21世纪初中国人工建设不透水地表遥感监测与时空分析

进入21世纪中国快速的城市化、工业化受到世界瞩目. 基于国家资源环境遥感时空信息平台动态更新的中国土地利用/覆盖变化(LUCC)数据集以及人工建设不透水地表(ISA)空间数据集, 在国家尺度监测21世纪初(2000~2008年)人工建设用地与不透水地表的增长. 结果表明, 我国21世纪初8年间受新一轮国土开发战略、社会经济高速增长等因素的影响, 全国人工建设用地与不透水地表面积分别以3468.30, 2212.24 km²/a的速度高速增长, 到2008年不透水地表面积占国土总面积的0.86%. 2000~2008年城市用地扩张速度是20世纪90年代的2.18倍, 以1788.22 km²/a的平均速度扩张了2000年面积的43.46%, 其中城市不透水地表面积以1348.85 km²/a的速度增长了2000年面积的53.30%. 总体上, 8年间中国城市不透水地表面积呈现高速增长的态势, 京津冀、珠三角与长三角三大城市群以及西部地区属于快速增长的区域. 8年间, 我国七大流域地表水环境均不同程度地受到不透水地表增长的潜在影响, 而且不透水地表面积比例大于10%的子流域面积显著增加, 集中分布在海河、长江、珠江三大流域. 到2008年我国国土流域面积的14.42%不同程度地受到不透水地表分布的影响.     

1978～2008年中国湿地类型变化

分别基于美国陆地卫星(Landsat MSS/TM/ETM+)和中巴资源卫星(CBERS-02B)影像数据,以人工目视解译为主,完成了中国1978～2008年4期(基准年分别为1978,1990,2000和2008年)湿地遥感制图,并进行了大量的室内外验证.在此基础上,对我国湿地现状及近30年来湿地变化进行了初步分析,得到以下主要结论:(ⅰ)截止2008年,中国湿地面积约为324097km2,其中以内陆沼泽(35%)和湖泊湿地(26%)为主.(ⅱ)1978～2008年,中国湿地面积减少了约33%,而人工湿地增加了约122%.过去30年里湿地减少的速度大幅降低,由最初5523km2/a(1978～1990年)降为831km2/a(2000～2008年).(ⅲ)减少的自然湿地(包括滨海湿地和内陆湿地),其类型变化由湿地向非湿地转化的比例逐渐降低.初期(1978～1990年)几乎全部(98%)转换为非湿地;在1990～2000年间减少的自然湿地约有86%转化为非湿地,而在2000～2008年,这一比例下降为77%.(ⅳ)气候变化和农业活动是中国湿地变化的主要驱动因素,湿地变化在中国分为三大不同特征区域,即西部三省/自治区(西藏、新疆和青海)、北部两省/自治区(黑龙江和内蒙古)和其他省市区.其中西部区域尤其是青藏高原,湿地变化的驱动因子以气候增温为主;新疆湿地由于气候增温和农业活动共同作用造成变化不大.北部省/自治区的湿地变化则主要由农业活动引起;而其他省市区的湿地变化几乎完全受控于人类的农业经济活动.     

青藏高原中部色林错湖近10年来湖面急剧上涨与冰川消融

量化了1976～2010年间,特别是2000～2010年间西藏色林错、错鄂及班戈错的湖面面积及湖面海拔高度变化,分析了不同补给方式对湖面变化的影响,为最近10年青藏高原中东部气候变暖所致冰川加速消融提供了新证据.结合差分GPS实测湖面海拔、数字高程模型(DEM)及不同时相(1976～2009年)湖面面积的遥感解译,研究提出:(1)近40年来色林错湖面海拔高度变化过程可分为两个阶段.1976～2000年,色林错湖面海拔缓慢上升4.3m,平均0.18m/a;2000～2010年,湖面急剧上涨8.2m,平均0.82m/a.与色林错近10年湖面海拔的快速增长对比,错鄂和班戈错的湖面上升趋势缓慢且平稳.(2)1976～2009年间,色林错湖面面积变化过程经历了平稳增长→加速增长→平稳增长的变化过程.湖面总体扩大656.64km2,增长幅度为39.4%,特别是1999～2009年间,湖面急剧扩大549.77km2,增长幅度为30.6%.根据气象数据相关性及湖水水位平衡分析,近期气温升高所致上游冰川的加速消融是色林错近10年湖面快速变化的主要因素--冰川融水直接导致色林错湖面上涨约8m,降水量的增加是影响湖面变化的次要因素;而主导班戈错湖面变化的因素是长期降水量的变化,气温的影响是次要因素.     

中国1990～2010年城市扩张卫星遥感制图

根据同一数据源的陆地卫星TM和ETM+影像,首次从1990,2000和2010年基准年图像上以人工解译方法为主获得我国所有城市20年间建成区分布范围,最后由专人按统一标准,对照三期城市数据逐个修改完成并建立了中国城市扩展数据库.结果表明我国城市化在过去20年间呈指数增长了2倍多;我国城市建成区面积由1990年东北较高,转变为2010年东南沿海的江苏、广东、山东、浙江领先的格局;我国城市化所占的土地主要来自耕地,大约有17750km2的耕地被城市化,而且21世纪最初10年比20世纪最后10年增加了近1.5倍;20年来,我国城市扩展速度最快的省份是江苏、广东、山东、浙江等.对2009年超过50万人口的147座城市单位建成区面积的国民经济总产值和人口分析表明,建成区经济效益高的城市由沿海城市辅以部分资源型内地城市组成,而人口密度高的城市主要由内地资源型城市组成;东部沿海省区建成区的经济效益低于中部和广东等省区.这个数据库将对研究我国城市建成区变化规律及其对耕地和其他用地的转化趋势、模拟城市发展动态、研究城市发展与我国人口增长和迁移的关系以及与碳排放和气候变化的关系、制定国家应对气候变化、国土资源利用以及城市规划与管理政策发挥重要作用.     

广角反射地震探测得到的中国东部地壳三维P波速度结构

利用人工地震探查所取得的广角反射及折射地震资料, 探讨研究了中国东部区域地壳三维P波速度结构的区域特征. 结果表明, 研究地域的西部地区Moho面埋深较深, 深度为35~48 km, 反映了西部厚地壳特征. 中部的苏鲁-大别造山带地区, 20 km以上的上地壳波速明显呈高速异常分布; 而下地壳30 km处的速度结构却显示为低速度异常特征. 苏鲁-大别山区的Moho面深于其周围邻区, 苏鲁地区达到32~33 km; 大别地区其Moho面深达36~38 km. 苏鲁-大别地区上地壳P波高速异常结构特征, 可能与这些地区存在的高压、超高压变质带构造演化有关. 大别-苏鲁地区在下地壳深处存在地壳山根, 因此与周围邻区相比P波速度呈现为低速结构. 这些P波速度高速和低速区带在大别地区都位于郯庐断裂的南端西侧, 在苏鲁地区异常区则都位于郯庐断裂的北段东侧, 似乎是被郯庐断裂错断所致. 且错动从地表延伸到30 km深处. 上述结果, 可为岩石圈地壳构造与郯庐断裂演化分析提供地震学新证据.     

近50年来天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度对气候变化的响应

冰川平衡线高度是反映气候变化最直接的参数之一. 基于1959~2008年天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度观测资料和河源区气候变化资料, 建立了过去50年冰川平衡线高度与夏季气温以及降水量变化之间的关系模型, 并揭示出暖季气温是该冰川平衡线高度变化的主导气候因素. 1号冰川平衡线高度在1959~2008年时期呈上升总趋势, 并在2008年达到最高值(海拔4168 m), 接近该冰川的顶部. 近50年来该冰川平衡线高度上升了约108 m. 对1号冰川平衡线高度的气候敏感性研究表明, 如果暖季(5~8月)气温升高(降低)1℃, 那么冰川平衡线高度将上升 (下降)约61.7 m; 如果年降水量增加(减少)10%, 那么冰川平衡线高度将下降(上升)约13.1 m. 如果河源区气候保持过去50年的平均升温趋势(斜率为0.019℃/a), 平衡线将以2.16 m/a的速率继续升高; 如以2000~2008年的速率升温(斜率为0.059℃/a), 平衡线高度将以6.5 m/a的速度上升直至达到稳定态. 冰川平衡线的升高, 使得积累区面积比率减小, 而消融区面积比率增加, 将对气候变暖背景下冰川的进一步消融产生重要影响.     

中国荒漠与沙地生物土壤结皮研究

生物土壤结皮广泛分布于干旱半干旱区,其盖度占该区域地表活体覆盖的40%以上,是联结荒漠地表生物与非生物成分的"生态系统工程师"和荒漠/沙地生态系统健康的重要标志,也是干旱区地球表面过程研究中生物学与地球科学交叉研究的热点科学问题.21世纪初,相关研究绝大多数来自国外,且集中在热带荒漠、寒漠和欧洲草原,很少有来自中国和温性荒漠的报道.本文评述了2000年以来中国学者在这一研究领域开展的系列创新性研究,涉及生物土壤结皮组成、分布和演替,对环境胁迫及全球变化的生理生态学响应,与土壤生态、水文过程,与维管植物和土壤动物关系,对干扰响应和人工培养及在生态恢复实践中的应用等,介绍了中国学者对国际生物土壤结皮研究所做的贡献.     

三峡大坝与下游环境

长江是我国第一大河,世界第三大河,干流全长6300余公里,流域面积为180万公里2,占我国国土总面积的18.8%.长江沿江经济带是我国经济发展的脊梁,流域人口4.2亿,占全国总人口的1/3左右,国内生产总值约占全国的45%.     

二氧化碳还原技术助力构筑碳中和循环社会

<正>温室效应与能源危机是21世纪人类社会面临的两大根本难题^[1].随着全球人口的持续增长以及经济高速发展,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源燃烧产生大量CO₂,加剧了温室效应,导致全球变暖与极端天气等问题频发. 2023年发布的《世界能源统计年鉴》数据显示, 2022年全球对一次能源的需求相较2021年同比增长1.1%,因能源消耗产生的CO₂排放量超过393亿吨,达到历史新高点.     

全球平均温度在21世纪将怎样变化?

采用HadCRUT3全球平均温度距平序列和北太平洋海温年代际涛动(PDO)指数及赤道中东太平洋海温距平序列,探讨了全球温度变化中的长期趋势和多时间尺度周期性波动.研究发现,过去159年(1850～2008年)的增暖速率是每100年0.44℃,其间叠加了1910年前后和1950～1970年前后的两次冷期,以及19世纪70年代、20世纪40年代和1998年以来的3次10年际暖期.器测的全球温度变化中存在准21a和准65a的周期性波动并受百年尺度波动的影响.最近的10年际暖期是这3个周期性波动正位相叠加的结果,形成了器测温度以来的首次叠加现象.3个周期性波动叠加的最大增温是0.26℃,时间发生在2004年.准21a和准65a的周期性波动反映了太阳辐射和海洋变化的影响.根据这一长期趋势和3个周期性波动,能够预测21世纪30年代会出现一个冷期,而在21世纪60年代出现一个暖期.21世纪的最大增暖幅度在0.6℃附近,远小于IPCC报告的预估.     

氢能与燃料电池汽车

由于经济发展、人口增长、环境保护、化石能源枯竭等原因,发展洁净型可再生能源已成为非常紧迫的任务.20世纪形成的以化石燃料为主体的世界能源结构,在21世纪将转变为以可再生能源等为主的新的能源结构.洁净型可再生能源中最引人注目的是氢能,2000年世界氢能大会认为,21世纪将进入氢能时代.     

世界先进国家的高速铁路概况

日本高速铁路概况 日本是世界上第一个建成、使用高速铁路的国家。1964年10月1日东海道新干线正式开通营业,高速列车运行速度达到210km/h。1971年日本国会审议并通过《全国铁道新干线建设法》，掀起了高速铁路建设的浪潮。1975年山阳新干线通车营业，列车最高速度为270km／h；1985年东北新干线通车营业，列车最高速度为240km／h；1997年长野新干线通车营业，列车最高速度为260km／h。     

西藏东部地区层析成像及东南部裂谷成因讨论

利用西藏东部南迦巴瓦地区的51个临时地震台站所记录的169个远震事件, 从中提取出4767条P波射线, 通过反演计算得到了西藏东部地壳和上地幔的P波速度结构. 水平剖面显示, 在西藏东南部裂谷附近从近地表到250 km的深度范围均表现为低速异常; 从纵剖面结果看, 这个低速异常非垂直地向下延伸到约400 km深度. 综合分析认为, 此低速异常可能意味着地幔高温物质上涌, 从而为该区裂谷成因的探讨提供了地震学的证据; 在此低速异常的东侧出现明显的高速异常, 深度从40 km延伸到200 km, 该高速异常可能是大陆闭合遗留的产物, 并非俯冲的印度板块; 在250~400 km的深度范围内, 嘉黎断裂以北为低速异常区, 以南为高速异常区. 该高速异常可能反映了印度板块的北部边界, 并在此发生了拆沉. 同时表明, 在西藏东部印度板块的俯冲未超过嘉黎断裂.     

2000～2010年中国地表植被绿度变化

自然界的绿度与地表植被覆盖率直接相关.植被覆盖率能从含有近红外和红光波段的遥感图像计算得到的植被指数估算出来.因此植被指数能反映地表植被的绿度.特别对低植被覆盖率的荒漠区域,植被指数与植被覆盖率有单调的正相关关系.因此,它可以用来研究荒漠区域地表植被绿度.本文收集了2000～2010年11年间生长季的中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据计算的归一化差值植被指数(NDVI)产品,应用最小二乘法和最小绝对偏差法对变化趋势进行线性拟合,分析了2000～2010年中国地表植被覆盖绿度的变化情况.结果显示,在这一期间中国有66.84%(最小二乘趋势拟合结果)或64.27%(最小绝对偏差趋势拟合结果)的区域NDVI呈增加趋势,表明整体上我国的绿度在增加.同时,中国荒漠化的面积呈缩减趋势.中国绿度增加最显著的区域位于北方的陕西、山西、宁夏、河南、山东、青海、甘肃等地;绿度降低最显著的部分出现在内蒙古的东北部、西藏南部、江苏和上海等地.青海、甘肃、新疆、西藏南部等地荒漠化程度改变,可能是由气候驱动所致.内蒙古东北部绿度降低与人工开垦有关;江苏和上海等地的绿度降低与快速的城市化有关.气候对陕西、山西、宁夏、甘肃等地的绿度增高贡献不明显.在全国尺度上,荒漠化得到抑制和缩减,可能与人为的治理和保护有关.     

基于遥感观测的21世纪初中国区域地表土壤水及其变化趋势分析

综合利用3组最先进的AMSR-E地表土壤水反演产品,通过集合分析的方法,生成中国区域内2003～2010年月平均地表含水量集合数据.在此基础上,分析了21世纪初中国区域内地表土壤水的时空分布格局及变化趋势.发现:(1)集合分析数据能在一定程度上克服单一反演产品中的系统偏差,弥补了单一反演产品的局限性,得到更加客观的中国区域内遥感地表土壤水时空分布信息;(2)在这期间,中国区域内干旱区以变湿为主导,半干旱区以变干为主导,总体上变干的面积大于变湿的面积;(3)三套反演数据年和季的变化趋势各自不同,但它们都一致显示在夏季变干为主导,而且这些变干的区域主要分布在我国主要粮食产区;(4)结合GPCP降水变化趋势,发现气候变化可能是导致干旱区变湿以及半干旱区变干的因素之一;(5)结合MODIS地表温度变化趋势,发现过去8年中降湿增温区面积最大(33.2%),依次为降湿降温区(27.4%),增湿增温区(21.1%)和增湿降温区(18.1%).其中降湿增温区和降湿降温区主要分布在我国的重要粮食产区,而增湿增温区则主要分布在西北部和西藏等非农业区.这样的变化趋势对我国的农业可持续发展和生态维护是十分不利的.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

长江流域水污染及其防治

长江流域水资源约占全国总量的35%.流域面积占我国国土面积的18.9%,养育着我国1/3的人口,经济总量占全国GDP的54%.然而.这条中华民族赖以生存的母亲河受到越来越严重的污染.2007年3月,世界自然基金会(WWF)题为<世界面临最严重危险的10条河流>的报告指出,长江正面临日益严重的干涸危险.     

高速动车组轮轨载荷分布特征

轮轨载荷对高速动车组/轨道系统动力学性能和结构可靠性有十分重要的影响.目前研究主要给出了轮轨力峰值或者幅值,对其载荷分布规律很少涉及.本文制作了某型高速动车组测力轮对,实际线路上测试并获得了该型高速动车组运行过程中轮轨力引起的应变信号,最高测试速度368 km/h.对测试数据进行处理和分析,获得了列车高速直线和曲线运行工况下的轮轨力时间历程.统计了轮轨载荷峰谷值和频次,获得了不同速度等级下轮轨力分布规律.结果表明,轮轨垂向力总体上呈正态分布,而横向力呈威布尔分布;一般列车运行速度越高,轮轨力波动范围越大;列车350 km/h直线运行时的最大轮轨垂向力约为156.6 kN、最大轮轨横向力为26 kN;曲线半径和列车曲线通过速度对轮轨力幅值有明显影响.本文给出的轮轨载荷统计特征,为高速轮轴结构设计和轨道系统结构损伤研究等提供了重要帮助.     

中国西部地区地表植被覆盖和积雪覆盖变化对沙尘天气的影响

自然正交(EOF)分解生成的80 km×80 km归一化植被指数(NDVI)显示, 自1982~1994年间中国西部区域地表植被覆盖率呈增加趋势, 1995年前后, 地表覆盖状况有下降趋势, 地表覆盖变化存在很大的空间差异. 其中第一、二特征向量时间系数可以很好地反映中国西部区域局地植被覆盖率的年变化. 通过NDVI与西部区域沙尘暴、扬沙、浮尘年发生频次相关分析得出, 地表植被的年变化是影响沙尘等灾害性天气发生的最主要地表特征因素. 同时, 相关分析显示, 在西部部分地区, 降雪量也是影响沙尘天气的重要地表特征因子. 采用遥感数据、气象观测数据, 通过数理分析方法, 直接证明了中国西部地区地表植被、积雪覆盖变化对沙尘天气发生频次的影响.     

让绿水青山承载起美丽中国的明天

正美国航天局2019年2月12日在社交媒体发文:"世界比20年前更绿了!"数据显示,2000年至2017年间全球绿化面积增加了5%,而中国的植被增加量占到全球植被总增量的25%以上,位居全球首位。"中国的绿化模式成效非常突出""感谢中国作出的巨大贡献"……外国网友纷纷表达真诚赞誉。森林频遭滥伐、动植物生存环境日益受到侵蚀,面对这个世界难题,中国引领全球绿化面积"逆袭"的数据格外引人注目。数十年