中国1990和2000基准年湿地变化遥感

中国科学: 地球科学 2010 年 第 40 卷 第 6 期
表 1 中国湿地遥感制图分类体系 a)
代 码
类型 名称
代码
亚类名称
含义
滨 海 1湿 地
11 潮间带/浅滩/海滩
由底部基质为石头、砾石、沙石或淤泥质组成的植被覆盖度<30%的海滩
12 滨海沼泽
包括红树植物、芦苇、盐蒿等组成, 植被盖度≥30%的潮间盐水沼泽
表 3 显示我国从 1990 年到 2000 年原有湿地减少 92070 km2. 增加 41718 km2. 黑龙江、内蒙古、吉林、 新疆湿地减少量分别在 25000, 18000, 13000 和 6000 km2 以上. 同时期, 新疆湿地新增 6000 余平方公里. 西藏、青海、黑龙江和内蒙古分别增加湿地 3000 余 平方公里. 江苏新增湿地 2000 余平方公里.
基本图像处理后, 由于 1990 年和 2000 年前后的 图像几何配准有差异, 因此需要进行两个基准年之 间影像的配准, 使图像间配准误差小于 1 个象元. 图 像投影采用 Albers 双标准纬线投影.
考虑到在全国范围内湿地景观差异性显著, 利
用计算机分类需要大量的算法研究而且难以保证湿 地制图精度, 因此本次湿地制图工作以图像人工目 视解译为主. 工作平台以 ENVI4.3 和 ArcMap9.1 为主. 为保证解译几何精度, 解译时屏幕比例尺介于 1:3 万~ 1:6 万之间. 在边界较清晰的时候, 可以适当减小比 例尺, 反之则放大比例尺进行屏幕解译. 面状要素解 译最小单元 10000 m2(>10 个象元). 线状要素解译最 小单元为 90 m (>3 个象元). 对于不确定因素, 及时 记录并存档, 以用于后续交流和检查.
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中国科学: 地球科学 2010 年 第 40 卷 第 6 期
图 2 2000 基准年中国湿地分布图
263150 km2, 其中类型没有变化的区域面积(沿对角 线 ) 为 222856 km2, 类 型 发 生 变 化 的 区 域 面 积 为 40294 km2, 占未丧失湿地面积的 15%. 从表 4 可以 看出滨海湿地、内陆湿地的亚类间转化较多. 而 1990 年较多的滨海湿地转化为 2000 年人工湿地中海水养 殖类型. 1990 年大面积的湖泊和内陆沼泽被转化为水 库和池塘.
31 水库/池塘
为蓄水和发电而建造/改造的人工湿地以淡水养殖为主要目的修/改建的池塘(<8 ha)
人 32 人工河渠
为输水或水运而建造的人工河流湿地
工 3湿
地
33 海水养殖场/盐田 34 稻田/水田 35 城市景观和娱乐水面
以海水养殖为主要目的修建的人工湿地, 以及为获取盐业资源而修建的晒盐场或盐池 能种植一季、两季、三季的水稻田或者冬季蓄水或浸湿状的农田 为城市环境美化、景观需要、居民休闲、娱乐而建造的各类人工湖、池、河等人工湿地
引用格式: Gong P, Niu Z G, Cheng X, et al. China’s wetland change (1990–2000) determined by remote sensing. Sci China Earth Sci, 2010, doi: 10.1007/s11430-010-4002-3
比较 1990~2000 基准年之间的湿地面积变化包
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宫鹏等: 中国 1990 和 2000 基准年湿地变化遥感
代码 1
11 12 13 14 15
2 21 22 23 24
3 31 32 33 35 36 总计
地区 安徽 澳门 北京 福建 甘肃 广东 广西 贵州 海南 河北 河南 黑龙江 湖北 湖南 吉林 江苏 江西 辽宁 内蒙 宁夏 青海 山东 山西 陕西 上海 四川 台湾 天津 西藏 香港 新疆 云南 浙江 重庆 总计
8ha32人工河渠为输水或水运而建造的人工河流湿地33海水养殖场盐田以海水养殖为主要目的修建的人工湿地以及为获取盐业资源而修建的晒盐场或盐池34稻田水田能种植一季两季三季的水稻田或者冬季蓄水或浸湿状的农田35城市景观和娱乐水面为城市环境美化景观需要居民休闲娱乐而建造的各类人工湖池河等人工湿地36其他矿坑废水处理场等工程湿地由底部基质为石头砾石沙石或淤泥质组成的植被覆盖度lt
图像解译工作中充分利用了相关的地理数据, 如 从 高 程 数 据 计 算 得 到 的 坡 度 数 据 (<1°) 进 行 掩 膜 , 图像与高程数据叠置分析进行检查. Google Earth 平 台提供的高分辨率影像和部分在线照片为人工解译 和验证时了解区域的环境状况提供了较为有利的条 件; 另外还通过把解译结果叠加到 Google Earth 上进 行检查和核查. 在有条件的区域, 通过相关历史和文 献资料查证, 并与相关湿地专家核实等方法进行验 证. 另外在湿地解译制图过程中, 课题组成员选择东 北湿地疑难样区进行了实地考察与核实.
① 中国科学院遥感应用研究所, 遥感科学国家重点实验室, 北京 100101; ② 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院, 北京 100875; ③ 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春 130012; ④ 首都师范大学资源环境与旅游学院, 北京 100037; ⑤ 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; ⑥ 北京宇视蓝图信息技术有限公司, 北京 100096 * E-mail: gong@
中国科学: 地球科学
2010 年 第 40 卷 第 6 期: 768 ~ 775
论文
《中国科学》1990 和 2000 基准年湿地变化遥感
宫鹏①*, 牛振国①, 程晓②, 赵魁义③, 周德民④, 虢建宏①, 梁璐①, 王晓风①, 李丹丹①, 黄华兵①, 王毅①, 王坤①, 李文宁①, 王显威①, 应清①, 杨镇钟①, 叶玉芳①, 李展①, 庄大方⑤, 迟耀斌⑥, 周会珍⑥, 闫军⑥
关键词 湿地制图 天然湿地丧失 人工湿地增加
湿地指“天然或人造, 长久或暂时之死水或流 水、淡水、微咸或咸水沼泽地、泥炭地或水域, 包括 低潮时水深不超过 6 m 的海水区”[1]. 但是, 我国长期 没有按照统一标准制作的能够全面反映湿地的地理 分布及其变化趋势的地图和数据库. 牛振国等[2]使用 2000 年为基准年卫星遥感数据源完成全国湿地初步 制图, 将全国湿地粗分为内陆湿地、滨海湿地和人工
3 讨论
3.1 不确定性与解译误差问题 不确定性是没有真值时观测值的变动范围. 误
差是观测值与真值之间的差异[4]. 对单时相解译结果 而言, 存在类型解译误差和面积统计误差. 解译误差 由图像解译人员对类型定义理解存在的不确定性引 起. 如果误差为随机误差, 面积统计误差随着样本的 增加会变小. 比较两个时相监测湿地变化存在两类 误差. 首先是几何误差引起的. 不同时间的图像匹配 误差会对比较不同年份解译结果构成假变化信息[5]. 这类误差随样本量增加而累加. 另一类误差是在图 像解译过程中对湿地类型误判引起. 这类误差如果 在两个时期图像上的同一类型均被误判为另一类型, 不会增加变化监测误差.
湿地. 我们在牛振国等[2]遥感湿地分类体系基础上, 提出一个具有 15 个二级类型的修正方案(表 1). 该方 案一级分类与湿地公约的分类体系一致; 二级分类 在综合考虑了现有各种分类系统以及遥感应用可操 作性之后确定. 这样各种区域性分类体系通过合理 的归并, 可以与其进行对比和转换. 在此基础上的湿 地遥感制图更具有可比性和参考价值.
13 河口水域
从近口段的潮区界(潮差为零)至口外海滨段的淡水舌锋缘之间的永久性水域
14 河口三角洲、沙洲、沙岛 河口系统四周冲积的泥沙滩, 沙洲沙岛(包括水下部分)植被盖度<30%
15 潟湖
地处海滨区域有一个或多个狭窄水道与海相通的湖泊
21 河流
常年有水或间歇性有水径流的河流, 仅包括河床部分(宽度>90 m、长度>5 km 以上)
2 结果
图 1 和 2 分别展示我国 1990 年和 2000 年为基准 年的湿地分类制图结果. 两个基准年的湿地面积按
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宫鹏等: 中国 1990 和 2000 基准年湿地变化遥感
图 1 1990 基准年中国湿地分布图
类型、省份分别统计于表 2 和 3. 从表 2 可见我国湿地在 1990~2000 年 10 年间减
收稿日期: 2009-10-27; 接受日期: 2010-02-24 国家自然科学基金重大项目(批准号: 30590370)和国家科技支撑项目(编号: 2006BAJ10B02)资助
摘要 分别收集 1990 年前后和 2000 年前后的美国陆地卫星资料, 完成了相应时期的中 国全国湿地分布遥感制图. 两期制图结果相比较显示, 除水稻田人工湿地之外, 中国的其 他湿地总面积从 1990 基准年的 355208 km2 下降到 2000 基准年的 304849 km2. 10 年间中 国湿地丧失面积约为 50360 km2, 丧失了 14%. 其中内陆湿地面积由 318326 km2 减少到 257922 km2, 减少 19%; 滨海湿地由 14335 km2 减少到 12015 km2, 减少 16%; 而除水稻田 以外的人工湿地增加了 55%, 达到 34911 km2. 湿地丧失的主要省区为黑龙江省、内蒙古 自治区和吉林省. 三省区天然湿地损失逾 57000 余平方公里. 大部分丧失的天然湿地被转 化为农牧用地. 新增 12000 余平方公里的人工湿地, 以渔业养殖和水库为主. 在新疆、西 藏和青海新增近 13000 余平方公里的湿地, 可能由气候变暖造成冰川积雪融化所致. 中国 湿地减少主要是人为因素所致.
少 50358 km2. 其中, 滨海湿地减少 2319 km2, 内陆 湿地减少 60404 km2, 而人工湿地增加 12365 km2. 滨 海湿地中, 潮间带/浅滩/海滩减少最多, 达到 1358 km2, 但是河口三角洲湿地增加 29 km2. 内陆湿地中, 河流面积减少 3019 km2, 湖泊面积减少 5016 km2, 内 陆沼泽减少最多, 达到 53094 km2. 然而, 洪泛湿地 增加 725 km2. 在人工湿地中, 面积增加最多的是水 库/池塘, 为 8812 km2, 其次为海水养殖和盐田, 达 3238 km2. 人工河渠也增加 300 多 km2. 而其他人工 湿地减少大约 10 km2.
表 4 是将 1990 基准年湿地与 2000 基准年湿地进 行叠加分析, 得到不同类型湿地在 1990 年到 2000 年 间的转化矩阵. 1990 年为湿地但 2000 年非湿地, 视 为湿地丧失. 2000 年为湿地但 1990 年为非湿地, 视 为 2000 年新增湿地.
1990 年和 2000 年湿地重叠区域面积(未丧失)为
1 数据与方法
分别以 1990 和 2000 年为基准年, 收集 1987~ 1992 年, 和 1999~2002 年陆地卫星 Thematic Mapper (TM)和 Enhanced TM Plus(ETM+)影像为基本数据源 (/data/2007). 该数据覆盖了 中国大陆和中国台湾地区, 季节上以 5~10 月份为主. TM 数据湿地分类的最佳波段组合为 5, 4 和 3 波段[3], 图像解译时以 5, 4 和 3 波段为主, 同时考虑其他波段 组合. 另外还利用全国高程数据(GTOPO30)、2000 年 全国土地利用/覆盖数据(1:10 万)、Google Earth 平台 的图像与照片数据, 以及全国沼泽数据等作为辅助 数据进行检查与分析. 数据处理与解译方法与文献[2] 类似.
36 其他
矿坑、废水处理场等工程湿地
a) 滨海湿地中的浅海部分未包括在此次制图的内容中; 稻田/水田未包含在此制图内容中, 仅作为分类体系列入
本文介绍以 1990 年和 2000 年为基准年, 按照表 1 中的湿地分类体系重新制作完成的中国湿地地图数 据. 分析两个基准年间中国的湿地变化及其不确定 性.
内 陆 2湿 地
22 洪泛湿地 23 湖泊湿地 24 内陆沼泽
在丰水季节由洪水泛滥的河滩、河心洲(>1 ha)、河谷、季节性泛滥的草地以及保持了常年 或季节性被水浸润的湿地(入湖的河流三角洲, 山前冲积扇, 河漫滩, 河心洲等) 包括漫滩湖泊和浅滩, 以水面为主 永久或季节性沼泽, 包括藓类、草本、灌丛、森林沼泽, 盐水沼泽以及绿洲湿地、泉水湿地 等(水面出露面积<30%)