湖泊水情遥感研究进展

湖泊作为最直接的淡水资源之一,在人类的生产、生活各方面都占据至关重要的地位.受到全球气候变化与人类活动的影响,湖泊正在发生急剧变化,因而有必要对其进行快速、准确的时空变化监测,从而为水资源管理与保护、未来气候变化预警提供依据.遥感技术的产生与发展为大范围、实时动态的湖泊变化监测提供了难得的契机,它克服了人类对湖泊实地考察的局限性.本文对现有国内外湖泊水情遥感监测技术与方法进行了综合梳理,主要综述了国内外在湖泊水域范围提取、湖泊水位提取、湖泊水量估算、流域水文过程等方面的遥感研究进展情况,重点总结了该领域近年来提出的新方法和新技术.最后,结合当前遥感技术的发展,对未来遥感在湖泊动态变化监测中的应用潜力和趋势进行了简要论述,并对多源遥感数据融合与云计算平台的结合在地表水体连续变化监测中的应用进行了展望.     

DEM在湖泊水文变化研究中的应用进展

在全球变化背景下,湖泊水文的动态变化不仅是评估和预测气候与环境变化的重要指示剂,同时对社会可持续发展、水资源的开发与利用、生态文明建设等产生重要影响。湖泊水文的动态变化受到湖滨及湖底地形的控制,数字高程模型（DEM）成为湖泊水文研究的重要数据源。随着遥测技术的发展,高分辨率、区域/全球大尺度DEM数据的获取手段快速发展、数据源不断丰富,DEM对推动湖泊水文动态研究进展起到了关键作用。本文首先基于Web of Science平台对DEM在湖泊水文动态研究中的相关文献进行了分析,阐述了该主题现有研究在发文时间、发文数量增减态势、研究区域与热点地区、文献所涉及的DEM数据等方面的特点。接着,围绕着DEM在湖泊水文动态的研究中4个主要方向：湖泊水域变化、湖泊水位变化、湖泊水量变化、湖泊水文灾害情势,重点总结：DEM与其他遥感观测平台、实地观测及模型模拟等多源数据的融合策略,数字地形分析与水文学分析、遥感影像分析等方法的集成策略,以及DEM数据不确定性等对湖泊水文变化研究的影响。最后,本文论述了目前DEM在湖泊水文研究中存在的关键问题,并结合技术发展趋势和研究热点问题,提出了可能的解决路径和未来的研究前景。     

我国城市湖泊空间分布格局特征分析及影响因素探讨

城市湖泊作为城市与自然之间进行水气交换的蓝色空间,具有供水、防洪、休闲、气候调节以及改善城市生态环境等诸多生态服务功能。中国地域辽阔、城市众多,不同区域的城市湖泊受自然地理环境和社会经济发展等因素的影响而具有显著的空间差异特征。目前已有研究对我国省会城市和个别大型城市的湖泊空间分布及变化特征等开展研究,但全国范围内各行政等级单元内城市湖泊分布的空间格局及其影响因素仍缺乏综合分析。本研究基于中国城市湖泊数据集,从城市分布的地域单元、行政等级、城市规模3个方面对城市湖泊分布特征进行统计分析和比较,并结合自然和人类活动要素,初步探讨影响城市湖泊分布规模和丰度的主控因子。结果表明,2020年全国共有约11万个面积大于0.001km²城市湖泊(不包括太湖、滇池等大型湖泊),总面积约2112 km²,约占全国城市(遥感城市不透水层区域)面积的1.1%。城市湖泊的分布具有显著的集聚和分异特征,数量超过70%的城市湖泊分布在约20%的县(区)级行政单元,约21%的县(区)级行政单元基本没有(<10 m遥感影像分辨率下10个像元)城市湖泊分布。城市湖泊数...     

中国湖泊分布与变化：全国尺度遥感监测研究进展与新编目

湖泊提供重要的生产生活用水,在维系生态安全方面发挥显著的价值。中国地理环境复杂多样,湖泊类型各异,不同湖区间的湖泊时空变化特征及驱动机制复杂。两次全国湖泊调查是国家尺度的湖泊变化监测的开创性工作,近年来伴随遥感数据源的海量积累和湖泊遥感提取方法的快速发展,大尺度湖泊水体变化遥感监测研究取得了长足的发展。然而,由于人工判读、湖泊类型判别依据和遥感数据源时相的差异,湖泊水体遥感提取结果及面积估算存在不同程度的出入。首先,本文总结了现有全国尺度湖泊监测研究的遥感数据源、方法和结果,分析了不同研究分析结果差异的可能原因。其次,本文基于1980s—2010s时段Landsat影像制图的湖泊水淹频率数据集的最大水域范围信息,提取并生成了全国湖泊新编目,以其作为该时段内湖泊判定和水体变化监测空间约束的统一参照,避免了因遥感数据时相与年际、年内湖泊水域范围波动对遥感提取结果及湖泊面积计算带来的差异。最后,本文从湖泊水淹范围频度的统计角度,初次提出了可体现湖泊面积年内与年际变化情况的统计指标——概率等效面积,用于监测和指示湖泊水域动态。结果表明,近30年来,中国有3741个最大水域范围大于1 km²的湖泊,总面积约93723 km²,其中青藏高原湖区的湖泊数量约占全国三分之一,总面积超过了全国的一半。全国湖泊总面积呈显著上升趋势,不同湖区的变化趋势差异明显:青藏高原湖区和新疆湖区湖泊面积显著上升,东部平原湖区、内蒙古高原湖区和云贵高原湖区显著下降,东北平原与山地湖区波动式变化、趋势不显著。研究结果总体表明中国湖泊水资源的时空不平衡状况在加剧。     

面向发生的地学数据分类方案及其元数据扩展研究

在分析地学数据特点和共享需求的基础上,阐述数据分类对于人们认识地球以及地学研究的重要性,并综述和评价了目前地学领域已有的各种分类研究。这些分类研究大致可归纳为探索型、应用型和综合型3种。由于地学数据应用的多学科交叉、多源异构等特性,分类系统很难满足系统性、一致性、易扩展性等原则。本文从数据发生的角度,探索新的数据分类方案,将地学数据分为器测数据、调查数据和过程数据三大类。从数据本质特征对其进行描述,学科应用仅作为数据的元数据对其标志,从而很好地消除了上述问题。此外,本文基于ISO19115地理信息核心元数据扩展模型,将地理信息元数据标准拓展到整个地学领域的数据描述,构建适应该地学数据分类方案的元数据体系。     

青藏高原东北部MODIS地表温度重建及其与气温对比分析

通过遥感获取地表温度(地温,LST)可以弥补气象站LST数据局地性的不足.但受某些因素影响,遥感LST影像存在噪音像元,影响了LST数据的应用.本文提出了一种基于高程-温度回归关系的空间重建算法,对2008年青藏高原MODIS LST影像异常低值像元进行了重建,得到空间完整的LST时间序列.分别将原始LST和重建LST...     

基于TVDI的藏北地区土壤湿度空间格局

利用2010年DOY 209期的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数(EVI)产品数据MOD13A2和8d天合成的地表温度(LST)产品数据MOD11 A2,构建LST-EVI特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数TVDI反映的藏北土壤湿度空间分布图.结合野外同步土壤表层水含量测试数据,二者表现出较好的相关...     

青藏高原东北部MODIS LST时间序列重建及与台站地温比较

通过遥感获取地表温度（地温,LST）可以弥补气象站地温数据局地性的不足。但受某些因素影响,遥感MODIS LST标准产品中的影像存在＂云污染＂等噪音像元以及空缺值,影响了LST数据应用。本文在利用LST产品的质量标记信息（QA）和直方图极值去除法过滤低质量、不可靠LST像元的基础上,提出了一种基于DEM-LST回归关系的滑动窗口空间重建算法,对2008年青藏高原东北部TERRA/AQUA上共4个温度通道的MODIS LST进行了重建,得到空间完整的LST时间序列。将重建后的LST与研究区11个气象站地表温度数据（T）的比较表明,在8day合成序列上LST-T一致性很好,平均相关系数达0．96,平均绝对误差为2．02℃;LSTT在月、年的尺度上更没有显著差异（平均绝对误差分别为1．55℃和0．60℃）。LST与T存在的差异与两者的时空定义的不一致性有必然的联系,但是仍然存在的低水平噪音表明若需要更高精度的LST数据需要更细致的去云处理。     

普及地图在政府部门信息发布中的应用

地图是空间信息传输的栽体,也是信息传递的主要工具之一.本文以省、市级政府部门作为主要研究对象,对地图在政府部门的统计年鉴、报表以及电子政务门户网站中的应用现状进行调查;分析地图在其信息发布中所体现的优势,论述重视地图的使用价值、普及地图在该领域应用的必要性;并对如何解决此问题提出一些观点和意见.     

中国区域TanDEM-X 90 m DEM高程精度评价及其适用性分析

数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是地球表层系统科学相关研究的基础数据,DEM数据精度的定量评价对科学选择DEM数据源、量化数据误差的影响等具有重要意义。在目前全球尺度可免费获取的DEM数据中,2018年发布的TanDEM-X 90 m DEM（TanDEM-X 90）数据凭借其较好的现势性得到了广泛关注。然而,目前大区域尺度上开展的针对TanDEM-X 90数据精度的评价工作较为有限,缺乏对其整体精度及误差空间分布特征的系统认知。本文以ICESat/GLAS卫星测高数据为评价数据,并选择SRTM-3 DEM和AW3D30 DEM作为对比数据,以平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、偏度和峰度等为统计指标,重点研究了TanDEM-X 90在中国主要陆地区域的误差统计特征和空间分布规律,探讨了高程、坡度、地貌类型、土地覆盖等对DEM精度的影响,并进行了适用性分析。结果表明：① 在中国区域,TanDEM-X 90数据的平均绝对误差和均方根误差分别为4.31 m和7.87 m,其高程精度与SRTM-3相近,但明显低于AW3D30;② 当坡度低于4°时,TanDEM-X 90的整体精度为3种数据中最高的;③ 对于平原、丘陵、台地这3类地貌类型,TanDEM-X 90相较SRTM-3而言具有一定精度优势;④ 本研究还以流域为单元绘制了全国尺度的TanDEM-X 90误差空间分布图,为该数据在全国尺度或典型区域的应用提供重要参考。研究也表明TanDEM-X 90在反映地表高程信息方面具有更好的时效性,能更好地反映中国区域近年来受人类活动影响的地表高程变化。