基于卫星夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟

中国能源统计数据"横向不可比,纵向不可加"现象依然突出,尤其是分省能源消费统计千差万别,给分省碳排放评估带来了较大困难,如何利用卫星遥感数据科学合理地估算中国分省碳排放是当前亟须研究的问题。本文运用DMSP/OLS全球稳定夜间灯光数据,在通过相互校正、年内融合和年际间校正等系列处理得到中国分省稳定夜间灯光数据的基础上,首先分别构建中国分省稳定夜间灯光亮度DN值与人均碳排放和单位面积碳排放之间的时空地理加权回归模型,两个模型整体效果均较好,拟合优度分别高达96.74%和99.24%;其次运用稳定夜间灯光亮度DN值对分省人均碳排放和单位面积碳排放进行时空模拟;最后运用人口规模和土地面积对分省碳排放进行估算。估算结果显示:(1)整体来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际值6.3349×109t较为接近,两个模型的相对误差均在0.5%以内。(2)分年度来看,所有年份的相对误差均在5%以内,2006年分省加总碳排放模拟值与实际碳排放6.2036×109t最为接近,绝对误差和相对误差均较小,两个模型模拟值的相对误差均为0.04%。(3)分省域来看,2000—2013年年均碳排放模拟值与实际碳排放均非常接近,除海南和宁夏外,其余28个省区市的相对误差均在1%以内。(4)分年度分省域来看,以2013年为例,40%省份的相对误差在2%以内,70%省份的相对误差在5%以内。从整体、分年度、分省域、分年度分省域的估算结果来看,基于稳定夜间灯光数据的中国分省碳排放时空模拟效果良好。因此,运用卫星夜间灯光数据可以较为准确地对中国分省碳排放进行估算和预测,为卫星遥感影像数据服务分省碳排放监测和评估提供一种补充性参考。     

基于DMSP/OLS数据的江苏省城镇人口空间分异研究

人口空间分异研究是区域协调发展的基础,便捷准确地获取城镇人口全局和局域的空间信息,对于合理制定区域人口、经济和社会发展政策具有重要意义。在DMSP/OLS(夜间灯光)数据和人口数据之间的定量关联基础上,模拟出格网尺度上江苏省2012年人口密度,采用人口集中指数、空间变差函数识别人口分布的空间格局并探讨区别于行政单元尺度的人口格局形成机理。区域层面,江苏省人口空间分异呈现苏北地区"低密度点状"分布,苏南、苏中为"高密度面状"分布并存格局。城镇层面,江苏省人口空间分布结构具有4种类型,H-H型地区人口各向差异性最强,网格单元内随机变异最小;H-L型人口各向差异性最小,网格单元内随机变异较大;L-L型人口轴向均质化特征明显,网格单元随机变异较小;L-H型空间各向差异性较小,网格单元的随机变异最大。结果表明,基于DMSP/OLS夜间灯光数据反演而得到的人口格网模型具有巨大潜力,结合变差函数进行拟合分析可定量地刻画城镇内部人口分布的空间异质性特征。     

Pressure cookers or pressure valves: Do roads lead to deforestation in China?

The effect of roads on forests is ambiguous. Many studies conclude that building and upgrading roads increases pressure on forests but some find that new and better roads may reduce the rate of deforestation. In this paper we use satellite remote sensing images of forest cover in Jiangxi Province, China, to test whether the existence and the size of roads (ranging from expressways to tertiary roads) in 1995 affected the level of forest cover in 2000 or the rate of change between 1995 and 2000. To account for road access for each of our 1 km² (“pixel”) units of forest cover we measure whether or not and what type of roads penetrate the “watershed” in which the pixel lies. These watersheds allow more plausible measures of accessibility than do traditional “crowfly” distance measures that ignore topography. To account for possible confounding we also use 12 additional covariates: geographic and climatic variables (e.g., elevation, slope, rainfall, temperature, soil properties); demographic and economic variables (e.g., local population and GDP per square kilometer); and distance variables (e.g., distance to the nearest provincial capital). Although simple univariate OLS regressions show that forest levels are lower and deforestation rates higher either when there is a road, or when there is a higher quality road, these results are not robust. Controlling for all of the covariates and also using recently developed covariate matching techniques to estimate treatment effects, we find that roads in China’s Jiangxi Province can most safely be described as having no impact on the level of forests and no impact on the rate of deforestation.     

基于地理加权回归模型评估土地利用对地表水质的影响

针对传统线性回归模型大多忽视空间数据局部变化特征这一缺陷,引入地理加权回归模型(GWR)用于评估土地利用对地表水质的影响,分析了不同子流域内两者关系出现空间变化的规律并阐释了原因.同时,对比了GWR模型与普通最小二乘模型(OLS)的校正R2、Akaike信息准则(AICc)及残差的空间自相关指数(Moran's I),验证了GWR模型在预测精度和处理空间自相关过程中是否优于OLS模型.结果表明,同一土地利用类型对水质的影响随空间位置的改变而发生方向或大小的变化.以温瑞塘河流域总氮(TN)与农用地的关系为例,从GWR模型局部回归系数的方向分析,两者关系表现为农村正、城区负的现象,从大小分析,旧城区TN与农用地回归系数的绝对值高于其它区域;在溶解氧(DO)与人口密度所构建的GWR模型中,两者关系在整个研究区域内均表现为负值,与OLS结果吻合,从回归系数的大小分析,人口密度对DO的作用在郊区及农村更为显著.针对此类关系出现空间变化的原因分析表明,相邻子流域土地利用百分比的改变及水体主要污染源的不同,是导致土地利用对水质作用发生变化的根本因素.最后,对比所构建的80个GWR与OLS模型校正R2、AICc指标,验证了GWR作为一种局部统计模型,其预测精度优于OLS等传统全局模型且更能反映实际空间特征.     

Modified grey model for estimating traffic tunnel air quality

This study compared three forecasting models based on the mean absolute percentage errors (MAPE) of their accuracy in forecasting air pollution in a traffic tunnel: the Grey model (GM), the combination model used four sample point and five sample point prediction with GM (1,1)(GM(1,1)^4 + 5), and the modified grey model (MGM). An MGM was combined using the four points of the original sequence using the original grey prediction GM (1,1) for short-term forecasting. The proposed method cannot only enhance the prediction accuracy of the original grey model, but can also solve the jump data forecasting problem something for which the original grey model is inappropriate. The MAPE was applied to the models, and the MGM found the proposed method to be simple and efficient. The MAPE of MGM, calculated over 3 h of forecasts, were as follows: 10.12 (Upwind), 10.07 (Middle) and 7.68 (Downwind) for CO; 10.79 (Upwind), 6.05 (Middle) and 5.98 (Downwind) for NO _x , and 11.67 (Upwind), 7.32 (Middle) and 4.56 (Downwind) for NMHC. The MGM model results reveal that the combined forecasts can significantly decrease the overall forecasting error. Results of this demonstrate that MGM can accurately forecast air pollution in the Kaohsiung Chung–Cheng Tunnel.     

DMSP/OLS夜间灯光数据在城镇体系空间格局研究中的应用与评价——以近16年江西省间城镇空间格局为例

通过分析1994～2009年16 a逐年DMSP/OLS的静态平均灯光数据的DN值分布情况,考虑实际空间格局分布数据需求和数据质量,选择1994、2000、2005、2009年4个年度为代表,进行江西省城镇空间格局分布应用研究,并对数据质量进行评价。结果表明：1994～2009年度江西省城镇建设用地总量数值尽管与统计数据之间存在一定的波动,但总体扩展趋势基本一致;在城镇化增长速度上,2000～2005年比1994～2000年大29.53%,2005～2009年比1994～2000年大4357%,说明江西省城镇化发展正逐步提速,并有加快发展的趋势;景观指数分析表明江西省城镇化扩张过程中,面积越来越大,城镇间聚集度越来越高,相互影响也越来越大;城镇化形状越来越复杂;城镇间联系越来越紧密,破碎度逐步减小,城镇斑块形状变化逐步加大,发展无序程度加重。最后,针对江西省城镇空间格局发展现状,研究提出了积极发展中型城市、集约化发展特大城市、稳步扩大小城镇发展规模的建议     

基于DMSP/OLS与土地利用的江苏省人口数据空间化研究

准确、高分辨率的人口分布信息是人地关系研究的重要前提。人口数据空间化可实现人口统计数据与空间信息集成,重构人口空间分布特征,为区域可持续发展研究提供数据支持。基于DMSP/OLS夜间灯光数据与土地利用数据,以遥感与地理信息系统理论与方法为基础,采用空间滞后回归模型模拟了江苏省2010年人口空间分布状况,并得到1km×1km的人口密度网格图。通过从县级、乡镇级两种空间尺度对人口数据空间化结果进行检验,结果表明基于DMSP/OLS与土地利用的人口数据空间化能够正确地表达人口空间分布规律,尤其对于人口较为密集地区,具有很高的数据重现精度;但是对于人口密度畸高或畸低的地区,由于人口空间分布异质性较大,数据重现的准确性下降。     

基于多源遥感数据及DEM的人口统计数据空间化——以浙江省为例

利用DMSP/OLS遥感夜间灯光数据进行人口等社会经济数据的空间化时,往往受到其较低的空间分辨率、像元过饱和以及像元溢出现象的影响。植被指数（如NDVI）与不透水面呈负相关关系,与夜间灯光数据在反映人类活动、提取建成区方面可以互补,将这两种数据融合可以有效减少夜灯数据像元过饱和等因素引起的误差。通过进一步融合DEM数据对基于DMSP/OLS夜间灯光数据和NDVI构建的人居指数进行了海拔修正,基于修正后的人居指数与统计人口之间很强的线性相关建立人口空间化模型,获得2010年浙江省1 km×1 km分辨率下的人口密度空间分布。模拟结果显示,浙江省平均人口密度为515人/km2,模拟的平均相对误差为183%,相比海拔订正前的模拟误差减少约5%,表明利用多源遥感数据融合后的人居指数在省级尺度上模拟人口空间分布的精度较高     

我国东部沿海三大城市群热岛变化及其与城市群发展的关系

随着城市化进程的快速推进,城市群已经成为区域空间的重要组织形式.为揭示我国东部沿海京津唐、长三角和珠三角三大城市群热岛变化与城市群发展的关系,利用MODIS地表温度产品数据和DMSP/OLS夜间灯光数据,对2001-2013年这3个城市群的热岛效应与区域发展二者之间的关系进行研究.结果表明:2001-2013年,3个城市群的热岛斑块面积均有较大幅度的增加,并且在空间上逐渐相连接,形成热岛城市带;RHⅡ（区域热岛指数）不断升高,京津唐城市群、长三角城市群、珠三角城市群分别升高0.051、0.070、0.101,其热岛状况不断加剧.随着城市群的发展,城区对周边区域的辐射作用不断加强,建成区边缘的城郊过渡带是地表温度增加最为显著的区域.总体而言,城市群的扩展是其区域热岛效应的主要成因,表征城市扩展变化的夜间灯光亮度平均值差值与表征热岛变化的地表温度平均值差值之间存在对数关系,表现出先快后慢的趋势.      

基于DMSP/OLS数据的区域碳排放时空动态研究

选取IPCC碳排放核算方法并基于能源统计数据,核算了我国大陆30个省市的能源消耗碳排放量,利用纠正后的DMSP/OLS夜间灯光数据与相应空间单元的碳排放量进行回归分析,反演出1km×1km栅格的电力消耗碳排放量并分析其在地级市尺度上的时空变化.核算出2005年、2010年和2013年能源消耗排放总量分别为57.02,82.28和93.26亿t,其中电力碳排放量分别为23.03,35.62和42.07亿t.结果表明：校正后的DMSP/OLS夜间灯光数据能更好地估算碳排放,其DN总值与统计的省级能源消耗排放量、电力消耗排放量均存在较强的相关关系;整体而言,发达地区能源消耗排放量大但强度比较低.