基于遥感技术的干旱荒漠区露天煤矿植被群落受损评估

以新疆准东五彩湾露天煤矿开采区为研究靶区,基于2006~2011年的Landsat TM卫星遥感影像数据,借助植被指数和植被覆盖度指数,对干旱荒漠区露天煤矿开采对植被的扰动进行分析.利用植被覆盖度特征和植被覆盖度转移矩阵,分析了露天煤矿开采中不同等级植被群落的受损速度和面积变化情况,通过植被覆盖度的时空变化趋势和波动程度,研究了植被覆盖度随时间的变化特征,并定量分析了研究区植被受损范围与受损程度.结果表明,2006~2011年,露天煤矿开采对研究区植被破坏程度呈逐年增加趋势,研究区内植被覆盖度年均减少1.2%,并且植被等级越低,植被受损速度也越快.其中植被受煤矿开采粉尘影响的范围较大,占研究区总面积的44.69%,影响的平均最大距离约为3.2km,并且煤矿的开采规模越大,影响的距离越远．煤矿采掘区、排土场压占区和占用区内植被覆盖稀疏,有植被区域占该区域面积的12.15%,尽管该区域植被覆盖面积不大,但所在区域植被覆盖度的波动程度在0.05~0.15之间,植被受损严重.     

江汉平原北部黏土层土壤水分特征曲线的测定与模拟

为探究大别山区-江汉平原三水转换关键带水分运移机制,获取包气带水分运移模型所需的相关参数,以大别山-江汉平原过渡带为研究区,采取江汉平原北部黏土层典型剖面不同深度(0～6.5 m)的原状土样,采用压力膜法测试土壤的水分特征曲线,分析了研究区不同层位土壤水分特征曲线和孔隙性质的变化,并选取van Genuchten模型和Gardner模型对研究区不同深度土壤的水分特征曲线进行了拟合,综合评价了模型的拟合效果。结果表明:研究区不同深度土壤的体积含水量随土体吸力的变化呈规律性变化,在低吸力阶段,各层位土壤体积含水量整体快速降低,土壤水分特征曲线较缓,在高吸力阶段,土壤排水变少,土壤水分特征曲线较陡,其中1.4～2.0 m层位土壤的持水性能好于其他土层;土壤当量孔隙分析显示,研究区不同深度土壤的孔隙存在一定的变化规律,有效孔隙主要分布在2.0 m以上层位,大孔隙和微小孔隙在2.0 m以下层位所占的比例较大;利用van Genuchten模型对研究区不同深度土壤水分特征曲线进行拟合的效果好、可靠性高,通过将RETC软件得到的van Genuchten模型的相关参数值进行对比发现,2.0 m以下层位土壤的饱和体积含水率(θ_s)较高,参数α值说明2.0 m以上层位土壤的进气值大于以下层位。     

基于地理信息的地质灾害危险性空间分布特征

本文以中巴资源卫星02C影像为数据源,选取2008年5·12地震重灾区作为研究区,采用地理信息与遥感相结合的手段,根据研究区地质灾害发育特征,通过地理信息的空间分析能力,总结研究区内与地质灾害有关的四大类因子,并逐级进行分析研究,总结出了研究区地质灾害危险性空间分布特征,确定了一套行之有效的地质灾害危险性空间分布特征分析的方法。     

基于地-空观测数据的粤港澳大湾区大气污染调查及时空演变特征

为了构建美好生态和人居环境,对粤港澳大湾区大气污染有准确充分了解,对大湾区大气污染状况开展深入调查.基于2014年6月至2018年12月的地面环境观测数据和2000～2018年卫星遥感反演产品,从不同的时间尺度和不同空间上分析大湾区大气污染的时空分布特征、演变态势和潜在气候效应.结果表明:①从站点观测的PM_(2.5)日均值浓度看,每年在1、 2和10～12月出现良好或者轻、中度污染情形,其余时间为优级;②基于卫星近20 a年平均PM_(2.5)浓度空间分布特征,呈现出以广州和佛山为中心向外辐射特征.时间演变上大体呈现出Ω形态特征,从2000年开始逐渐增加, 2008年最高,之后逐渐降低;③基于MISR卫星每隔10 a的月平均AOT数据看月度变化特征,第一时间段(2000～2009年)的AOT月均值大于第二时间段(2010～2018年)同月,最大值在3、 4月,最小值在11、 12月.设想沿珠江口岸南北向划一条线,AOT值呈现出西部大于东部的基本空间分布特征;④从站点观测的O_3-8h日均值浓度数据看,大湾区O_3-8h的浓度主体为优级, 2014年出现臭氧浓度为良好级别的城市最多,有5个城市, 2018年最少,有1个城市.臭氧浓度为良好级别最多的月份在9月,其次为6月和11月,再次为5月和7月.近20 a卫星遥感监测的O_3月平均浓度时空分布也呈现出Ω形的先扬后抑特征,最大值在5月,空间上出现南北分界线的特征;⑤月平均气温年际变化与辐射之间存在较好的线性关系,而AOT与辐射之间不能用简单的线性关系描述.     

亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应

由中国科学院地球环境研究所牵头申报的国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项项目"亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应"获国家科技部批准立项。本文简要介绍了该项目的立项背景、研究意义、研究目标与课题分解、研究内容以及预期成果与效益。项目以亚洲风尘从源到汇的多尺度变化为主线,旨在阐明现代与地质时期亚洲风尘排放、迁移和沉降的时空变化特征及其影响机制,特别是自然因素和人为活动对亚洲风尘释放的相对贡献。基于风尘源区的现代气象观测数据、卫星遥感和大气再分析资料,并整合中亚干旱区、黄土高原以及北太平洋地区的风尘沉积记录,开展从源区排放到近距离迁移、远程输送与沉积的全过程研究。通过数值模拟研究风尘-气候的相互作用,揭示区域和全球大气环流对亚洲风尘循环的调制作用。同时,建立不同尺度亚洲风尘循环模型和时空变化数据平台,评估亚洲风尘对区域气候变化、生态系统和人居环境的影响,为我国生态环境治理和未来风尘变化的环境效应预估提供科学依据。     

一种基于大气CO2浓度时空特征的碳排放分区估算方法

针对人为碳排放的空间分布量级差异大导致排放数据的非正态分布问题,提出了一种基于卫星大气CO₂柱浓度(XCO₂)时空变化特征聚类分区构建人为碳排放神经网络估算模型方法.通过利用与人为碳排放强相关的卫星XCO₂数据时空变化(2010～2021年)特征的聚类分区,利用卫星观测的XCO₂和SIF以及夜间灯光、人口密度和人为排放清单数据EDGAR作为训练学习数据,以聚类区为单位分别构建人为碳排放神经网络估算模型,估算了2021年研究区人为碳排放.与EDGAR交叉验证结果显示,相比以中国全区数据作为训练学习样本统一建模方法的估算,本研究提出的分区建模估算结果从相关系数(R²)的0.43提高到了0.82;空间分布更为合理;平均偏差由0.03 9Mt CO₂降低到0.018Mt CO₂.研究表明利用多源数据的神经网络训练学习进行人为碳排放的估算,能够为区域碳排放特征和排放清单的不确定性提高提供评估分析依据.     

基于多源卫星测高数据的扎日南木错水位动态变化(1992—2012年)

湖泊水位的变化对区域气候变化响应敏感,可客观反映该地区水资源的时空变化,青藏高原的大部分湖泊缺乏实测水位资料,测高卫星的广泛应用为无资料区水位变化监测提供了一种新的有效技术手段。论文以扎日南木错为研究对象,利用多源卫星测高数据,获取该湖泊1992—2012年的水位序列,分析其20 a来水位的动态变化特征,并与其他数据源获取的水位序列对比。研究表明,1992—2012年,扎日南木错水位上涨了0.786 m,1999年前,水位以0.132 m/a速度下降,1999—2012年水位以0.144 m/a速度上升,总体呈现先下降后上升的趋势,与其他数据源获取的水位序列呈现的变化规律一致,且尤其是2000年后,扎日南木错春冬水位比夏秋水位变化幅度更剧烈。     

松嫩平原北部土地利用变化的地形梯度特征分析

地形地貌是影响土地利用结构变化与空间格局分布的重要自然要素,不同地形梯度下的土地利用变化格局是自然条件与经济社会条件相互作用的体现。以松嫩平原北部典型区域——黑龙江省嫩江县为研究区,综合利用遥感和地理信息系统技术,通过DEM提取高程、坡度和坡向地形因子,并结合地形位指数和分布指数,分析研究区土地利用变化地形梯度特征。研究结果表明:1)1984—2011近30年间,研究区土地利用变化主要集中在高程313～397 m,坡度5～15°的半阳坡地区,并随着高程的增加、坡度的增大而减缓,阳坡大于阴坡;2)1984—2011年,研究区土地利用变化地形梯度特征明显,在不同梯度等级,土地利用类型之间的转换不同。该研究成果可以为土地利用结构的优化及合理布局提供科学依据。     

基于Landsat数据的城市热岛效应分析与研究

本文在定性分析的基础上引入定量分析手段,并辅之以剖面线分析方法,对城市热岛效应的时空分布特征进行剖析,以求能进一步深入探究热岛效应的发展、形成以及分布规律,服务于城市管理和宏观决策。采用卫星遥感手段,选取9期Landsat数据,对济南市1992—2015年长达23年的热岛效应进行研究。依据单窗算法所反演的温度数据,对济南市热岛效应进行分析,包括热岛效应的季节变化、年度变化、区域特征以及剖面线分析。研究表明:1)从1992年到2014年,济南市热岛效应在空间上从南往北移动趋势明显,在构成上有明显的从中间温区向两侧温区转化的趋势。2)从春季到冬季,热岛效应从南往北移动趋势明显,且总体上来看以冬季热岛效应为最强。3)热岛效应与下垫面有着密切的关系。在剖面线上城区和裸地都是明显的高温区,而水体和绿地是明显的低温区,降温作用明显。     

晋北地区1986~2010年土地利用/覆被变化的驱动力

为定量研究不同时期区域土地利用变化的不同驱动特征,以地处农牧交错带的晋北地区为例,采用非监督分类与人工目视解译相结合的方法,获取研究区1986~2010年间的土地利用/覆被变化（LUCC）状况,采用典范对应分析（CCA）方法定量分析了不同阶段LUCC的自然与人为驱动特征.结果表明：1）CCA在分析长时期序列LUCC驱动力上有较好的解释力,CCA排序可以很好地提取LUCC与自然、人为因素之间的关系,反映不同时期土地利用变化受到的驱动作用;2）研究区土地利用类型以耕地、草地、林地为主,土地利用变化类型以耕地与草地、林地与草地之间的互相转移为主;3）从不同时期LUCC的驱动因子来看,人口密度、人均国内生产总值（GDP）、降水、坡度和高程是研究区各时期LUCC的主要驱动力;研究区在1986~1995年间LUCC的主要驱动力来自于人口增长和经济发展的需求,而随着时间的推进,坡度和高程等地形因素的驱动作用也愈来愈重要;4）从不同地类变化的驱动因子来看,耕地、草地等地类向居民用地、工矿用地转移的主要驱动力是人口和经济的发展;而林地,草地等土地覆被类型之间的转移主要受到坡度,高程和降水等自然因素的驱动.     

三门峡水利枢纽工程生态影响后评价

为推动生态影响后评价的实施,完善水利水电工程的全过程环境管理,在阐述三门峡水利枢纽工程所在区域生态环境现状的基础上,度量了研究区的植被净第一性生产力以及气候生产潜力,分析了水生态环境特征的变化,以及研究区生物多样性和致灾因子在水库建成蓄水前后的不同特征．分析结果表明,水库的建设与运行对局部区域植被净生产力有一定影响,并对水生态环境有不利影响。     

焦岗湖湿地土地利用格局演变及区域可持续性评价

以焦岗湖湿地为研究区,选取1995~2013年间5期遥感影像数据,应用土地利用变化测度模型分析研究区土地利用变化特征,并结合社会统计数据构建可持续性测评体系,对研究区可持续发展水平进行量化分析.结果表明:1研究区旱地、水田、建筑用地为主导景观,1995~2000年和2010~2013年为土地利用变化热点时段,但驱动机制不同;2近20 a尺度上建筑用地变化最为明显(增幅为123.32%),湿地萎缩面积较大(减幅为23.15%),空间格局层次单一,存在一定土地利用风险;3区域可持续发展水平各时段评价结果分别为差、差、中、良、中,仍有较大提升空间;4 2010年随着区域生产力的提高和区域稳定性的增强,研究区可持续发展水平较好,2010年后由于环境负荷的进一步累积,区域受胁度升高,可持续发展水平受阻,应引起决策者和公众的广泛重视.     

松嫩高平原土地利用格局变化时间尺度特征研究

土地利用格局变化的时间尺度是其尺度依赖性和敏感性表达的重要基础。论文以松嫩高平原典型区域巴彦县为研究区,运用GIS、RS技术,结合Matlab编程,采用K-L变换将多波段的遥感影像提取为单波段图像作为原始信号数据,在研究区土地利用格局最优空间尺度下,应用快速傅里叶变换对小波分析模型进行改进,探寻研究区土地利用格局变化研究的适宜时间尺度,进而明确适宜时空尺度下土地利用格局变化的波动性特征,并采用土地利用转移矩阵对其时间尺度的划分结果进行检验。结果表明：1）研究区土地利用格局变化在10~20、30~40和40~50 a均有明显的波动性特征,表明10~20、30~40和40~50 a是研究区土地利用格局变化的3个重要时间尺度。2）1979—2015年研究区土地利用格局变化研究的最优时间分析尺度为36 a,土地利用格局在12.33 a左右具有明显的波动性变化特征,可将研究区时间域划分为3个发展阶段：发展初期1979—1991年、发展中期1991—2003年、发展近期2003—2015年。3）在空间上,研究区土地利用格局变化的全局化时间尺度和土地利用格局变化的局部化时间尺度具有较高水平的一致性。4）论文建立的基于小波分析的土地利用格局变化时间尺度识别方法可行并具有准确性,研究区旱地、林地和建设用地等主要土地利用类型在1979、1991、2003和2015年4个重要时间节点上的变化发生了明显的趋势性转换。     

核电厂温排水遥感监测及环境影响分析

本研究采用卫星遥感技术手段,对我国某核电正式商运以来近5年卫星遥感数据开展持续监测研究,统计分析了核电温排水在不同机组运营状态下的温升状况;以矢量叠加的方式来分析核电温排水有无进入指定类型的近岸海域环境功能区,并判断水温变化是否符合《海水水质标准》(GB 3097—1997);重点分析了温排水对近岸海域水产养殖区的影响。其应用实例充分说明了卫星遥感技术可以为我国核电监管和生态环境保护提供有力技术支持。     

“环境一号”卫星在轨测试与应用能力分析

以辽东湾沿岸大连、营口、盘锦3市为"环境一号"卫星(HJ-1)在轨应用测试典型示范区。在对HJ-1A/BCCD多光谱数据处理的基础上,选取50个样本,对生态环境及土地利用进行信息提取和测试。在GIS,GPS支持下,通过不同时相、不同卫星数据源生态环境变化遥感解译的对比分析,进行生态环境系统分类,评价其分类效果和综合应用能力,并对卫星数据应用潜力进行分析。     

黄河源区湿地萎缩驱动力的定量辨识

利用1990年、2000年和2004年黄河源区湿地卫星遥感监测解译资料和1962年以来玛多气象站气象资料,分析了该地区湿地和气候变化特征,定量判别了造成湿地减少的人为因素和气候因素的贡献率,揭示了气候因子与湿地减少之间的关联性。研究表明：1990年以来黄河源区湿地动态变化特征呈现出河流、湖泊、沼泽湿地面积的萎缩和湖泊斑块数的减少,以及河流、湖泊、沼泽湿地向滩涂湿地转化的退化特征;1962～2004年间黄河源区气候变化存在较为明显的阶段性变化和季节变化的差异,特别是1990年以来呈现出气温升高、降水量微弱减少和蒸发量增大的干旱化趋势;人类活动对湿地退化的贡献率要大于气候变化的贡献率,人类活动的不断加剧对湿地退化起到了主导作用;不同类型的湿地面积变化与自然因子的关联序尽管不尽一致,但近15年来黄河源区气候干旱化对于湿地的退化产生了显著的影响;各类湿地面积随气温的升高、降水量的减少、蒸发量的增大、土壤冻结日数的减少和径流量的减少而萎缩,沼泽对气候变化的响应最为显著,而蒸发量对湿地面积的退化有着更为显著的作用。     

基于OMI卫星数据和MODIS土地覆盖类型数据研究珠江三角洲臭氧敏感性

基于OMI卫星数据和MODIS土地覆盖分类产品,研究了珠江三角洲地区2005—2016年不同土地利用类型臭氧敏感性的时空变化特征.结果表明,采用MODIS数据产品建立的土地利用类型(发达区、较发达区和欠发达区)具有一定的科学性和适用性.臭氧生成受到VOCs控制的地区主要集中在珠三角中部,包括广州南部、佛山、中山、深圳和江门的部分地区,其面积占比不断缩小,在2015年达到最低值5.05%,2016年有所回升.受到NO_x控制的地区主要分布在珠三角边缘地带,包括惠州东北部、广州北部、肇庆西北部和江门西南部,其面积不断增大,在2016年达到最大面积占比42.60%.协同控制区集中在这两种控制区之间.分析不同土地利用类型的敏感性,结果发现,发达区主要为VOCs/协同控制区,较发达区主要为协同控制区,欠发达区为NO_x控制区.根据不同城市臭氧控制区面积占比的年际变化,可将珠三角9个城市分为3类:第1类以广州为代表,其面积较大,土地利用类型丰富,3种臭氧控制区均有出现;第2类以深圳为代表,集中在珠三角中心区,仅有VOCs控制/协同控制两种控制区;第3类只有惠州,仅有NO_x/协同控制两种控制区.     

黑龙江及周边3次中等地震震前活动能量场及物理升温现象时空特征分析

通过计算地震活动能量距平场,研究了黑龙江及其附近区域3次中等地震前的研究区能量场在地震孕育过程中相关的物理时空变化特征。结果显示,地震活动能量场的时间曲线呈较大幅度上升可能预示了发生中强震的时间段,而地震活动能量场等值线高值变化区对应了可能发生M5以上地震的区域。结合热红外卫星长波辐射(OLR)值发现,地震前能量场等值线高值变化区升温明显,表明研究区能量场处于能量积累(释放)增强的状态。这些特征的提取,对该地区中强地震的中短期预测有一定的指导意义。     

基于GIS的煤矿区景观格局时空变化分析——以呼伦贝尔市某煤矿为例

在GIS平台和Fragstats 4．1软件的支持下,本文以1989年和1999年的TM影像,2012年的资源三号卫星影像为数据源,利用景观／斑块类型面积、斑块所占景观面积的比例、斑块密度、最大斑块指数、总边缘长度、边缘密度、香农多样性指数、蔓延度指数等景观特征指标,对呼伦贝尔市某煤矿区的景观特征动态变化进行分析。结果显示：该煤矿区20多年来景观格局有了很大变化,景观类型由1989年的水域、草地、未利用地为主导变为2012年以未利用地、草地、耕地为主导,其中因人类工业活动和人工复垦导致工矿景观、道路景观、林地景观和耕地景观面积增加,而原来占绝对优势的水域景观面积则大幅减小。     

利用网格采样法比较潮间带沉积物不同粒度区域重金属含量特征

采用网格采样法,在渤海湾潮间带泥质区、泥沙过渡区和粉沙区分别以10 m和1 m为间隔,采集了384个表层沉积物样品,对Al、Fe、Ti、Mn、Ba、Sr、Zn、Cr、Ni、Cu 10种重金属含量特征进行研究,对比了潮间带不同粒度沉积物中重金属的蓄积特征.结果表明,10种重金属在淤泥、泥沙混合、粉沙3种研究区的总含量分别为147.37、98.68和94.27 g·kg-1,粒度变化造成重金属含量的显著分异;除Ba、Sr倾向在富含长石的粗颗粒区富集外,多数重金属元素呈现细颗粒区富集倾向;Sr含量受粒度变化影响最大,而Cr、Ti含量受粒度变化影响相对较小.