加1.39%、5.86%和48.57%,灌丛、耕地和裸露地分别减少2.12%、2.88%和0.64%,变化的区域主要集中在生态建设重点区、城市圈、地震灾区、三峡库区、三江源区、青藏高原东南部和云南南部。3)2000—2010年西南地区森林、灌丛和草地植被覆盖度呈增加趋势的面积分别占26.54%、32.53%和28.87%,但汶川地震重灾区、横断山区、云南南部等地的森林及灌丛植被覆盖度下降,青藏高原东南部、川西高原草地退化。近20 a来,尽管气候变化对西南地区的土地覆被有一定影响,但人类活动仍然是导致其变化及时空差异的主要原因。     

Impact of short-term rainfall fluctuation on interannual land cover change in sub-Saharan Africa

Aim Interannual land cover change plays a significant role in food security, ecosystem processes, and regional and global climate modelling. Measuring the magnitude and location and understanding the driving factors of interannual land cover change are therefore of utmost importance to improve our understanding and prediction of these impacts and to better differentiate between natural and human causes of land cover change. Despite advances in quantifying the magnitude of land cover change, the interpretation of the observed land cover change in terms of climatic, ecological and anthropogenic processes still remains a complex issue. In this paper, we map land cover change across sub‐Saharan Africa and examine the influences of rainfall fluctuations on interannual change. Location The analysis was applied to sub‐Saharan Africa. Methods Ten‐day rainfall estimates (RFE) obtained from National Oceanic and Atmospheric Administration's (NOAA) Climate Prediction Center (CPC) were used to extract information on inter and intra‐annual rainfall fluctuations. The magnitude of land cover change was quantified based on the multitemporal change vector method measuring year‐to‐year differences in bidirectional reflectance distribution function (BRDF) corrected 16‐day enhanced vegetation index (EVI) data from the Moderate Resolution Imaging Spectro‐radiometer (MODIS). Statistical models were used to estimate the relationship between short‐term rainfall variability and the magnitude of land cover change. The analysis was stratified first by physiognomic vegetation type and second by chorological data on species distribution to gain insights into spatial variations in response to short‐term rainfall fluctuations. Results The magnitude of land cover change was significantly related to rainfall variability at the 5% level. Stratification considerably strengthened the relationship between the magnitude of change and rainfall variability. Explanatory power of the models ranged from R² = 0.22 for the unstratified model to 0.40–0.96 for the individual models stratified by patterns of species distribution. The total variability explained by the combined models including the influence of rainfall and differences in vegetation response ranged from 22% for the model not stratified by vegetation to 76% when stratified by chorological data. Main conclusions Using this methodology, we were able to measure the contribution of natural variation in precipitation to land cover change. Several ecosystems across sub‐Saharan Africa are highly sensitive to short‐term rainfall variability.     

A retrospective analysis of land cover change using a polygon shape index

Aim This study tests the hypothesis that the propensity of land cover patches to change is related to their shape and geometric complexity. Location The analysis is based on a 1000‐km² area of the Cairngorms in Scotland, incorporating part of Speyside and the high plateau area within the Grampian Mountains. Methods A combined dataset was created by intersecting 1964 land cover data (derived from archive aerial photography) and 1988 land cover data (from the Land Cover of Scotland dataset). A shape index was calculated for each land cover polygon inside a GIS. Information on land cover change was analysed with reference to land cover class and the polygon shape index using a regression analysis. Results For upland seminatural land cover classes, subject to low levels of management, change is related to polygon shape, such that the more complex patches were found to be more susceptible to change. This relationship breaks down where classes are more intensively managed or have been aggregated into mosaic classes. Conclusions Propensity to change was related to shape index for seminatural land cover classes. This implies that at least some landscape processes, such as anthropogenic disturbance of seminatural land covers, can be linked to ecological theory via measurements of spatial pattern. The study also highlighted some of the cartographic issues involved in estimating changes between land cover classes: there are advantages in replacing the ‘cartographic paradigm’ of comparing two derived datasets (in this case land cover maps) with direct comparison of the digital data — air photographs or satellite imagery. Such a direct approach avoids the compounding of errors introduced by the approximation of each successive air photo as a thematic map.     

黄土高塬沟壑区小流域土地利用变化及其生态效应分析

基于王东沟流域1994和2004年两期土地利用图,通过构建土地利用动态变化模型和区域生态环境指标,定量分析了王东沟流域1994--2004年土地利用时空变化特征,并以生态系统服务功能衡量了土地利用类型和土地利用变化类型的生态效应．结果表明,1994—2004年王东沟流域农地大幅度减少,草地和果园大量增加,林地和非生产地变化不大;变化速度依次为草地〉果园〉非生产地〉农地〉林地;土地利用变化类型多样,农地转出和林地转入是其主要类型;土地利用的空间迁移方向为农地和果园向西北方向迁移（塬区）,林地和草地向东南方向（沟壑区）迁移．1994--2004年土地利用变化带来了良好的生态效益,但不同土地类型和不同土地变化类型的生态效应不同,提高和降低生态系统服务功能的作用并存．农地减少对生态环境产生负面作用,林草和果园的增加改善了生态环境,提高了其生态服务价值;土地利用变化类型中,改善生态环境的主要是转为林地和果园的变化类型,降低生态系统服务功能的主要是林地转出类型和农地转为非生产地类型．     

Comparison of land use/land cover change and landscape patterns in Honghe National Nature Reserve and the surrounding Jiansanjiang Region,China

Land use and land cover change (LUCC) determines landscape patterns and affects the ability of ecosystems to provide the services and biodiversity on which humans ultimately depend. The Honghe National Nature Reserve is a biodiversity-rich area in the Jiansanjiang region of northeast China. In this study, the LUCC and landscape patterns were compared between the reserve and the Jiansanjiang region. With remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) procedures, satellite images from 1989, 2001 and 2010 were used to calculate dynamics of LUCC amplitudes, landscape pattern index, transition matrix. The influence of LUCC on the wetland landscape of the nature reserve was discussed in the context of broader LUCC analyses. The results showed that land uses in the studied regions changed remarkedly over the time period; swamp area declined significantly as arable land increased. The ecological landscape index showed that distinct landscape patches were small, scattered and highly fragmented, moving toward a more monotonous landscape. Anthropogenic activities such as farming directly decreased the wetland landscape diversity. Furthermore, anthropogenic factors diminished wetland areas indirectly through climatic factors, namely air temperature and precipitation levels. National and regional policies on agriculture and water use have been highly influential, and the Honghe National Nature Reserve is highly susceptible to land use changes in the surrounding Jiansanjiang region.     

基于轨迹变化探测的植被覆盖时空动态——以深圳大鹏半岛为例

基于ArcEngine组件二次开发,对1986-2007年密集时间序列的10期TM和ETM+遥感影像归一化植被指数（NDVI）变化轨迹进行探测,分析了深圳大鹏半岛快速城市化影响下植被覆盖变化的特征及成因.结果表明：1986-2007年,大鹏半岛植被覆盖动态主要类型包括稳定（a）、稳定-上升-稳定（aba）、稳定-下降-稳定（aca）和稳定-下降-稳定-上升-稳定（acaba）,这4种类型的面积之和占研究区总面积的71.54%;类型a的分布最广,面积比例达1/3;类型acaba是研究区植被覆盖变化的代表类型,与20世纪90年代中期大规模毁林种果及之后的生态风景林建设等人为活动密切相关;海拔增高、坡度增大有效限制了人为活动的干扰强度,使植被覆盖动态复杂性降低;研究区植被覆盖的时序特征表现为,20世纪90年代中期明显下降和2003年之后显著上升.     

3S技术在绿洲土地覆盖变化研究中的应用研究--以新疆于田绿洲为例

土地利用／覆盖变化（LUCC）是全球变化研究的重要核心问题之一,基于区域和地方尺度的绿洲土地覆盖变化信息的定量提取在干旱区生态环境演变研究中具有重要的价值,也是对全球变化研究的重要补充。选择干旱区典型绿洲新疆于田地区为研究靶区,利用2期不同时相的TM卫星影像,结合多年实地调查所获得的大量数据,根据当地实际情况,选择适宜的分类指标体系,利用遥感、全球定位系统以及地理信息系统技术（3S技术）对图像进行了综合技术处理,获得了较高精度的该区域绿洲LUCC不同类型分类精度统计以及土地利用／覆盖转换矩阵。在此基础上,对跨度近10年的于田绿洲LUCC时空变化格局进行了分析,提出了相应的生态环境改良措施,其方法和结论对塔里木盆地南缘绿洲地区生态环境改良及其可持续发展研究具有一定参考价值。     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.