植被-气候关系遥感分析研究进展

对当前植被-气候关系遥感分析研究进行了总结.过去几十年内,全球不同尺度、区域和时间序列的植被变化对气候变化表现出了明显响应.植被的生长变化与气温和降水的变化密切相关.而大尺度上土地覆被类型的变化及植被覆盖的变化对局地及区域的气候产生重要的反馈作用.当前植被-气候关系研究的常用的遥感数据源较多,但也存在单一遥感数据源时间...     

2000-2015年黄淮地区城市扩展的地表辐射调节作用研究

土地利用变化能够改变地表反照率从而可以影响区域乃至全球的气候变化.为分析和验证地表反照率变化导致的年际辐射强迫作用,本研究选取了2000-2015年中国城镇化发展迅速,同时区域差异明显的黄淮地区7个省市作为研究区域,利用遥感及土地利用数据分析该区域地表反照率变化的时空特征,以及城市扩展导致的气候效应.结果表明:(1)7省市城区土地面积均明显增加,从2000年的12 447 km2增长到2015年的19 987 km2,扩展面积为原有的1.61倍;(2)7省市的老城区与扩展城区平均地表反照率的时空差异程度,呈波动下降趋势.且太阳辐射总体亦呈下降态势,但空间分布差异较小,年际变化差异较大;(3)2000-2015年的对比结果显示,黄淮7省市城区平均辐射强迫为正值,增加达0.398 6W· m-2,整体表现为增温效应,但安徽省、江苏省却表现出降温效应.本研究从辐射平衡角度探讨城市扩展对温度的影响,并进一步揭示出2000年以来城市建设在城区绿化和植被管护方面带来的辐射强迫作用和气候效应.     

土地利用/覆被的剧烈变化对深圳市气温的影响

基于Landsat遥感影像解译得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被数据,采用中尺度气候模式WRF/UCM,在较高分辨率的地形资料和城市冠层参数支持下,将两个时期的土地利用/覆被作为模式强迫参量,分别进行两组数值模拟试验。将模拟结果与自动气象站点观测数据进行对比和验证,发现WRF模式能够较准确地反映深圳市月平均气温西高东低的空间分布特征。1986—2011年,深圳市在快速城市化进程中发生大规模的土地利用/覆被变化,引起近地表气温整体上呈现增高趋势。其中,7月增温幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各种自然植被覆盖型用地转变成城镇建设用地的升温幅度大多为0.70~1.57℃。主要原因是城镇建设用地扩张导致地表反照率减小,净辐射和感热通量增加,潜热交换变弱。     

"Research on Net Primary Productivity and Its Spatio-temporal Characteristics in the Three GorgesReservoir Area (Chongqing Section) During 1998 to 2007"

基于CASA模型,利用SPOT/VGT NDVI数据、植被覆盖类型图、气象数据等,对三峡库区(重庆段)1998—2007年植被净第一性生产力(NPP)进行遥感估算,并对其时空特征进行了分析。研究结果表明:1)1998年到2007年各年植被NPP的变化整体呈现波动下降的趋势;2)1998—2007年研究区植被NPP在季节变化上由高到低依次为夏季(675.705gC.m-2)、春季(368.2gC.m-2)、秋季(207.944 gC.m-2)、冬季(49.495 gC.m-2)。夏季植被NPP最高值出现在2000年(1 022.173 gC.m-2),最低值主要出现在2006年(318.321 gC.m-2);3)1998—2007年,年均植被NPP值在184.8～515.548 gC.m-2之间,高值主要出现在渝东北的巫溪县、巫山县、奉节县及渝东南的石柱县、武隆县等区域,低值主要在忠县、涪陵区及主城区大片区域;4)各年阔叶林单位面积生产力最高,其次为灌丛和灌草丛、针叶林、草甸、水生植被,水域生产力最低。     

苏州市吴中区13a生态环境质量变化与保护对策

对苏州市吴中区2000—2013年的生态环境质量动态变化进行定量分析,为该地区生态环境质量的保护与改善提供对策.基于CASA模型,根据苏州市吴中区2000,2013年的遥感和气象数据,模拟该地区的NPP动态变化,并利用监督分类法,得出该地区土地覆被动态变化,并结合气候变化规律,分析生态环境质量动态变化的原因.结果表明,2000—2013年,苏州市吴中区净初级生产力减少了0.8Gg,共有406.41km2土地覆被发生转化,占吴中区土地覆被总面积的18.15%,植被厚度、生态承载力和碳汇量在减少,平均每年按1.09%的速度下降;苏州市吴中区快速的城市化进程,造成大量覆被NPP高的土地转化成覆被NPP低的土地,其生态环境质量呈变差趋势.     

三峡库区（重庆段）土地覆被质变与量变的地貌分异特征

【目的】以三峡库区（重庆段）为研究区，分析区域2000—2020年土地覆被质变与量变，探明山地复杂人地关系背景下土地覆被随地貌的分异特征及演变规律，并分析土地覆被变化的影响因素，以期为山地区域国土空间高效集约利用和区域生态系统的管理提供理论与数据参考。【方法】基于5期土地覆被类型数据与植被指数数据，利用土地利用转移矩阵、土地覆被变化度等方法，通过绘制分区统计和交互制表定量得到2000—2020年间土地覆被质变与量变的地貌分异特征。【结果】1） 研究区超过17.3%的国土空间发生过质变，同期植被指数的量变值达0.14，增长率为22.96%；2） 质变存在明显的垂直差异性，质变强度随海拔的升高而降低。量变在平原丘陵地貌主要受到质变方式影响，而山地地貌的量变规律随着海拔的增高而减弱，与质变方式呈负相关关系；3） 研究区土地覆被质变程度与三峡工程的建设过程相对应，在后三峡工程时期，为配合相关生态政策和战略目标，研究区土地覆被质变加剧但其植被覆盖率仍保持在较高水平。【结论】三峡库区（重庆段）土地覆被在两个维度均发生了明显变化，地貌对两种维度的变化影响存在明显差异。人类的社会经济活动以及政策制定极大地影响了土地覆被变化方向及程度。     

上海市1985-2000年土地利用时空变化分析

根据1985年和2000年2期TM/ETM 遥感数据,运用人机交互式解译方法、地理信息系统空间分析方法和土地利用/土地覆被变化数量模型,全面分析上海市城区和全市内陆部分的土地利用的数量变化特征和空间变化特征,阐明了区域土地利用变化的区域特点,揭示了经济高速发展地区土地利用/土地覆被变化的时空过程及区域土地利用变化的空间分异规律.     

基于高分辨率遥感影像的广州城市土地覆被分类系统

土地覆被分类系统是城市景观研究的基础。近年来对地观测技术发展迅速,遥感影像的质量与分辨率有了极大的提升,为土地覆被的研究提供了强大的基础数据,而科学合理的分类系统则是土地覆被研究的前提。根据不同的研究目的和遥感数据的特点,各国学者先后提出构建不同层次不同类型的土地覆被或土地利用分类系统,但迄今仍没有一个为国际学术界广泛认可和具有普适性的分类系统。本文基于多光谱与全色波段融合后的2 m分辨率高分一号影像数据,依据地物自然属性、形态及光谱特征,提出了一个适用于城市区域的土地覆被分类系统,并以广州市为例图示了分类结果。该分类系统着重于城市生态系统的特点,为非重叠的层级体系,第一、二层级有固定的类别与依据,第三层级为开放性层级。其中一级类别划分为建成区、植被、水体和裸地4类,二级类别分别划分为商住区、工业区、道路;林地、灌从、草地、农田;河流、库塘等9类。分类结果包含二级类别的全部土地覆被类型,总体精度达到90.1%,符合技术要求,具有推广意义。     

中国科学院土地利用分类系统与IGBP分类系统的转换研究——以西北农牧交错带为例

以中国科学院土地利用/土地覆被分类系统和IGBP土地利用/土地覆被分类系统为例,分别按照直接转换、间接转换、分类后再转换3种转换关系制定转换规则,以西北农牧交错带为实验区,利用从中国科学院资源环境数据中心获取的实验区2015年土地利用/土地覆被数据以及遥感影像、野外考察数据等,按照制定的规则,对土地利用/土地覆被分类系统进行了转换和验证.结果表明:本研究所制定的土地利用/土地覆被分类系统转换规则科学合理;经过分类系统转换后的土地利用/土地覆被数据精度较好.本研究对于其他分类系统间土地利用/土地覆被数据类型的转换具有参考价值,对进一步的区域变化研究具有重要意义.     

高分辨率遥感影像在土地覆被变化监测中的应用

为了分析高分辨率遥感影像在土地覆被监测中的适用性,以SPOT5和"资源一号"02C卫星高分辨率遥感影像为数据源,对两种数据的波段组合和数据融合方法进行分析评价,并建立相应的土地覆被解译标志,提取研究区2005年和2012年两期土地覆被信息,基于RS和GIS软件平台,从面积变化、土地利用动态度和转移矩阵3方面研究了土地覆被信息的变化规律。研究结果表明,经过有效合成和融合处理的高分辨影像最大限度地保持了影像的纹理和光谱信息,可以正确识别并提取地物变化边界线,研究成果可为高分辨率遥感影像在土地覆被变化监测中的应用提供一定的参考和依据。     

Offset of the potential carbon sink from boreal forestation by decreases in surface albedo

Carbon uptake by forestation is one method proposed to reduce net carbon dioxide emissions to the atmosphere and so limit the radiative forcing of climate change. But the overall impact of forestation on climate will also depend on other effects associated with the creation of new forests. In particular, the albedo of a forested landscape is generally lower than that of cultivated land, especially when snow is lying, and decreasing albedo exerts a positive radiative forcing on climate. Here I simulate the radiative forcings associated with changes in surface albedo as a result of forestation in temperate and boreal forest areas, and translate these forcings into equivalent changes in local carbon stock for comparison with estimated carbon sequestration potentials. I suggest that in many boreal forest areas, the positive forcing induced by decreases in albedo can offset the negative forcing that is expected from carbon sequestration. Some high-latitude forestation activities may therefore increase climate change, rather than mitigating it as intended.     

黑龙江北部边境样带土地利用时空变化特征及其驱动因素

选取黑龙江省北部边境24个县市为样带,基于1995、2015年2期土地利用/覆被数据,利用空间分析、多元线性回归和地理探测器等方法,从时空耦合角度对样带的土地利用变化的时空特征进行分析,并以林地-耕地转换为例,探索土地利用变化的驱动因素．结果表明:1)1995—2015年,样带以耕地面积增长、林地和未利用地面积减少为土地利用/土地覆被变化的主要特征．研究区中的大兴安岭区、小兴安岭区、三江平原区耕地面积的增加速度逐渐加快,相应林地和未利用地面积减少的速度逐渐加快．林地-耕地类型的转移是研究区土地利用变化的主要类型,空间上集中分布在三江平原和小兴安岭北部的农林交错区;2)相对于自然资源因素,社会经济因素对农林交错区的林地-耕地转移的影响更大,主要受人口增长、产量增收和经济效益提高的影响;3)根据不同区域林耕转换的主导因素与驱动机制差异,将林地-耕地转移的典型县市划分为人口主导型、产量主导型和经济效益主导型3种地域类型．      

我国西北地区沙漠改良可能引起的辐射强迫及其气候效应

以辐射对流模式和区域气候模式为工具，采用虚拟试验的办法，对我国西北地区3种沙漠改良方案（退沙还草，退沙还田，退沙还林）可能产生的辐射强迫及其区域气候效应进行了数值模拟。结果表明：3种方案均能促使西北地区的干旱状况有所缓解，其中退沙还林方案的缓解效应最为明显，可以使得西北地区平均地面气压上升0．25hPa，地面气温降低0．52℃，降水强度增加0．60mm/d。3种方案引起的辐射强迫皆为正值，分别为2．28、2．84、6．79W/m^2，变化趋势与地面温度变化并不一致，表明对于下垫面改变造成的气候强迫而言，辐射强迫并非反映气候变化的较好指标。     

用一维辐射传递方程计算二氧化碳的辐射强迫

为得到二氧化碳浓度变化影响下的辐射强迫值,建立了简化的大气层净辐射通量模型.基于辐射传递方程,这个模型可以计算二氧化碳浓度变化引起的大气层每一层净辐射通量以及辐射强迫值.与美国大气与环境研究中心（AER）的RRTM-LW长波辐射传输模型在同一因素下的计算结果进行比较,得到误差不超过1%.     

Radiative forcing due to dust aerosol over east Asia-north Pacific region during spring, 2001

Atmosphericaerosolsinfluencetheradiationbudgetoftheatmosphere-terrestrialsystem,andthereforeinflu-encetheclimate.Dustaerosolisconsideredtobeacriticalfactortoclimateforcingamongotherkindsofaerosols,whichaccountsfor30percentofaerosolloadingandop-ticaldepth[1].Therearelargeuncertaintiesinthequantita-tiveassessmentsoftheradiativeeffectofdustatthepre-sentday,involvingvariousfactors:refractiveindices,par-ticlesizedistribution,atmosphericaerosolloading,parti-cleshape,etc.[2].Dustaerosolgenerallyorigi…     

大城市边缘区土地利用变化模拟研究——以北京市昌平区为例

近年来,土地利用变化模拟模型成为GLP的研究热点.大城市边缘区土地利用因变化剧烈而特殊,一直都是LUCC研究的重点领域.本研究采用国际前沿的土地利用变化及其影响空间建模方法——CLUE-S模型,基于GIS分析和统计分析,以北京市昌平区为例,运用1996年和2004年土地利用数据,构建CLUE-S模型,对2007—2015年不同土地利用政策情景下土地利用变化进行模拟,得到2010年和2015年的土地利用模拟图.结果表明:(1)专门针对中小尺度区域的CLUE-S模型能够对区域内的土地利用变化进行较好的模拟和预测,其中对分布相对集中的林地和建设用地的模拟效果相对较好,而对比较分散的园地、耕地和城市绿地的模拟效果相对较差;(2)在Markov情景下,建设用地的扩张最为明显;粮食安全情景下,山前平原区质量比较好的耕地没有转换为建设用地;而生态安全情景下,林地得到比较好的保护,并且林地的增加在靠近城区和高速公路的两侧最为明显.本研究可为研究区土地利用规划修编和土地可持续性管理提供科学依据.     

Dust direct radiative effects on the earth-atmosphere system over east Asia: Early spring cooling and late spring warming

Focusing on three dust storms occurring in spring 2001,we developed a detailed aerosol parameterization scheme and integrated it in a radiative transfer model to characterize possible impacts of solar altitude angle on dust direct radiative effects over China desert regions and the North Pacific,using actual daily solar altitude angles.Increasing solar altitude angle from early spring (or winter) to late spring (or summer) leads to increase of positive clear sky radiative forcing,and decrease of negative radiative forcing due to dust aerosols at the top of the atmosphere.Because solar altitude angle increases from early to late spring,dust-clear sky radiative forcing may change from negative to positive at the top of atmosphere,showing a change from cooling to heating of the earth-atmosphere system over high-albedo deserts and nearby regions.Over low-albedo ocean negative clear sky radiative forcing by dust may decrease,suggesting a change from strong to weak cooling on the earth-atmosphere system.The impacts of solar altitude angle on cloudy sky radiative forcing due to dust are similar to those of clear sky.Impacts of low cloud on dust radiative forcing are the same as increasing surface albedo.This causes the transition of dust cooling effects into heating effects over deserts to occur earlier,and causes decrease of negative radiative forcing over the ocean and even cause a change from weak negative radiative forcing to weak positive forcing over local areas.Even in the same East Asian desert regions and nearby areas,the strength and sign of the radiative forcings depend on storm dates and thus solar altitude angle.The nearer to early spring (or winter) a dust storm occurs,the easier it leads to negative radiative forcing at the top of atmosphere,which indicates cooling effects on the earth-atmosphere system.In contrast,the nearer to late spring (or summer) a dust storm occurs,the easier it leads to positive radiative forcing at the top of atmosphere,showing heating effects.Over East Asian deserts and nearby regions,dust layers may be regarded as cooling sources in early spring (winter) and warming sources in late spring (summer).     

Modeling the radiation balance of different urban underlying surfaces

An urban net all-wave radiation parameterization scheme is evaluated using annual datasets for 2010 recorded at a Beijing urban observation site.The statistical relationship between observed data and simulation data of net radiation has a correlation coefficient of 0.98 and model efficiency of 0.93.Therefore,it can be used to simulate the radiation balance of Beijing.This study analyzes the variation in the radiation balance for different underlying surfaces.To simulate radiation balance differences,we set four pure land-cover types(forest,grass,roads,and buildings).Keeping all other conditions inputted unchanged,we model the radiation balance by changing the land-cover type.The results show that the effects of different underlying surfaces on radiation differ,and that there is much upward long-wave radiation,accounting for 84.3% of the total radiation energy falling incident on the land surface.The annual averages of net radiation for the four land-cover types are in the range of 38.2-53.4 W/m2.The net radiation of the grass surface is minimal while that of the roads surface is maximal.Additionally,with urbanization the net radiation values of common types of land-cover change,such as conversion from forest to roads,grass to roads,and grass to buildings,all have increasing trends,indicating that net radiation usually increases with urban sprawl.     

Global estimate of aerosol direct radiative forcing from satellite measurements

Atmospheric aerosols cause scattering and absorption of incoming solar radiation. Additional anthropogenic aerosols released into the atmosphere thus exert a direct radiative forcing on the climate system. The degree of present-day aerosol forcing is estimated from global models that incorporate a representation of the aerosol cycles. Although the models are compared and validated against observations, these estimates remain uncertain. Previous satellite measurements of the direct effect of aerosols contained limited information about aerosol type, and were confined to oceans only. Here we use state-of-the-art satellite-based measurements of aerosols and surface wind speed to estimate the clear-sky direct radiative forcing for 2002, incorporating measurements over land and ocean. We use a Monte Carlo approach to account for uncertainties in aerosol measurements and in the algorithm used. Probability density functions obtained for the direct radiative forcing at the top of the atmosphere give a clear-sky, global, annual average of -1.9 W m(-2) with standard deviation, +/- 0.3 W m(-2). These results suggest that present-day direct radiative forcing is stronger than present model estimates, implying future atmospheric warming greater than is presently predicted, as aerosol emissions continue to decline.