東北地理所實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間序列-高時(shí)空分辨率城市景觀動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)
占全球約3%的城市地表供養(yǎng)了55%的人類生活,復(fù)雜高強(qiáng)度的人類活動(dòng)使城市景觀劇烈變化,但當(dāng)前長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)序列-高時(shí)空分辨率城市景觀動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失,導(dǎo)致城市景觀演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)尚不明確,這嚴(yán)重制約了城市居民福祉的有效提升和城市可持續(xù)發(fā)展。
中科院東北地理所城市森林與濕地學(xué)科組的研究人員基于Google Earth Engine(GEE)云平臺(tái),針對(duì)城市景觀首次開(kāi)發(fā)了Landsat影像的銳化方法,在保留原始光學(xué)信息的同時(shí)提升了影像空間分辨率(圖 1),并結(jié)合植被物候、地表光學(xué)信息、方差最大法,提出了城市景觀多級(jí)決策分類體系(MDR),探明了2000-2019年長(zhǎng)春市15m空間分辨率的逐年景觀動(dòng)態(tài)。基于逐年景觀動(dòng)態(tài),研究人員確定了景觀動(dòng)態(tài)突變年,并結(jié)合年鑒數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù),進(jìn)一步揭示了城市景觀動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,科學(xué)量化所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)。

圖1. 基于GEE的Landsat圖像銳化效果對(duì)比
圖2. 2019年15m分辨率世界主要城市景觀覆被
結(jié)果表明:(1)本研究提出的城市景觀多級(jí)分類方法精度較高,可達(dá)92%,MDR分類體系具有較強(qiáng)的可用性與普適性,經(jīng)測(cè)試其可在較高精度下(超過(guò)0.85±0.01)繪制世界上大城市景觀覆被圖(圖 2);(2)2000年至2019年間,長(zhǎng)春市景觀動(dòng)態(tài)以建成區(qū)增加(34.0×103 ha至47.5×103 ha)、耕地減少(22.0×103 ha至5.7×103 ha)為主,城市綠地的面積持續(xù)增加。2009年是土地動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),2009年之后,建成區(qū)增速由每年2.24%減至每年1.30%、耕地流失的速度由每年-9.19%減至每年-5.29%、綠地增速由每年2.66%減至每年0.43%(圖 3);(3)20年來(lái),盡管建成區(qū)不斷增加,但城市綠地和建成區(qū)的比例維持在0.4左右。GDP增長(zhǎng)、人口流動(dòng)、工業(yè)發(fā)展顯著地推動(dòng)了城市景觀變化,而建成區(qū)比例增長(zhǎng)、綠地比例增長(zhǎng)與市區(qū)風(fēng)速減緩顯著相關(guān),導(dǎo)致了市區(qū)細(xì)顆粒物的增長(zhǎng)(圖 4)。

圖3. 長(zhǎng)春市2000-2019年逐年15米土地利用/覆被地圖

圖4. 土地動(dòng)態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系
該研究由任志彬副研究員、博士生董禹麟、博士生付堯等主要完成,何興元研究員為通訊作者,相關(guān)成果發(fā)表在Remote Sensing (IF = 4.501)。該研究由中國(guó)科學(xué)院青年促進(jìn)會(huì)會(huì)員項(xiàng)目(2020237)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41701210)、吉林省科技發(fā)展項(xiàng)目(20190303067SF)等共同資助。
論文信息:Dong, Y.; Ren, Z.; Fu, Y.; Miao, Z.; Yang, R.; Sun, Y.; He, X*. Recording Urban Land Dynamic and Its Effects during 2000–2019 at 15-m Resolution by Cloud Computing with Landsat Series. Remote Sens. 2020, 12, 2451.
論文連接:https://www.mdpi.com/2072-4292/12/15/2451
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