CBERS-02IRMSS热红外数据及UTAE算法在城市热岛研究中的应用

文中使用城市热异常信息提取算法(urban thermal anomaly extraction,UTAE)提取城市热岛信息.该算法使用不同大小的滑动窗口来探测整幅图像,根据稳健估计的方法设定地表温度高于全部像元以及窗口内像元温度统计均值加标准差的像元为热异常像元,并将滑动窗口的范围设置在3×3至9×9个像元之间,根据像元被记为热岛像元的次数是否为0来区别热岛区与非热岛区,在热岛区域内根据次数的多少来决定热岛强度,具有动态阈值的特点和无偏特性.研究结果表明,在城市热岛范围的提取上,2004年2月13日长沙市热岛面积在27.21—33.98km2之间;在城市热岛强度和尺度效应分析上,宏观尺度的研究应选用较大的窗口来体现城—郊热岛关系以及热岛发展的总体趋势,而小窗口在微观分析城区内热岛的具体分布、与下垫面的关系以及驱动因子方面较有优势.最后,对UTAE算法在中巴地球资源卫星后继星数据上的应用做出了展望.     

中国典型植被最大光利用率模拟

植被最大光利用率是净初级生产力(NPP)遥感估算的一个关键参数, 对它的大小一直存在分歧. 利用NOAA/AVHRR遥感数据、气象数据和中国NPP实测资料, 根据NPP遥感估算的建模思路, 采用改进的最小二乘法对中国典型植被的最大光利用率进行了系统的模拟, 并针对不同植被分类精度可能带来的误差对最大光利用率进行了敏感性分析. 结果表明: 文中模拟得到的中国典型植被最大光利用率介于光能利用率模型(CASA模型)和生理生态过程模型(BIOME-BGC)的模拟结果之间, 与前人研究结果比较一致; 由植被分类精度所带来的最大相对误差仅为-5.5%~8.0%, 说明了本文模拟结果具有一定的可靠性和稳定性.     

地表过程与可持续发展研究进展与展望

自2007年地表过程与资源生态国家重点实验室批准建设以来,围绕地表多要素、多尺度和多过程及其资源生态效应,开展了基础性和面向国家需求的系统研究．总结实验室15年来的建设和发展,取得的主要成果如下:1）地表过程监测与研究,包括风沙过程、土壤侵蚀过程和生态水文过程等的观测系统与大型模拟设施建设,以及理论突破与应用;2）资源生态研究,包括生物多样性维持机制、植被-环境系统互馈及生态参数测量、景观生态与服务等方面的理论与应用实践;3）人-地系统动力学研究,包括环境演变与人类活动、人-地系统动力学模型与模拟2方面的探索;4）区域可持续发展范式,包括土地利用/覆盖变化（LUCC）和综合自然灾害风险2个方面取得的显著成果．面对国家重点实验改革与重组,展望未来,将围绕地表过程与可持续发展,开展更加有组织的、面向系统性解决方案的科学探究,核心目标是研究生态脆弱区和灾害高风险区人-地系统耦合理论与区域高质量发展路径．主要任务:1）通过构建天空地网一体化观测体系,系统开展从“山水林田湖草沙冰”等要素过程到生命共同体的综合研究;2）通过研发实验和模拟装置,揭示水土气生人相互作用的机制与动力学过程,构建多要素、多过程、多尺度的地表动态模型体系,揭示人地系统耦合机制与过程;3）以承接系统性国家级科研任务,解析人与自然系统互馈机制和关联效应,建立区域高质量发展监测、评估和预警体系,服务于制定区域与国家生态文明建设的长远战略．      

水足迹与水资源可持续性研究进展

对水足迹研究所取得的成果进行了归纳与总结,介绍了水足迹的概念及由来,概述了水足迹的核算方法,以及食品-能源-水系统关联过程中的能源、食品和水资源之间的相互作用,强调未来研究应重视食品-能源-水系统关联研究方法,并运用“环境足迹族(水、生态、能源、碳、土地、氮、磷足迹)”指标评价人与环境系统的综合表现,探讨在满足人类需求的同时,降低环境足迹的资源利用方案．      

深圳市植被净初级生产力动态及其与气候因子的关系分析

以深圳市为研究区,利用土地利用/覆盖分类数据、MODIS NDVI数据、气象数据,基于光能利用率(carnegieames-stanford approach,CASA)模型对深圳市2000—2014年的净初级生产力(net primary production,NPP)进行了估算,并分析了NPP的时空分布特征及其对气候因子的响应关系.结果表明:深圳市面积NPP为544.19~884.93g·m-2·a-1,总体以2.40g·m-2·a-1的趋势增加,空间分布格局呈西北低、东南高的特点,不同行政区的年均NPP存在明显差异;15a来深圳市NPP的变化呈现出南部增加北部减少的趋势,且增加区域面积是减少区域的1.4倍,其中城镇用地、林地呈增加趋势,耕地、果园、湿地、未利用地呈减少趋势;NPP对温度、降水、太阳辐射的响应存在显著差异,光明新区、龙华新区、龙岗区等北部区域NPP与温度、降水呈现明显的正相关关系,最大偏相关系数分别为0.92、0.95,南山区、福田区、罗湖区等南部区域是城市不透水层、水体高覆盖区,NPP与温度、降水的相关关系较弱.宝安区、南山区、龙华新区交界处的NPP与太阳辐射呈现明显的正相关关系,最大偏相关系数为0.95,龙华新区南部、坪山新区北部等部分区域分布着大面积的城市不透水层,NPP值较低.深圳地区植被NPP动态是受温度、降水、太阳辐射等气候要素变化及城市化引起的土地利用变化等因素共同作用的结果.     

快速城市化地区生态承载力评价研究——以深圳市为例

利用生物免疫学原理构建城市生态系统承载力的免疫学模型,建立城市生态系统承载力评价指标体系,对深圳城市生态系统承载力进行定量化评价,研究城市生态系统对人类活动的支撑作用.结果表明:1996—2008年深圳城市生态系统承载力先降后升,压力则呈上升趋势,承载力的变化与压力增长呈现相互交织变化状态,压力的持续增加有超过城市生态系统承载能力的趋势.     

土地利用/土地覆盖变化对区域气候影响的生物地球物理途径研究进展

本文从LUCC对气候影响的生物地球物理途径角度阐述其对气候系统的影响机制,并且结合多项研究结果归纳了诸如森林砍伐/造林活动、城市化、农业发展等人类LUCC活动在区域尺度的气候效应.气候模式是研究LUCC对区域气候及其变化最重要的试验工具之一,本文概括了气候模式经历了大气环流模式、区域气候模式、耦合的大气-陆面模式等一系列发展过程及其特点,提出利用遥感技术获取气候模式中的地面生物物理参数可以大幅提高模拟精度.最后,评论了目前LUCC气候效应研究中存在的问题,提出未来研究应着手降低区域气候模式模拟的不确定性,引入景观生态学理论与方法等可以更好地了解人类活动与气候变化的关系,进而制定适应气候变化的区域土地系统优化方案.     

DMSP/OLS灯光数据在城市化监测中的应用

分析了DMSP/OLS夜间灯光数据在提取城市面积、构建城市化指标及评价城市化环境效应方面的应用研究进展.总结了DMSP/OLS灯光数据在城市化研究中存在的问题和未来应用前景.主要存在问题:1)DMSP/OLS遥感数据本身及处理过程引起的误差容易造成研究结果精度下降;2)已有研究重视数理统计结果,缺乏对城市化机制的解释;3)简单的线性回归模型无法准确表示城市扩张的时空异质性.需要进一步研究的问题:1)从城市化内在驱动力出发,选择合适的多要素变量构建非线性模型,监测和模拟城市化发展的时空动态过程;2)基于DMSP/OLS遥感数据及社会经济数据构建复合指标,以提高城市面积获取的精度;3)拓宽DMSP/OLS遥感数据在城市化监测领域的应用.     

气候变化和人类活动对中国北方农牧交错区草地净初级生产力的影响

中国北方农牧交错区位于内蒙古高原东南边缘和黄土高原北部,生态系统脆弱,对气候变化敏感,草地是该区域的主体生态系统类型,在气候变化和人类活动影响下易发生退化.如何区分气候变化和人类活动对草地生产力的影响还有待于深入研究.本文利用CASA模型和Thornthwaite纪念模型分别模拟2000—2015年草地实际净第一性生产力(net primary productivity,NPP)和潜在NPP,草地潜在NPP与实际NPP的差值代表人类活动对NPP的影响.结果表明,2000—2015年间42.29%的草地处于退化状态,57.71%的草地处于恢复状态.其中18.46%和7.39%的草地分别受到气候变化和放牧等人类活动的影响发生退化;在气候变化、人类活动以及二者的共同作用下,分别有7.51%、30.26%和19.94%的草地处于恢复状态.因此,2000—2015年间,气候变化是退化草地区域NPP变化的主要驱动力,生态建设等人类活动是恢复草地区域NPP变化的主要驱动因素.     

城市景观格局与地表温度的定量关系分析

热岛效应是典型的城市气候现象,它的形成及强度与土地利用类型、景观格局等诸多因素有关.本文基于深圳市2010年遥感影像,采用线性光谱混合模型提取土地利用/覆盖等信息,利用最小二乘法和地理加权回归方法分别分析城市景观格局对地表温度的影响.结果表明:深圳市地表温度介于22.28~41.34℃之间,从西北到东南逐渐降低,城市不透水面温度显著高于植被覆盖区域,城市热岛效应明显.地理加权回归模型可以有效处理回归分析中空间非平稳性现象,能更好地刻画景观格局与地表温度之间的定量关系.植被格局指数对地表温度的空间分布解释率较高,其中归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)对地表温度的解释率最高,分别达88%、90%.不透水面面积、破碎度、邻近度,植被优势种种类、密度、空间分布以及垂直水平生长情况等共同影响深圳市的地表温度.在城市建设实践中,避免不透水面连片集中,降低其邻近度,同时尽可能增加城市的绿地面积,提高NDVI和LAI数值,是缓解城市热岛效应的有效手段.