2000年来中国生态状况时空变化格局

21世纪以来,我国在经济快速发展的同时高度重视生态环境保护,一系列生态修复工程和空间管控措施使生态状况发生了巨大变化;然而目前对于全国生态状况宏观格局的认识仍十分有限。借助 Google Earth Engine（GEE）遥感云计算平台,采用主成分分析方法和MODIS数据构建的绿度NDVI、热度LST、湿度WET和干度NDSI四个指标,生成长时间序列的遥感生态指数RSEI数据集,完整刻画了中国2000年来生态状况的时空连续变化格局。研究发现:在空间格局上,东南沿海地区生态状况优于西北地区;变化趋势上,全国生态状况除上海、西藏和澳门之外均显著改善,RSEI增长最多的三个省份为山西、陕西和河北。进一步采用遥感云计算定量评价了2000年来生态状况变化的宏观格局,以期为国土空间管控和生态保护提供科学支持。     

基于生态供受体理论的全国水土保持重要区识别

科学评估土壤保持功能是生态保护红线划定的基础.依据生态供受体理论,针对土壤保持服务对应的水土流失这一生态问题,从水土流失的供体（水土流失量）、受体（人口密度）、辐射传输（距离水体距离）三个方面构建模型,分析土壤保持功能的重要性.结果表明全国潜在侵蚀量577.34×10¹⁰t/a,潜在土壤侵蚀随着坡度和降水量的增加而增加.土壤保持功能极重要区面积98.98×10⁴km²,主要分布在西南地区的无量山和哀牢山,黄土高原东部,东南地区的浙闽丘陵,东部地区的鲁中山区、鲁东半岛,以及辽东半岛.西南地区山高、谷深、坡陡、流急、地形稳定性差等因素造成水土流失严重,维持该地区的水土保持功能极为重要;西北地区的黄土高原土质疏松且多暴雨导致水土流失比较严重,维持该地区土壤保持功能非常重要.对比常用的生态保护功能模型,供受体理论模型除考虑自然影响因素之外,突出了人类活动的因素,对评估生态保护功能与水土保持生态风险更客观.依据供受体理论构建的土壤保持模型适用于土壤保持功能和土壤潜在侵蚀风险的评估,可作为评估生态系统安全和划定生态保护红线的重要依据.     

新疆鸟类和哺乳动物物种丰富度空间异质性及其多尺度效应

基于新疆维吾尔自治区鸟类和哺乳动10km×10km物种空间分布数据及1km×1km土地利用数据,引入NDVI、海拔和地理纬度等辅助数据,分别对物种和土地利用数据进行尺度变换,计算分析了1~10km尺度下的景观指数,并进一步在生态系统层面进行尺度效应研究,以探究表征物种多样性空间异质性的合理尺度.结果表明：新疆总体的景观类型较为丰富,北疆的景观丰富度和破碎度都相对高于南疆,并且各类型斑块分布不均匀,景观中存在具有优势度的斑块.鸟类在聚落、水体和湿地生态系统中的尺度效应明显,而哺乳动物的尺度效应在农田、森林生态系统比较显著.7~10km尺度下,聚落景观面积越小,分割度越高,水体景观越破碎,越离散,形状越复杂,鸟类丰富度越高.农田和森林生态系统的景观特征对哺乳动物丰富度具有较高的参考价值.7~10km下,农田斑块越离散、形状越复杂,哺乳动物物种丰富度越低;4km尺度下,森林景观斑块形状越复杂、连接度越高,哺乳动物物种越丰富.     

基于DPeRS模型的淮河流域氮磷面源污染评估

采用DPeRS模型对淮河流域氮、磷面源污染空间特征进行遥感像元尺度解析,并对"十三五"《重点流域水污染防治规划》中划定的淮河流域235个控制单元进行面源污染优先控制单元分析。结果表明,淮河流域2016年TN和TP面源污染排放量分别为44. 99和2. 44万t,入河量分别为27. 72和1. 27万t;空间分布上,淮河流域的东部和南部氮、磷污染程度较为显著,北部污染程度较轻;农田径流型是淮河流域最主要的氮、磷面源污染源,均占到总污染量90%以上,是该流域氮、磷面源污染防治优先控制的污染源,对于TN指标次要影响类型为城镇地表径流,对于TP指标次要影响类型为畜禽养殖;筛选出淮河流域TN和TP面源污染优先控制单元分别为164和185个,面积占比分别为75. 3%和85. 0%。     

生态环境立体遥感监测"十四五"发展思路

结合当前生态环境保护总体形势和生态环境监测管理实际需求,讨论生态环境立体遥感监测"十四五"发展思路,提出构建天-空-地一体的生态环境立体遥感监测网络,建立生态环境立体遥感监测业务体系和指标体系,实施三大生态环境立体遥感监测重大工程,更好地指导当前和今后一个时期的生态环境立体遥感监测工作开展。     

黄河流域生态质量时空变化分析

黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位,流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略,同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题.为了解黄河流域生态质量状况及其时空变化特征,分析了黄河流域生态格局、植被、生物多样性、生态系统功能和服务价值、县域生态质量等多方面的数据和文献资料.结果表明:①黄河流域大部分县区生态质量状况一般,植被覆盖度由东南向西北递减,上游地区生态系统服务价值高于中游和下游;② 2000—2018年农田生态系统面积占比持续下降,森林、水域面积占比略有增加,聚落面积占比持续上升,20世纪80年代以来整体植被覆盖和生产力状况得到改善,重要生态功能区的生态系统服务价值明显提升;③大部分地区生态状况改善幅度有限,局部仍有退化,流域的生物多样性依然受到严重威胁.因此,建议在恢复植被覆盖的基础上,开展优化生态结构、维护生态过程的相关研究,重点关注生态敏感地区生态保护成效的评估和提升,农耕地区农田生产力对自然生态系统的影响,以及城镇化过程对生态系统服务和生态安全的影响;同时建立黄河流域生态质量综合监测体系,开展监测指标与技术方法的机理和应用研究,这不但是流域生态质量时空变化分析的基础,也是生态保护恢复和管理工作的支撑.      

基于高分影像的城市水体遥感综合分级方法

城市水体是城市生态系统中的重要组成部分,为此,针对城市水体提出了一种基于国产高分影像的水环境遥感综合评价方法.在2017~2019年间的南京、无锡、常州和扬州市等城市多次水体采样工作的基础上,分析了城市水体光谱特征与水质参数的相应关系.基于国际标准的色度转换模型和FUI（forel-ule index）水色指数,构建了基于高分二号（GF-2）影像的适用于城市水体的U-FUI（urban forel-ule index）水色指数,实现了城市水体的遥感分级,独立的验证数据表明分级模型的识别正确率可达72%.结果表明,根据U-FUI水色指数可以将城市水体有效地分为U-FUI Ⅰ~U-FUI Ⅵ共6级水体,依次分别代表水色呈蓝色、浅绿色、深绿色、黄色、黄棕色以及灰黑色的水体.其中,U-FUI的Ⅰ级水体水质较好而在城市水体中少有分布,U-FUI的Ⅱ和Ⅲ级水体具有较高的叶绿素a浓度,U-FUI的Ⅳ和Ⅴ级水体的总悬浮物浓度和无机悬浮物浓度相对较高,U-FUI的Ⅵ级水体水质较差且水质参数与各级水体均有较大差异.同时,将该方法成功地应用于2018年4月9日南京市GF-2影像,结果显示南京市水体以U-FUI Ⅱ~U-FUI Ⅳ级水体为主,U-FUI的Ⅰ级、Ⅴ级和Ⅵ级水体在城市中的分布相对较少,空间分布特征与同期原位采样结果一致.     

气候变化和人类活动对生态质量影响的定量解析研究：以海南岛为例

气候变化和人类活动在生态系统变化中产生协同影响,难以区分。以海南岛为案例,使用残差趋势法,测量生态质量实际和潜在趋势的残差,量化气候变化和人类活动的相对贡献。结果表明：2002—2020年海南岛生态质量总体呈上升趋势,其中54.09%区域生态质量呈显著改善趋势,而4.33%区域生态质量呈显著下降趋势。人类活动对海南岛生态质量变化的贡献率为85.93%(P<0.05),而气候变化对海南岛生态质量变化的贡献率为14.07%(P<0.05)。人类活动在海南岛生态质量变化中起到了主导作用。生态质量改善区域,森林生态系统增加、农田生态系统减少,主要人类活动为先后实施海防林建设、人工商品林建设、生态保护红线划定等生态保护措施,如临高县等;而生态质量下降区域,森林生态系统减少、农田和城镇生态系统增加,主要人为活动为开垦开发建设活动,如海口市等。研究成果对于科学管理生态系统和应对气候变化具有重要意义。     

天地一体化遥感监测大气污染技术进展

天地一体化遥感监测技术通过地基和卫星融合互补,成为研究大气污染来源、传输和影响的重要方法.但目前国外主导的地基和卫星遥感算法不适应国内复杂大气环境,其数据可靠性尚需验证.为进一步推动国内大气研究自主性,厘清天地一体化遥感监测技术发展现状,对相应的平台建设、算法研发及应用实例进行介绍.结果表明:①可通过地基观测网络实时连续监测大气污染物的浓度（柱总量）/廓线信息,目前国内组建并运行了CNEMC空气质量监测网络和USTC地基遥感网络.②可通过紫外-可见波段卫星载荷获取全球/区域尺度大气污染物的浓度（柱总量）/廓线产品,GF-5搭载的EMI填补了国内该类载荷的空白,基于DOAS（BOAS）的柱总量反演算法、基于OE的垂直廓线反演算法是当下国际主流业务算法.③天地一体化遥感监测技术以高精度、广覆盖、准定位的优势得到快速发展,可为亟需解决的大气污染治理成效评估、作用机理研究、区域传输测算及精准溯源等难题提供技术支持.研究显示,天地一体化遥感监测技术需以应用化和业务化为导向,加快观测平台硬件建设,加强相关反演算法研发,深入融合多平台数据,全面推进大气遥感监测技术的立体化和系统化发展.