陕西省长武县土地利用变化的生态环境效应评价

通过对1988年9月15日的TM遥感影像、2000年5月19日的ETM遥感影像和2006年7月7日的ETM遥感影像解译,获取了长武县的土地利用图,根据中国陆地生态系统单位面积生态服务价值,求算出长武县的生态系统服务价值.结果表明:30年来,长武县的耕地面积随着"退耕还林"工程的推进有显著下降,林地面积则随着三北防护林建设工程的实施显著增加,未利用土地、水域和草地面积变化不大;长武县总体生态系统服务价值总量在逐年递增,从1988年的5.67×108元上升到2006年的5.72×108元,生态系统总体向健康方向发展.     

建成区扩张下的西安市热环境空间分异性

深入研究建成区扩张下的城市热环境的空间分异性,对于更好地认识城市热岛效应,改善城市生态环境具有重大意义。以西安市建成区为例,基于2005、2010及2016年3期Landsat遥感影像,采用线性光谱混合分析法提取建成区范围,利用热红外遥感影像反演地表温度来研究城市热环境的时空演变;在此基础上,基于城市热岛足迹与多维直方图的信息容量分析方法探究建成区扩张下城市热岛效应的影响范围变化及其空间分异性特征。结果表明:2005—2016年西安市建成区扩张强度剧烈,不透水性表面显著增加;城市建设加剧了西安市城市热岛强度和级别,致使高温区域增多并向外蔓延,逐渐呈现片状分布格局;西安市城市热岛足迹的空间分异性显著,从2005年至2016年城市热岛效应的影响足迹范围逐渐变小;信息容量能够反映城市扩张对城市热环境空间分异性的影响,研究期间西安市建成区内城市热岛空间分异性随着热岛强度增加变得更加复杂。     

1988—2001年重庆市主城区植被的时空变化

利用Landsat遥感影像,分析了重庆市主城区1988、1993和2001年共3期植被的时空动态变化。结果表明:1988—2001年主城区的植被面积呈加速下降趋势,植被斑块的破碎程度逐渐增大,空间分布越来越分散,其中1993—2001年的变化比1988—1993年的变化更明显;对3期影像进行叠加,得到了8类变化轨迹的斑块;通过分析不同变化轨迹的斑块的空间格局和空间作用,揭示出植被的时空动态变化特征;3期中均为植被和非植被的轨迹所对应的斑块自相关程度较高;其余6类变化轨迹所包含的斑块自相关程度低,并在1988—2001年经历了植被与非植被的转变。     

环境减灾卫星多光谱CCD影像自动几何精纠正与正射校正系统

我国环境减灾光学卫星(HJ)多光谱CCD影像由于具有高时空分辨率、大幅宽等优势,能够提供同一区域不同生长阶段的植被信息,是提取具有生态学意义土地覆盖及开展植被生理生态参量反演的重要数据源之一。然而,目前该数据产品的几何定位不准确及山区地形畸变误差使其难以满足应用需求。高定位精度是遥感影像信息提取、参数反演与应用分析的前提,遥感影像的几何精纠正与正射校正是遥感数据预处理面临的首要问题。在分析国内外卫星影像自动化处理系统研究现状的基础上,结合HJ CCD影像幅宽大的特点,构建了HJ CCD影像的自动几何精纠正与正射校正处理系统。与目前商业软件相比,自动几何精纠正与正射校正处理系统采用了自动化的控制点搜索与过滤方法,能有效提高控制点选取的效率与精度。同时,结合DEM数据,系统自动拟合卫星飞行路径并纠正由偏离星下观测导致的山体位移。系统应用结果表明,自动几何精纠正和正射校正系统能够有效的提高处理效率,节省人力和时间成本。该系统已被成功应用于全国生态十年(2000—2010年)变化遥感调查与评估专项土地覆盖遥感监测的环境减灾卫星多光谱遥感影像预处理工作。     

街道绿化品质的人本视角测度框架—基于百度街景数据和机器学习的大规模分析

新技术条件下测度街道绿化品质,实现人眼视角绿化可见度与街道可达性的整合分析。抓取上海的大规模街景数据,基于机器学习算法提取绿化可见度,将其与基于空间网络分析的街道可达性开展叠合分析,并与基于卫星遥感影像的绿化率比较,发现绿化率难以准确展现市民日常生活中绿化接触度。运用新技术和新数据推动精细化规划导控,实践上能实现大规模分析并保证高精度结果,理论上能为规划政策的人本视角转型提供支撑。     

基于多光谱影像的森林树种识别及其空间尺度响应

当前,不同空间分辨率卫星影像对森林类型识别结果中普遍存在的尺度效应,而且纹理参量对不同尺度下树种识别精度的影响仍缺乏广泛认知.本研究以中国东北旺业甸林场为研究区,采用观测时相同步、地理坐标匹配的GF-1 PMS、GF-2 PMS、GF-1 WFV,以及Landsat-8 OLI卫星传感器数据组成空间尺度观测序列(1、2、4、8、16、30 m),并结合支持向量机(SVM)模型,探讨了区域内5种优势树种遥感识别结果的尺度变化规律及其纹理特征参数的影响,同时检验了基于尺度上推转换影像的树种识别结果差异.结果表明: 影像空间分辨率对区域树种识别结果具有显著影响,其中,研究区森林树种识别的最佳影像分辨率为4 m,当分辨率降低至30 m时,树种识别结果最差.在1～8 m影像分辨率范围内,增加纹理信息能够显著提高不同优势树种的识别精度,使总分类精度提升了2.0%～3.6%,但纹理信息对16～30 m影像的识别结果没有显著影响.与真实尺度卫星影像相比,基于升尺度转换影像的树种识别结果及其尺度响应特征存在显著差异,表明在面向多个空间尺度的遥感观测和应用研究中,需要采用真实分辨率影像以确保结果的准确性.     

鄱阳湖采砂南移扩大影响范围——多源遥感的证据

采砂是一项具有巨大生态影响的经济活动.利用多源遥感影像描述鄱阳湖中部的采砂分布,分析其对悬浮泥沙浓度的影响.2011年7月28日的Landsat Thematic Mapper (TM)5用于采砂相关船只的识别,2009-2011年7-8月的Terra卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像用于悬浮泥沙浓度的反演,(Before-after-control-impact,BACI)方法用于采砂影响评价.Landsat TM 5影像解译结果发现鄱阳湖中部的两个采砂区和90余艘船只,MODIS Terra反演结果显示在采砂区及其下游区域悬浮泥沙浓度剧增,BACI评价结果揭示采砂是导致此区域悬浮泥沙浓度增加的主要因素.平衡经济发展与生态保护之间的关系,将因采砂而造成的负面影响降到最低,使鄱阳湖的各种生态功能全面发挥是紧要的.     

基于多时相中巴资源卫星影像的冬小麦分类精度

中巴资源卫星2号星（CBERS-02）具有较高的空间分辨率和较丰富的光谱信息,对植被有较强的探测能力.利用2006—2007年北京地区冬小麦生育期早期的5景CBERS-02卫星影像,计算了各时相和不同时相组合的主要地物类型及冬小麦的光谱可分性距离,进行了监督分类,同时,结合高分辨率航空和卫星遥感影像,构建了训练样本和验证样本,对利用CBERS-02卫星提取的生育早期的冬小麦进行了时相分析和精度评价,并与同期TM影像提取结果进行对比.结果表明：时相是影响冬小麦分类的主要因素,不同光学传感器的遥感影像也会影响分类精度;多时相组合有利于提高冬小麦的提取精度,与单时相冬小麦提取的最高精度相比,最佳时相组合的制图精度提高了20.0%、用户精度提高了7.83%;与TM数据相比, CBERS-02卫星影像的冬小麦分类精度略低.     

GF1-WFV与Landsat8-OLI对植被信息的提取差异研究

随着遥感技术的不断发展,中高分辨率影像逐渐在植被监测中发挥着重要的作用。为了明确高分辨率传感器在不同生态系统植被提取中的必要性,以内蒙古鄂伦春自治旗为研究对象,设置城市区域和森林区域两个应用靶区,以GF1-WFV和Landsat8-OLI两种传感器同期影像为对比数据集,探究不同分辨率下遥感植被信息提取差异。结果表明:①Landsat 8对比GF-1在城市区域和森林区域的植被指数高估、低估状态相反,城市区域GF-1的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和SAVI(Soil-Adjusted Vegetation Index,SAVI)均值比Landsat 8低5.69%和1.41%,在森林区域则高出0.77%和5.86%;②高分辨率影像避免了城市中绿化植被(GF-1植被占比71.30%和71.31%,Landsat 8为58.28%和58.30%)和森林中裸地、道路(GF-1植被占比94.97%和94.92%,Landsat 8为95.00%和94.99%)被漏提。③在分级面积上,Landsat 8相比GF-1数据在城市区域存在低覆盖度等级的6.67%和6.77%低估,在森林区域出现高覆盖度等级的12.11%和12.47%高估。研究结果反映了低绿化建成区和高密度林区更加需要使用高分影像作为植被监测工具。     

郑州市热岛效应研究与人体舒适度评价

采用网格式布点法设置观测点,监测导致郑州市热岛效应的关键因子,揭示了郑州市热岛效应的日变化、季节变化与空间分布状况,并对不同类型的绿化区域进行了人体舒适度评价.结果表明,郑州市热岛效应的日变化大体上呈单峰型;不同季节的热岛效应强度相差很大,热岛强度的强弱顺序为:冬季＞春季＞秋季＞夏季;热岛中心的空间分布与其附近有无工业热源密切相关.就人体舒适度而言,以乔木绿化为主的人民公园的舒适度最好;而以草坪绿化为主的西流湖公园,其改善小气候的能力较乔木为差;火车站广场由于其空间开阔,空气流动性强,故最舒适的频率也有16%.     

基于源汇指数的沈阳热岛效应

基于2001和2010年Landsat 遥感影像,利用GIS技术识别沈阳城市热岛源区和汇区,利用地表温度(LST)、源区和汇区面积比率指数（CI）和热岛强度指数（LI）,评价分析了沈阳土地利用发展布局模式对热岛效应的影响.结果表明: 2001-2010年,沈阳三环内土地利用类型变化较大,导致热岛源、汇区面积变化明显,且主要发生在二环和三环.2001年,一环内热岛源、汇区面积比例分别为94.3%和5.7%,三环内分别为64.0%和36.0%;2010年,其比例在一环内分别为93.4%和6.6%,三环内分别为70.2%和29.8%,说明10年来“摊饼式”土地利用布局决定了沈阳热岛效应的“摊饼式”布局.研究期间,沈阳地表温度从一环至三环均呈递减趋势,热岛效应强度在2001年以单一中心为主,至2010年发展为多中心态势,热岛效应强度等级有所降低.从一环至三环,CI绝对值均呈增加趋势,LI值均小于1,说明期间研究区土地利用布局变化对改善区域热岛效应没有明显作用.     

北京市植物物候对热岛效应的响应

都市的快速发展致使城市热岛效应日渐加剧。城市绿化对缓解热岛效应有一定的作用,但同时其物候也受到了影响。本文基于遥感影像数据,通过对照北京市热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级的植物物候差别,研究热岛效应对植物物候的影响。采用Landsat 8影像对北京市地表温度进行反演,结合空间分析进行热岛效应分区分级识别;通过MOD13A1的归一化植被指数(NDVI)数据,采用Dallimer平均值法和动态阈值法提取植被生长季始期(SOG)、生长季末期(EOG)、生长季长度(LOG)等重要植被物候参数,研究植被物候在热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级之间的差异。结果表明:北京市夏季与冬季相比,热岛效应更为显著;利用Dallimer平均值法提取的北京市热岛区SOG比非热岛区提前4 d,EOG延迟9 d,LOG延长13 d;利用动态阈值法提取的SOG提早10 d,EOG推迟4d,LOG延长14 d,动态阈值法提取的物候信息与观测的物候信息更为接近;随着热岛强度等级提高,SOG提前,EOG推迟,LOG延长。本研究丰富了我国华北地区植被物候对热岛效应的响应机制,同时对研究全球变暖对生态系统的影响具有一定价值。     

基于线性混合像元分解的沈阳市三环内城市植被盖度变化

基于2001和2006年Landsat TM影像,通过线性混合像元分解（linear spectral unmixing, LSU）方法提取沈阳市三环内的植被盖度信息,结合目视解译2006年QuickBird影像得到的研究区土地利用类型图,分析了2001—2006年研究区植被盖度的动态.结果表明：2001—2006年,研究区植被盖度变化剧烈,绿化建设和由城市扩张导致的农田占用现象并存,且前者的植被增加超过后者的植被损失;研究区道路、居住区、公共设施用地、公共绿地及广场的植被盖度均有不同程度的增加（5%～9%）,工业用地几乎没有变化;研究区绿化建设格局比较合理,城区内外植被盖度的两极分化现象虽依然存在,但已得到缓解;研究期间,该区主要地类植被盖度随距市中心距离而递增的顺序为公共绿地及广场（0.8%·km^-1）<居住区（1.5%·km^-1）<工业用地（1.7%·km^-1）<公共设施用地（2.4%·km^-1）<道路（2.9%·km^-1）;公共设施用地和道路植被盖度两极分化现象依然较严重,需加强绿化建设并严格管理.     

Effect of urban function and landscape structure on the urban heat island phenomenon in Beijing,China

Rapid urbanization has aggravated the urban thermal risk and highlighted the urban heat island (UHI) effect. To improve understanding on the effect of urbanization on the UHI effect, it is essential to determine the relationship between the UHI effect and the complexities of urban function and landscape structure. For this purpose, 5116 urban function zones (UFZs), representing the basic function units of urban planning, were identified in Beijing. Land cover and land surface temperature (LST) values were extracted based on remote sensing data. UFZ, land cover, and LST were used to represent the urban function, landscape, and UHI characteristics, respectively. Then, the effects of urban function and landscape structure on the UHI effect were examined. The results indicated that the urban thermal environment exhibited obvious spatiotemporal heterogeneity due to the variation of urban function and landscape complexity: (1) UFZs showed significantly different LST characteristics for different functions and seasons, and the mean LST gap among different types of UFZ can reach 1.72–3.85 °C. (2) During warm seasons, the UHI region is mainly composed of residential, industrial, and commercial zones, while recreational zones contribute as an important UHI source region during cold seasons. (3) Urban developed land and forest are the most important landscape factors contributing to the UFZ effect in the urban thermal environment. These findings have useful implications for urban landscape zoning to mitigate the UHI effect.

     

城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征——以厦门市为例

热岛效应作为城市化过程中产生的特有环境问题,对其形成和演变规律的研究有助于人们提出有效的应对措施。以厦门市为研究对象,利用1987—2007年等时间间隔、同时相的5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用景观格局指数分析厦门城市热岛景观格局随城市化进程演变的趋势。结果表明:随着厦门城市化进程加深,整个热岛景观在逐渐变得更加破碎化,高等级热岛景观斑块个数、类型面积和个体面积都增大;新的高等级热岛景观斑块都出现在原有高等级斑块附近,致使高等级类型的邻近度增加而各类型之间相互接触的程度也增加;景观总体的聚合度逐渐下降,而高等级热岛景观类型的聚合度则呈上升趋势;景观水平的蔓延度总体呈下降趋势,优势度高的低等级热岛景观所占的比重下降,优势度逐渐降低;多样性指数、均匀度指数总体呈上升趋势,各热岛景观面积在各类型间的分配逐渐趋于均匀;热岛景观斑块的转化方面,在20 a间低等级斑块类型(1、2、3级)向高等级斑块类型(4、5、6级)转化的面积总体上呈增加趋势,而高等级斑块类型向低等级斑块类型转化的面积总体上呈减小趋势,且等级升高的面积明显大于同期等级降低的面积;就高等级热岛景观斑块而言,他们与3级热岛景观斑块间的相互转化最容易发生,远比高等级斑块内部各类型之间的相互转化来得容易,尤其6类和5类的转化是最为困难的热岛景观变化之一;从空间上看,各高等级热岛景观斑块都经历了数量增加、面积扩大、等级升高三个方面的变化,形成了海沧、新阳、杏林、厦门岛西北港口区和机场5个高温组团。利用景观指数分析城市热环境,可探明热岛景观随城市化演变的趋势,并为有效的热岛效应减缓措施提供直接的理论依据。     

Remote sensing evaluation of urban heat island and its spatial pattern of the Shanghai metropolitan area,China

With the aid of an integrated GIS/RS-based approach, methods including spatial autocorrelation, semivariance, and fractal analysis were used to quantitatively characterize the patterns of recent urban heat island (UHI) in the Shanghai metropolitan area during 1997 and 2004. Results show that newly emerging bare lands along the coastal areas and on the remote islands were well vegetated or developed for fishery, and therefore had the significant cooling effect. However, with the rapid expansion of the urbanized and urbaning landscapes, the heating effect of impervious surfaces increased in proportion. Spatial scales showed that the average size of homogeneous patches dominated with the urbanized and urbanizing areas increased remarkably, so did the extent and magnitude of hot spots. Given the growing extent and magnitude of UHI on two dates, dramatic land use and cover change in urban fringes and the major satellite towns significantly exacerbated the UHI effect on regional scale. As a whole, both the extent and magnitude of UHI in Shanghai have undergone a significant increase. Further, the patterns of UHI (as indicated by LSTs) implied the existence of spatial correlation on the small and meso scales. A directional analysis of the Hausdorff–Besicovitch dimension showed that in E–S profile of the city, the spatial dependency of UHI was mainly associated with structural variance. Relatively weak spatial dependency associated with structural variance also existed in the direction of NE–SW. As computed, the structural variation accounted for approximately 50% of the total variation. Therefore, random factors also played the significant role in causing the complexity in patterns of UHI.     

Comparison of the urban heat island intensity quantified by using air temperature and Landsat land surface temperature in Hangzhou,China

This study compared different measures of urban heat island (UHI) intensity, which were calculated using both air temperature (T_air) at a height of 1.5 m and Landsat land surface temperature (LST) in Hangzhou, China. Two UHI-driven indicators (range and magnitude) and two land-cover-driven indicators (urban-rural and urban-agriculture) were calculated to quantify the UHI intensity based on hourly T_air from five stations and fifteen Landsat 5 LST images. Pearson correlation testing and a moving average times series of the previous 30 days were used to investigate the relationship between UHI intensities calculated by different indicators and data. The results indicate that the land-cover-driven indicators explain UHI better than the UHI-driven indicators, while the calculated values of UHI intensity using Landsat LST and hourly T_air are not comparable. We also investigated the influence of weather conditions on UHI intensity. Generally, Landsat-LST-based UHI performs best on hot sunny days, while T_air-based UHI has a better chance during the nighttime following a dry sunny day. This study suggests that the value of UHI intensity can be influenced by the selected indicators, the data used, the acquisition time and the weather conditions. Thus, these factors should be considered when comparing UHI intensity between different cities or quantifying their influences (e.g., population size, land use and land cover change) on UHI intensity.     

种植密度对冬小麦根系时空分布和氮素利用效率的影响

在大田条件下,以大穗型品种泰农18和中穗型品种山农15为材料,研究不同种植密度(泰农18：每公顷135、270、405万株;山农15: 每公顷172.5、345、517.5万株)对冬小麦根系时空分布和氮素利用效率的影响.结果表明：在整个生育期,随种植密度的增加,泰农18的根长密度、根系总吸收面积和活跃吸收面积均显著增加;在生育后期,山农15的根长密度、根系总吸收面积和活跃吸收面积在种植密度为每公顷345万株时最大.泰农18的籽粒产量、氮肥吸收利用效率、氮肥偏生产力和氮素利用效率在种植密度为每公顷405万株时最高,山农15在种植密度为每公顷345万株时最高,但与种植密度为每公顷517.5万株的处理差异不显著.随种植密度的增加,冬小麦成熟期土壤硝态氮、铵态氮和无机态氮在不同土层的积累量均降低.泰农18和山农15种植密度分别为每公顷405万株和345万株时,是兼顾高产和高效利用氮素的适宜种植密度.     

辽宁中部城市群城市增长时空格局及其驱动力

基于1988、1992、1997、2000和2004年5期Landsat TM卫星遥感影像数据,采用GIS空间分析和景观格局分析的方法,分析了辽宁中部城市群城市增长的时空格局特征,并对其驱动力进行了探讨.结果表明: 1988-2004年间,辽宁中部城市群城市面积持续增加,增长强度逐渐增强, 城市面积由812.55 km²增至1345.86km², 平均增长速率为32-96 km²·a^-1;1997年以后,城市增长强度迅速增大,以1997-2000年的城市扩展强度最大;辽宁中部城市群的城市增长主要集中在中部城镇密集带.1988-1997年,研究区城市面积的增长速度较慢,空间结构紧凑,以边缘增长和填充增长为主;1997-2004年,城市面积增长较快,表现为扩散的城市增长格局和复杂的城市斑块形状,以开发区的飞地式增长和扩散增长为主.非农业人口增长、经济增长、城市群城市空间的相互吸引、工业发展与开发区建设政策等因素是辽宁中部城市群城市空间快速增长的主要驱动力.