基于Google Earth Engine与机器学习的大尺度30m分辨率沙地灌木覆盖度估算

相较于降雨充沛的南方,中国北方沙地植被呈现覆盖整体偏低、空间异质性强的特点。灌木作为该区域的优势植被,对于风沙固定、食品/木材供给起着极为重要的作用。针对当前大尺度、中高分辨率干旱地区灌木覆盖度遥感产品缺失的现状,研究提出了一套通过Collect Earth样本收集器进行样本采集、利用Google Earth Engine遥感云平台的数据与计算优势开展大尺度灌木覆盖度估算的方法,并选取中国北方四大沙地之一的毛乌素沙地开展了示范应用。研究结果表明:(1)Collect Earth样本收集器可以有效地获取地面灌木覆盖度样本数据集,可以将灌木与高大乔木与草本植被进行有效区分,为灌木覆盖度估算样本集的建立打下了基础;(2)利用Landsat数据与其他辅助数据,机器学习算法可以较好地实现灌木覆盖度的估算,CART模型确定性系数R~2为0.73,均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为13.66%,预测精度(Estimated Accuracy, EA)为61.8%,SVM模型R~2为0.72,RMSE为13.73%,EA为61.6%;(3)提出的基于GEE的灌木覆盖度估算体系可为我国乃至全球尺度干旱地区沙地灌木覆盖度信息提取提供有效支撑,具有较大的应用潜力。     

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Google Earth Engine的青藏高原土地沙化模拟与动态评估

青藏高原广布的高寒草原和高寒草甸,在气候变暖以及超载放牧等人类活动的影响下面临着沙化的风险,并且高寒干旱的气候条件使得高原草地生态系统极为脆弱,发生沙化后修复难度极大,对高原土地沙化时空动态评估极为必要。但目前针对大范围进行长时间快速沙化模拟监测的方法存在不足,通过对比实验构建了基于植被状况-地表反射率-土壤湿度(NDVI-Albedo-Wet)三维数据空间的沙化遥感模拟监测模型,利用Google Earth Engine遥感大数据对模型进行了代码实现,最终分析了青藏高原土地沙化时空格局的动态变化。结果揭示了青藏高原土地沙化总体缓解但问题依然存在的现象,具体体现在：(1)沙化总面积逐年减少,平均每年减少的面积达到55.13万hm²,但沙化模拟数据显示有大量的未沙化土地向轻度沙化转移。(2)沙化程度总体上趋于逆转状态,但部分区域土地沙化问题不断出现,主要分布于“一江两河”、唐古拉山南麓、柴达木盆地周边以及昌都地区,在三江源和川西甘南地区也有零星分布。     

基于Google Earth Engine平台的1984—2018年太湖水域变化特征

湖泊是重要的淡水资源,准确了解湖泊水体动态变化有利于水资源可持续利用和社会经济发展。本研究基于Google Earth Engine(GEE)平台,以Joint Research Centre(JRC)全球地表水数据集和Landsat遥感影像为数据源,分析了1984—2018年大型湖泊——太湖水体的动态变化,并利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)研究了太湖面积变化趋势。结果表明:1984—2018年,太湖湖泊面积呈增加趋势,共增加45.31 km²,湖泊面积呈夏季低、春冬季高的特点,东太湖是太湖面积发生变化的主要区域。与1984年相比,2018年太湖88.9%的水体未发生任何变化,0.3%的水体永久性消失。湖泊面积变化受自然和人为因素的共同影响,农业灌溉、渔业养殖、围湖垦殖、水利工程设施和土地利用类型转移等导致湖泊面积减少;年降水量增加和环境保护政策的实施是湖泊面积增加的主要原因。本研究结果可为实施水资源可持续管理提供参考,亦验证了基于GEE平台开展水体长期变化监测的可行性。     

基于Google Earth Engine云计算的城市群生态质量长时序动态监测——以粤港澳大湾区为例

人类活动对生态环境的影响日益强烈,及时动态地监测生态现状及其变化信息对城市生态的管理和保护以及可持续发展具有重大意义。遥感生态指数(RSEI)是一种客观、快速和简便的生态质量监测和评价技术,已被广泛应用于生态学研究领域,但在进行大范围长时间监测时往往面临云遮挡和拼接困难的问题。因此,本文基于Google Earth Engine(GEE)平台,对1988—2018年来粤港澳大湾区共3530景Landsat遥感影像进行批量去云,采用中值合成法逐年计算绿度、湿度、干度和热度等遥感指标并利用主成分分析法构建遥感生态指数,评价了该区域近30年生态质量的时空变化。该方法改善了遥感生态指数在大范围长时序监测中数据缺失和拼接困难等问题,增加了时间序列的可比性。研究表明:(1)遥感生态指数能够较好地表征粤港澳大湾区的生态质量,其中绿度和湿度指标与其呈正相关,干度和热度指标与其呈负相关;(2)时间上,三十年间粤港澳大湾区生态质量呈"上升-下降-上升-下降"的波动下降趋势,空间上,生态质量具有明显的空间异质性,主要呈现西北和东北部高和中部低的状态。重度和中度退化区主要集中在区域中部,总体改善区域主要位于西...     

基于GEE和RSEI的长三角一体化示范区生态环境质量动态评估

生态环境质量变化的及时监测与定量评估,可为区域生态环境协同治理与管控政策制定提供决策支持。本研究基于Landsat5/TM和Landsat8/OLI影像,利用Google Earth Engine(GEE)平台和遥感生态指数(RSEI),综合考虑湿度、绿度、干度和热度等多种生态环境要素,对长三角一体化示范区2000—2020年生态环境质量变化进行了评估,并结合GDP和人口数据分析了社会经济因子对生态环境质量的影响。结果表明：绿度是对研究区生态环境质量贡献率最大的指标,且具有正面效应,而热度指标是引起生态环境质量退化的主要因素;研究区生态环境质量总体上处于中等水平,且呈现平稳上升趋势,其中,青浦区生态环境质量上升趋势明显,而吴江区和嘉善县的生态环境质量略有下降;2000—2020年,研究区生态环境质量提高区域面积占比(30.45%)略高于下降区域(28.35%),良好和优等级区域占比由27.34%增至29.79%,在不同时段,区县间和街镇间差异较为显著;人口增长对生态环境质量具有明显的负面影响,而经济发展并未以牺牲生态环境为代价,二者之间表现为脱钩关系。     

京津冀城市群城市化与生态环境时空分异及协同发展格局

京津冀城市群在快速城市化进程中,"高耗能、高污染、高排放"的粗放型经济发展模式引发了一系列诸如雾霾、水质污染及生态体系破坏等问题。选取2000—2015年京津冀城市群13个地级以上城市作为研究对象,采用系统指数评估模型评价城市化与生态环境系统及其子系统指数值,运用耦合协调度模型及其分类原则判定两者协同发展格局。结果表明:(1)北京、天津、唐山、石家庄、廊坊城市化发展较强,邯郸、秦皇岛、衡水、沧州居中,邢台、保定、张家口、承德较弱;北京、保定、张家口、承德和秦皇岛生态环境保护较好,天津、石家庄、廊坊、邯郸、沧州居中,邢台、衡水、唐山较弱。(2)2000—2007年为城市化缓慢发展阶段,2008—2015年为稳步提升阶段;2000—2010年为生态保护攻坚期,2011—2015年为生态文明建设期,环保投入剧增。(3)高城市化区的空间格局保持不变,偏高城市化区和中城市化区空间格局相对稳定,低城市化区基本不存在;优生态环境区、偏优生态环境区和中生态环境区空间格局相对稳定,劣生态环境保护区不存在。(4)京津冀城市群城市化与生态环境系统耦合协调度上升趋势显著,但是濒临失调和中度协调占主导类型,具有较大上升空间;协同发展类型整体上逐渐由城市化滞后演变为生态环境滞后,生态环境质量需要进一步提高。由此,需要以生态环境保护为抓手,坚持产业转型升级和"高科技+"的自主优化思想,打造集聚区域特色的"美丽中国"绿色城市化样板区;加大地区生态环境保护的投入和宣传,以"生态+"思想融入经济社会发展,培育区域性绿色小城镇;建立多样化生态保护园区、现代化旅游和康养基地、科技化教育培训机构,促进区域内外多维多向联动发展;保有生态环境危机意识,积极创建保障措施,杜绝重大生态破坏、环境污染等事件。     

马鞍山市城市化与生态环境耦合协调发展研究

伴随城市化的快速推进,生态环境面临日益严峻的挑战,因此研究城市化与生态环境的耦合协调发展显得尤为重要.以安徽省马鞍山市的街道及乡镇为研究对象,利用DMSP/OLS夜间灯光数据和Landsat遥感影像数据,建立夜间灯光指数和遥感生态指数,并引入耦合协调模型,对1993—2013年马鞍山市城市化与生态环境耦合协调关系进行探...     

基于DMSP/OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析

20世纪90年代以来,随着中国城市化步伐的加快,城市用地空间扩张极为明显。采用1992、1995、2000、2005、2009年5期的夜间灯光影像数据提取了京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市像元,并从空间扩张强度、扩张类型以及方向性空间扩张特征3个方面对三大城市群城市用地的空间扩张特征进行了分析,同时还从社会经济方面对城市群空间扩张的驱动因素进行了讨论。结果表明,三大城市群的空间扩张特征既存在共性也存在明显的差异,同时社会经济的快速发展对城市用地的扩张具有明显的驱动作用,为进一步推动中国城市化进程提供了数据支撑。     

基于GEE的祁连山国家公园生态环境质量评价及成因分析

生态环境与人类生活密切相关.利用遥感技术能够客观、定量地评价生态环境质量的时空变化,为区域治理生态环境提供科学参考.本研究基于Google Earth Engine(GEE)平台,以Landsat TM/OLI遥感影像为基础数据源,计算得到可以反映生态环境质量的遥感生态指数(RSEI),并对祁连山国家公园1989-20...     

基于生态足迹法的闽三角城市群生态安全评价

生态安全已经成为时下研究的热点问题,而生态足迹法(Ecological Footprint)是评价区域生态安全的重要方法之一。然而,目前鲜有应用改良后的生态足迹方法探讨海湾型城市群生态足迹以及生态安全状态的成果。鉴于此,论文以闽三角城市群为研究区,以NPP数据反映现实生物量,采用"国家公顷"实现产量因子区域化,测算2010—2015年的区域生态足迹、生态承载力、生态赤字以及生态压力指数,评价区域生态安全状态。结果表明:2010—2015年间,闽三角城市群的生态足迹快速增长,其中泉州与漳州增长迅速,而厦门则略有下降;区域总体生态承载力缓慢下降;城市群大部分区域呈现生态赤字且越发严重,其中厦门最为严重,泉州次之,漳州相对较轻;城市群生态压力指数持续增长,生态安全等级升高,与生态赤字情况总体相符,生态安全问题亟需解决。有助于拓展与丰富生态足迹与生态安全研究的视角与案例,并为城市群可持续发展提供科学依据和决策支撑。     

基于生态足迹-净初级生产力的珠三角城市群经济与生态的关系

随着区域经济一体化进程加快,人类活动对区域可持续发展的影响越来越重要。本研究利用MODIS遥感数据,基于净初级生产力的生态足迹法(EF-NPP),对珠三角城市群6大生物生产性土地面积的均衡因子和产量因子进行计算,分析研究区2000—2020年的人均生态足迹、生态承载力、自然资源利用效率和生态适度人口的变化。结果表明: 2000—2020年,珠三角城市群人均生态足迹不断上升,化石能源用地的生态占用最高,人均生态足迹呈现出西部高、中部低、东北部较高的空间变化特征;人均生态承载力高值集中分布在肇庆市、江门市,低值集中分布在深圳市、东莞市、佛山市、中山市;生态适度人口与区域实际人口的差距随时间呈增大趋势,其中,2020年生态适度人口与区域实际人口的差距达3062万人,区域实际人口数远大于生态适度人口数,人口压力大;三大产业自然资源利用效率高,人均生态足迹所能创造的经济效益在研究期间增加3.68 万元·hm^-2,年均增速为0.18万元·hm^-2,且第三产业的增加速度最快。研究结果能为中小尺度区域自然资源利用效率的研究提供一定的借鉴与参考。     

基于GEE平台的黄河流域森林植被净初级生产力时空变化特征

黄河流域是我国重要的生态屏障,研究黄河流域森林植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的时空变化特征及驱动机制,对解释黄河流域森林碳汇/源变化具有重要意义。基于Google Earth Engine (GEE)云平台,利用MOD17A3H V6 NPP数据、MCD12Q1 V6土地覆盖类型数据、ECMWF/ERA5气象数据和USGS/SRTMGL1_003高程数据,采用岭回归分析、Hurst指数和冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)对黄河流域2001-2019年森林NPP的时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明:(1)2001-2019年,黄河流域森林平均总面积为3.66万km²,其中阔叶林、针叶林、混交林平均面积分别为:2.64万km²、0.01万km²和1.01万km²,森林NPP年总量呈线性增加趋势,其均值为8.99Tg C,年均增速为0.36Tg C/a,19a增长率为173.60%;不同森林类型的NPP年总量均值分别为:4.79Tg C (阔叶林)、6.04×10^-5Tg C (针叶林)和0.64Tg C (混交林),年均增速为:阔叶林(0.16Tg C/a)>混交林(0.04Tg C/a)>针叶林(6.98×10^-6Tg C/a)。(2)2001-2019年,黄河流域森林年均NPP呈线性增加趋势,其均值为241.58g C m^-2 a^-1,年均增速为7.18g C m^-2 a^-1,19a增长率为108.63%;不同森林类型的年均NPP均值分别为:178.48g C m^-2 a^-1(阔叶林)、0.60g C m^-2 a^-1(针叶林)和62.49g C m^-2 a^-1(混交林),年均增速为:阔叶林(4.75g C m^-2 a^-1)>混交林(2.39g C m^-2 a^-1)>针叶林(0.04g C m^-2 a^-1)。(3)黄河流域森林NPP呈增加趋势的面积占94.50%,其中显著增加的面积占73.29%;呈减少趋势的面积占5.50%,其中显著减少的面积占1.57%。阔叶林NPP显著增加的面积最高(76.78%),其次为混交林(60.84%),针叶林最少(56.76%)。(4)黄河流域森林NPP的Hurst指数(H)介于0.38-1.00之间,平均值为0.87,其中H≥0.5的像元数约占99.34%,黄河流域森林NPP在未来一段时间内仍保持持续增加趋势。(5)归因分析表明环境因子对黄河流域森林NPP时空变化的总解释率为55.80%,显著影响的环境因子为经度(35.50%)、降水(8.00%)、气温(6.50%)和纬度(5.40%)。2001-2019年黄河流域森林NPP呈增加趋势,且呈现较强的可持续性;GEE云平台结合冗余分析可及时、高效获取黄河流域森林NPP的时空变化并对其进行归因分析。     

黄河流域生态环境质量时空格局与演变趋势

黄河流域是我国重要的生态功能区,在我国经济社会发展和生态安全方面的作用举足轻重。如何及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势,对黄河流域生态环境保护和建设具有重要意义。利用Google Earth Engine（GEE）平台,筛选目标年份及其前后各1年的夏季（6-9月）Landsat遥感影像,去除有云像元,掩膜水体信息,采取中值合成提取绿度、湿度、热度和干度4个生态指标,通过主成分分析快速构建遥感生态指数（RSEI）。结果表明：（1）绿度（NDVI）、湿度（Wet）、热度（LST）和干度（NDSI）4个指标在第1主成分（PC1）上的平均贡献率为89.60%,依据PC1构建遥感生态指数（RSEI）在黄河流域是可行的。（2）1990-2019年,黄河流域RSEI总体呈现出"快速变好→缓慢转好"2个阶段,1990-2000年增长趋势平均为0.005/a,增长率为11.69%,生态环境质量等级由差转为较差（10.18万km²）、较差转为中等（5.69万km²）、中等转为良（7.08万km²）贡献较大;2000-2019年增长趋势平均为0.001/a,增长率仅为3.86%,生态环境质量等级由较差转为差（6.10万km²）、良转为中等（4.09万km²）贡献较大。（3）1990-2019年,黄河流域生态环境质量提升的面积占黄河流域总面积的76.38%,其中显著提升的面积占26.14%;生态环境质量降低的面积占黄河流域总面积23.62%,其中显著降低的面积仅占1.46%。30年来黄河流域生态环境质量整体向好,实施生态工程的黄河上中游地区生态环境质量提升最快,而一些国家重点经济开发区生态环境质量有所恶化,使用GEE平台可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势。     

长江三角洲生态环境脆弱带生态修复技术研究进展

我国长江三角洲作为中国第一大经济区,综合实力最强的经济中心,其城市化和工业化发展迅速,但在人类活动的高强度影响和干预下,该地区的资源环境问题日益突出：生态环境脆弱性程度的增高,脆弱性发展趋势的加快等等一系列问题严重影响着长江三角洲的可持续发展,该区域生态环境呈现出的脆弱性特征已成为我国新的生态环境脆弱带。基于长江三角洲自然、经济、社会和环境状况的数据基础,及国内外脆弱性综合评价指标(自然因素和人为因素),对长江三角洲进行生态环境评估发现该区域具体的生态环境问题主要为土壤污染、城区大气污染、水环境污染,以及地面沉降等。通过剖析长江三角洲4类生态环境问题(土壤污染、大气污染、水环境污染、地面沉降)的现状、形成的具体原因及带来的影响,结合国内外生态修复技术的研究成果,详细论述了该区域4类生态环境问题的生态修复技术类型(物理方法、化学方法、生物方法、生态方法)、基本原理及各自的优缺点,同时评估了不同生态修复技术在污染治理过程中的可行性、安全性、经济性,旨在以上述理论研究为参照标准评估该区域环境污染治理过程中生态修复技术的修复潜力,为长江三角洲生态环境问题的治理修复提供方案及理论参考。长江三角洲...     

珠三角城市群生态空间游憩服务供需匹配性评价与成因分析——基于改进的两步移动搜寻法

随着休闲时代的来临,生态空间的游憩服务功能越来越受到重视。揭示生态空间游憩服务供需匹配性格局及其成因,对于优化城市群公共游憩空间布局、提升居民福祉至关重要。以珠三角城市群为研究对象,采用改进的两步移动搜寻法对区域内生态空间游憩服务的供需匹配性格局进行评价,并综合分析其成因。研究结果得出:(1)研究区生态空间游憩服务供需匹配性分布特征表现出边缘——核心的圈层式结构,边缘区供需比高于核心区;(2)生态空间游憩服务供需匹配性分布的空间不公平性较大;(3)供需匹配性格局受自然和人文因素的综合影响,其中自然因素主要包括海拔、生态游憩空间分布,人文因素包括人口密度、区域工业化与城镇化格局、规划与政策。珠三角城市群城镇化和工业化模式造就了环境不公平性的现状,核心区生态游憩服务供给不足,人居环境质量较低。城市群景观生态结构优化应注重进行生态修复,优化生态游憩空间分布。未来新城新区建设时应借鉴生态城市建设理念,实现生态游憩空间与生活空间、生产空间协调发展。     

长江荆江段的渔业生态环境评价

1997—2002年,对长江荆江段青、草、鲢、鳙产卵场的水环境质量和浮游生物状况进行了调查,并用河流水质综合评价方法和Kolkwitz&Marsson体系法进行了评价。结果表明:在每年5—6月份的青、草、鲢、鳙繁殖季节,仅个别采样点铜或石油类超过渔业水质标准,该江段水质基本符合渔业水质标准和地表水环境质量Ⅱ类标准,能满足青、草、鲢、鳙繁殖对水质质量的要求。浮游生物的指示性表明其水体属于β中污带。       

珠三角城市群生态空间分区方法与管控对策

生态空间管控是维护区域生态安全,解决区域生态供需矛盾的重要手段。生态空间分区一直是生态管控的热点问题,对促进城市群可持续发展具有重要意义。以珠三角城市群为例,基于政策目标、民众需求、专家知识等方面综合构建评价体系,开展了基于生态空间质量和生态系统健康评价的生态空间分区的探索研究。结果表明：珠三角城市群生态空间约占城市群面积的82.8%,生态空间质量好,但生态系统健康水平低。城市尺度肇庆市、深圳市生态空间质量较高,珠海市、中山市生态空间质量较低;惠州市、肇庆市生态系统健康水平较高,佛山市、中山市生态系统健康水平较低。综合生态空间质量和生态系统健康,区域尺度将城市群生态空间分为重点保护区、重点修复区、潜在修复区和生态保育区。重点保护区占生态空间总面积的10.1%,是区域生态源地,应实行最严格的环境保护制度,划定生态保护红线和自然保护地,加强生态建设和生物多样性保护,并加强生态连通性建设,提升区域整体生态系统服务;重点修复区占生态空间总面积的21.6%,以生态修复,实施生态治理工程,推进生态产业为主;潜在修复区占生态空间总面积的13.1%,以保护优先、自然恢复为主,对生态空间进行全面的养护,保护和提升品质,重点提升生态系统服务;生态保育区占生态空间总面积的55.2%,重点实施生态廊道建设,同时加强区域高标准农田建设,在保护生态空间的基础上合理开展生产建设活动。对生态空间分区管控的研究可方便决策者对生态修复空间和生态保护空间进行识别和分类管理,有效指导国土空间规划和区域生态环境管理体系的完善。     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。