遥感技术在全球变化研究中的应用_王海花
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遥感具有全球观测的能力 , 即遥感可从多波段 、 多时相和全天候角度获得全球观测数据 , 这在全球 环境变化研究中是其它任何 方法或技术无 可替代 的 。全球尺度环境问题的出现 , 诸如土地退化 、全球 变暖 、海平面上升 、生物多样性丧失和全球性资源自文库危
收稿日期 :2008 -07 -03 作者简介 :王海花 (1981 -), 女 , 山 西省朔州 市人 , 硕士 研究生 , 研 究
全球变化的研究涉及到地球科学 、宏观生物学 、 天体科学和遥感技术科学等众多的学科领域 , 具有 高度综合和交叉学科研究的特点 , 代表了当今世界 科学的发展趋势 , 吸引了全世界众多的科学团体和 科学家的积极参与 。 它的实施必将促进基础学科与 应用基础学科的相互渗透和横向联合 , 推动科学的 发展 。 为此 , 国际科学联合会理事会 (ICSU)于 1986 年组织了以全球变化研究为核心的国际地圈生物圈 计划 (IGBP)。 该计划共包括七个核心研究计划和 两个 技术 支 撑计 划 , 即 :国际 全 球大 气 化学 计 划 (IGAC), 全球海洋通量联合研究计划 (JGOFS), 过 去的全球变化计划 (PAGES), 全球变化与陆地生态 系统 (GCTE), 水循环的生物学方面 (BAHC), 海岸 带陆海相 互作用 (LOICZ), 全球 分析 、解释和 建模 (GAIM), 以及数据信息系统 (DIS)和全球变化的分 析 、研究和培训系统 (START)。 该计划的主要科学 目标是 :描述和了解控制整个地球系统关键的 、相互 作用的物理 、化学和生物学过程 ;描述和了解支持生 命的独特环境 ;描述和了解出现在地球系统中 , 由人 类活动诱发的重大全球变化和影响方式 。 其应用目 标是增强对未来几十年至百年重大全球变化的预测 能力 , 为国家一级和全球的资源管理与环境战略决 策服务 。
Keywords:globalenvironmentchange;remotesensingtechnology;landcover;disastercontrol
当前 , 人类面临着人口膨胀 、资源匮乏和环境恶 化三大危机 , 而其中环境恶化制约着人类的生存和 资源的可持续利用 。 影响全球环境的温室效应 、臭 氧层破坏 、森林锐减 、物种灭绝 、土地退化和淡水资 源短缺等一系列重大问题困扰着人类社会 。 面对全 球环境日益恶化的严峻现实 , 科学家必须在研究全 球变化现状的基础上 , 预测未来环境变化趋势 , 从而 为政府决策提供科学依据 [ 1] 。
不管技术如何先进 , 要求粮食产量增加必然导 致农作物种植面积的增加 , 这包括已种植的土地 , 以 及由森林和草地转化而来的耕地 。其结果将导致土 壤侵蚀加剧 , 水资源过度开采以及土地的退化 。 随 着人口的增长 , 技术和经济的发展 , 同样会导致人均 对资源消费的增加 , 这样必然会驱动和加速全球变 化的速度 。
Abstract:Globalenvironmentchangeisthetopresearchofearthscience.Remotesensingtechnology, whichhasquick, multiband, cyclicandlarge-areaobservationcapabilities, istheirreplaceablemethodinglobalenvironmentchangeresearch. Thispaperbrieflyintroducesthemaincontentonglobalenvironmentchangeresearchandexplainsthestatusandroleofremote sensingtoglobalenvironmentchange.Applicationsofremotesensingtoglobalenvironmentchangeincludelandcover, forestand pasture, oceanographicsurvey, disastercontrolandsoon.Theseresearcheslaythefoundationforin-depthapplicationsofremotesensingtoglobalenvironmentchangeresearch.
方向为地理信息系统及其应用 。
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机等 , 迫使人类从全 球角度 、不 同层面上去观 测地 球 , 研究地球各圈层 、各子系统间的物质 、能量循环 及相互作用机理 , 甚至还要研究地球与星际空间的 相互作用 , 这些促进了空间科学 , 特别是遥感技术的 长足发展 。遥感技术的发展 , 无论是其平台技术 , 还 是其传感器技术 , 都以地球观测作为主要目标 , 不断 提高了遥感平台光谱分辨率 、空间分辨率和时间分 辨率 。 例如 , 美国 、日本和欧空局等不惜投入巨资 , 纷纷出台新的地球观测系统 (EOS)计划 , 在航空 、航 天等空间领域展开了激烈的竞争 , 从 TIROS卫星到 NOAA, 从 LandsatMSS到 LandsatTM, 从 SPOT到新 一代 ADEOS以及 Radarsat等无不提高其空间和时 间分辨率 , 从更高 、更广 、更精确的角度获取全球或 大尺度地球资源 、环境动态数据 。中国地处东亚季 风区 , 水 、热和土 地等农业自然 条件的区域差 异显 著 , 为了掌握中国资源与环境国情 , 近 30年来开展 了遥感环境监测 、资源调查 , 不断积累了土地覆盖动
2 遥感技术在全球变化研究中的 应用
2.1 土地覆盖变化的遥感监测 早在 50年代 , 中国林业部门在大兴安岭和长白
山等地开展了森林覆盖率和森林资源估算的土地覆 盖单要素遥感调查 。 60年代 , 结合农业生产的布局 和农业资源调查 , 主要应用航空黑白像片 , 开展了土 地覆盖多要素的综合调查和解译 、制图工作 。 1962 年在海南岛曾用黑白航空像片进行了农业自然条件 的判读和解译 、制图 , 编制了系列专题图 ;1963年 , 结合应用黑白航空像片和陆地卫星多波段影像 , 对 中国亚热带 、热带山地的土地利用 、森林覆盖 、森林 资源进行调查 , 分析了热带季雨林林相 , 寻找在水 、 热条件变化背景下 , 亚热带经济作物种植的上限 。
各种土地利用类型和土壤特性 , 确定植被覆盖率 、不 同植被 (主要是森林和其它植被 )覆盖面积 , 划分植 被类型 , 确定森林 的郁闭度 、分层和高度等 数量指 标 , 综合分析区域生态环境条件 , 区分出森林群落优 势树种 [ 4] 。
进入 80年代 , 土地覆盖 /土地利用变化的动态 监测和研究成为现实 。中国全面开展了以再生资源 的遥感 调查 、土 地覆 盖 /土地 利用 现状 遥 感调 查 、 “三北 ”防护林遥感调查和水域变迁 、脆弱生态环境 遥感调查等资源与环境 、土地利用的遥感调查与研 究 。其中 , 在 1984年开始进行的西藏自治区土地开 发利用现状调查中 , 针对西藏自治区特有的高原地 理环境和土地开发利用程度 , 采用航天和航空遥感 技术相结合的方法 , 解决了航空航天遥感图像综合 分析等一系列技术难题 , 完成了西藏自治区县级土 地利用调查和地市 、自治区两级数据的汇总 、制图 、 建立数据库和分析研究工作 , 为开展全国范围土地 覆盖 /土地利用遥感调查积累了经验 , 奠定了基础 。 还进行了黄土高原土壤侵蚀遥感调查与研究和黄淮 海平原水域动态遥感调查 , 完成了遥感调查土壤侵 蚀不同强度区域 、分布 、侵蚀速率的研究和黄淮海平 原河 、湖 、海 、海岸线等水体历史变迁的复原研究 ;近 十几年在气候变化和人类活动影响下黄淮海平原湖 泊 (如白洋绽 )、河流水系变化动态及其机理 、原因 的研究 , 编制了系列图件 , 并在古河道变迁 、地下埋 藏古河道 、古湖泊 、古海岸线复原的遥感调查方法与 技术方面积累了经验 [ 5] 。除此之外 , 在松辽平原 、黄 淮海平原 、太湖平原 、江汉平原大面积农作物估产的 遥感研究中 , 应用气象卫星和陆地卫星数据计算出 地表植被指数和个别生物量 , 为土地覆盖变化的遥 感定量研究进行了试验和探索 , 取得了很好的效果 。
70年代的主要工作是利用气象卫星 和陆地卫 星影像 , 结合局地航空遥感数据 , 进行土地覆盖 /土 地利用调查 , 特别是全国范围森林覆盖调查和在腾 冲地区进行的航空遥感综合试验 , 解译和判读分类
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第 34卷第 1 期 2009 年 1 月
王海花等· 遥感技术在全球变化研究中的应用
Vol.34 No.1 Jan.2009
第 34卷第 1 期 2009 年 1 月
环境科学与管理 ENVIRONMENTALSCIENCEAND MANAGEMENT
文章编号 :1673 -1212(2009)01 -0156 -06
Vol.34 No.1 Jan.2009
遥感技术在全球变化研究中的应用
王海花 1 , 刘耀龙 1, 阎成赟2
地球环境变化的加剧 , 主要是由人口的快速增 长 , 社会对资源消费水平的增加 , 以及由于技术和社
会政府机构的变化所引起的 。 其与 “全球变化 ”有 关的四个方面大尺度环境问题包括土地利用 /土地 覆盖变化 , 生物多样性全球范围的减少 , 大气成分的 变化 , 特别是 CO2 浓度的增加和气候变化 。
从陆地生态系统研究的观点来看 , 未来 30年 ～ 40年间 , 土地利用 /土地覆盖将是全球变 化最重要 的因素 。 科学家预言在未来的 30年中 , 每十年将增 加十亿人口 。 人口增加最快的地区主要是世界上低 纬度的发展中国家 。为了满足人口急剧增长所需要 的食物 , 就要求增加作物的产量 , 一般来说 , 在这一 期间 , 每年需要增加 2%的产量 。 所以 , 人口增长是 其变化的主要压力 。
如何养活十几亿人口 , 这是中国需要首先考虑 的问题 。 人口多 、土地资源有限 、农业生产仍以传统 的生产方式为主 , 自然灾害频繁都是中国的基本国 情 。加强土地资源和水资源的监测和保护 , 加强自 然灾害 (如洪涝灾害 )的预 测 、监测和防御 , 加强在 全球环境不断变化的大背景下 , 对农业生态系统的 影响及其对策的研究 , 遥感技术将发挥不可替代的 作用[ 3] 。
第 34卷第 1 期 2009 年 1 月
王海花等· 遥感技术在全球变化研究中的应用
Vol.34 No.1 Jan.2009
态 、森林与草场动 态 、海洋动 态等方面的资 料和经 验 , 而且正在建设全球环境变化 、资源与环境的可持 续利用方面的国家和区域的模式或系统 [ 2] 。
1 全球变化研究概况
ApplicationofRemoteSensingTechnologytoGlobalEnvironmentChange
WangHaihua1 , LiuYaolong1 , YanChengyun2
(1.EastChinaNormalUniversityMinistryofEducationKeyLaboratoryofGeography-InformationScience, Shanghai200062, China; 2.NavyPress, Tianjin300450, China)
(1.华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室 , 上海 200062;2.海军出版社 , 天津 300450)
摘 要 :全球变化是当今地球科学研究的 热点 。具 有快速 、多波段 、周期性 、大面积覆盖等观测 能力的空间 遥感
技术 , 是全球环境变化研究中不可替代的重要手段 。本文对 全球变化研究的主要内容进行了简要回 顾 , 对 遥感
随着人类社会的发展 , 人类对地球环境的影响 已步入了全球环境的时代 。当前 , 人类正面临着一 系列重大而紧迫的全球环境问题 。如温室气体增加 与全球变暖 , 植被破坏与生物灭绝 , 土地退化 , 淡水 资源短缺等 。从科学的角度看 , 这些紧迫的全球环 境问题 , 涉及地球各部分的相互作用 , 涉及到发生在 地球系统中的物理过程 、生物过程和化学过程的相 互作用 , 涉及到人类赖以生存的地球的可居住性问 题 。认识并预测地球环境的变化 , 是当今科学家面 临的严重挑战 。 全球变化是当今地球科学研究的热 点和难题 , 已引起世界各国政府的高度重视和大力 支持。当前 , 已有一大批不同学科领域的科学家 (水文 、生态 、大气 、气候 、遥感等 )投 身于全球变化 或与之相关的研究 。 全球变化已成为地球系统科学 一个新的研究领域 。
技术在全球变化研究当中的地位和作用进行了论述 。 遥感技术在中国全球变化研究中的应用 主要体现在 土地
覆盖 、森林与草场 、海洋调查与灾害监测等方面 。 这些研究为遥感技术在全球环境变化研究中 的深入应用 奠定
了基础 。
关键词 :全球变化 ;遥感技术 ;土地覆盖 ;灾害监测
中图分类号 :X87
文献标识 码 :A
收稿日期 :2008 -07 -03 作者简介 :王海花 (1981 -), 女 , 山 西省朔州 市人 , 硕士 研究生 , 研 究
全球变化的研究涉及到地球科学 、宏观生物学 、 天体科学和遥感技术科学等众多的学科领域 , 具有 高度综合和交叉学科研究的特点 , 代表了当今世界 科学的发展趋势 , 吸引了全世界众多的科学团体和 科学家的积极参与 。 它的实施必将促进基础学科与 应用基础学科的相互渗透和横向联合 , 推动科学的 发展 。 为此 , 国际科学联合会理事会 (ICSU)于 1986 年组织了以全球变化研究为核心的国际地圈生物圈 计划 (IGBP)。 该计划共包括七个核心研究计划和 两个 技术 支 撑计 划 , 即 :国际 全 球大 气 化学 计 划 (IGAC), 全球海洋通量联合研究计划 (JGOFS), 过 去的全球变化计划 (PAGES), 全球变化与陆地生态 系统 (GCTE), 水循环的生物学方面 (BAHC), 海岸 带陆海相 互作用 (LOICZ), 全球 分析 、解释和 建模 (GAIM), 以及数据信息系统 (DIS)和全球变化的分 析 、研究和培训系统 (START)。 该计划的主要科学 目标是 :描述和了解控制整个地球系统关键的 、相互 作用的物理 、化学和生物学过程 ;描述和了解支持生 命的独特环境 ;描述和了解出现在地球系统中 , 由人 类活动诱发的重大全球变化和影响方式 。 其应用目 标是增强对未来几十年至百年重大全球变化的预测 能力 , 为国家一级和全球的资源管理与环境战略决 策服务 。
Keywords:globalenvironmentchange;remotesensingtechnology;landcover;disastercontrol
当前 , 人类面临着人口膨胀 、资源匮乏和环境恶 化三大危机 , 而其中环境恶化制约着人类的生存和 资源的可持续利用 。 影响全球环境的温室效应 、臭 氧层破坏 、森林锐减 、物种灭绝 、土地退化和淡水资 源短缺等一系列重大问题困扰着人类社会 。 面对全 球环境日益恶化的严峻现实 , 科学家必须在研究全 球变化现状的基础上 , 预测未来环境变化趋势 , 从而 为政府决策提供科学依据 [ 1] 。
不管技术如何先进 , 要求粮食产量增加必然导 致农作物种植面积的增加 , 这包括已种植的土地 , 以 及由森林和草地转化而来的耕地 。其结果将导致土 壤侵蚀加剧 , 水资源过度开采以及土地的退化 。 随 着人口的增长 , 技术和经济的发展 , 同样会导致人均 对资源消费的增加 , 这样必然会驱动和加速全球变 化的速度 。
Abstract:Globalenvironmentchangeisthetopresearchofearthscience.Remotesensingtechnology, whichhasquick, multiband, cyclicandlarge-areaobservationcapabilities, istheirreplaceablemethodinglobalenvironmentchangeresearch. Thispaperbrieflyintroducesthemaincontentonglobalenvironmentchangeresearchandexplainsthestatusandroleofremote sensingtoglobalenvironmentchange.Applicationsofremotesensingtoglobalenvironmentchangeincludelandcover, forestand pasture, oceanographicsurvey, disastercontrolandsoon.Theseresearcheslaythefoundationforin-depthapplicationsofremotesensingtoglobalenvironmentchangeresearch.
方向为地理信息系统及其应用 。
· 156·
机等 , 迫使人类从全 球角度 、不 同层面上去观 测地 球 , 研究地球各圈层 、各子系统间的物质 、能量循环 及相互作用机理 , 甚至还要研究地球与星际空间的 相互作用 , 这些促进了空间科学 , 特别是遥感技术的 长足发展 。遥感技术的发展 , 无论是其平台技术 , 还 是其传感器技术 , 都以地球观测作为主要目标 , 不断 提高了遥感平台光谱分辨率 、空间分辨率和时间分 辨率 。 例如 , 美国 、日本和欧空局等不惜投入巨资 , 纷纷出台新的地球观测系统 (EOS)计划 , 在航空 、航 天等空间领域展开了激烈的竞争 , 从 TIROS卫星到 NOAA, 从 LandsatMSS到 LandsatTM, 从 SPOT到新 一代 ADEOS以及 Radarsat等无不提高其空间和时 间分辨率 , 从更高 、更广 、更精确的角度获取全球或 大尺度地球资源 、环境动态数据 。中国地处东亚季 风区 , 水 、热和土 地等农业自然 条件的区域差 异显 著 , 为了掌握中国资源与环境国情 , 近 30年来开展 了遥感环境监测 、资源调查 , 不断积累了土地覆盖动
2 遥感技术在全球变化研究中的 应用
2.1 土地覆盖变化的遥感监测 早在 50年代 , 中国林业部门在大兴安岭和长白
山等地开展了森林覆盖率和森林资源估算的土地覆 盖单要素遥感调查 。 60年代 , 结合农业生产的布局 和农业资源调查 , 主要应用航空黑白像片 , 开展了土 地覆盖多要素的综合调查和解译 、制图工作 。 1962 年在海南岛曾用黑白航空像片进行了农业自然条件 的判读和解译 、制图 , 编制了系列专题图 ;1963年 , 结合应用黑白航空像片和陆地卫星多波段影像 , 对 中国亚热带 、热带山地的土地利用 、森林覆盖 、森林 资源进行调查 , 分析了热带季雨林林相 , 寻找在水 、 热条件变化背景下 , 亚热带经济作物种植的上限 。
各种土地利用类型和土壤特性 , 确定植被覆盖率 、不 同植被 (主要是森林和其它植被 )覆盖面积 , 划分植 被类型 , 确定森林 的郁闭度 、分层和高度等 数量指 标 , 综合分析区域生态环境条件 , 区分出森林群落优 势树种 [ 4] 。
进入 80年代 , 土地覆盖 /土地利用变化的动态 监测和研究成为现实 。中国全面开展了以再生资源 的遥感 调查 、土 地覆 盖 /土地 利用 现状 遥 感调 查 、 “三北 ”防护林遥感调查和水域变迁 、脆弱生态环境 遥感调查等资源与环境 、土地利用的遥感调查与研 究 。其中 , 在 1984年开始进行的西藏自治区土地开 发利用现状调查中 , 针对西藏自治区特有的高原地 理环境和土地开发利用程度 , 采用航天和航空遥感 技术相结合的方法 , 解决了航空航天遥感图像综合 分析等一系列技术难题 , 完成了西藏自治区县级土 地利用调查和地市 、自治区两级数据的汇总 、制图 、 建立数据库和分析研究工作 , 为开展全国范围土地 覆盖 /土地利用遥感调查积累了经验 , 奠定了基础 。 还进行了黄土高原土壤侵蚀遥感调查与研究和黄淮 海平原水域动态遥感调查 , 完成了遥感调查土壤侵 蚀不同强度区域 、分布 、侵蚀速率的研究和黄淮海平 原河 、湖 、海 、海岸线等水体历史变迁的复原研究 ;近 十几年在气候变化和人类活动影响下黄淮海平原湖 泊 (如白洋绽 )、河流水系变化动态及其机理 、原因 的研究 , 编制了系列图件 , 并在古河道变迁 、地下埋 藏古河道 、古湖泊 、古海岸线复原的遥感调查方法与 技术方面积累了经验 [ 5] 。除此之外 , 在松辽平原 、黄 淮海平原 、太湖平原 、江汉平原大面积农作物估产的 遥感研究中 , 应用气象卫星和陆地卫星数据计算出 地表植被指数和个别生物量 , 为土地覆盖变化的遥 感定量研究进行了试验和探索 , 取得了很好的效果 。
70年代的主要工作是利用气象卫星 和陆地卫 星影像 , 结合局地航空遥感数据 , 进行土地覆盖 /土 地利用调查 , 特别是全国范围森林覆盖调查和在腾 冲地区进行的航空遥感综合试验 , 解译和判读分类
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第 34卷第 1 期 2009 年 1 月
王海花等· 遥感技术在全球变化研究中的应用
Vol.34 No.1 Jan.2009
第 34卷第 1 期 2009 年 1 月
环境科学与管理 ENVIRONMENTALSCIENCEAND MANAGEMENT
文章编号 :1673 -1212(2009)01 -0156 -06
Vol.34 No.1 Jan.2009
遥感技术在全球变化研究中的应用
王海花 1 , 刘耀龙 1, 阎成赟2
地球环境变化的加剧 , 主要是由人口的快速增 长 , 社会对资源消费水平的增加 , 以及由于技术和社
会政府机构的变化所引起的 。 其与 “全球变化 ”有 关的四个方面大尺度环境问题包括土地利用 /土地 覆盖变化 , 生物多样性全球范围的减少 , 大气成分的 变化 , 特别是 CO2 浓度的增加和气候变化 。
从陆地生态系统研究的观点来看 , 未来 30年 ～ 40年间 , 土地利用 /土地覆盖将是全球变 化最重要 的因素 。 科学家预言在未来的 30年中 , 每十年将增 加十亿人口 。 人口增加最快的地区主要是世界上低 纬度的发展中国家 。为了满足人口急剧增长所需要 的食物 , 就要求增加作物的产量 , 一般来说 , 在这一 期间 , 每年需要增加 2%的产量 。 所以 , 人口增长是 其变化的主要压力 。
如何养活十几亿人口 , 这是中国需要首先考虑 的问题 。 人口多 、土地资源有限 、农业生产仍以传统 的生产方式为主 , 自然灾害频繁都是中国的基本国 情 。加强土地资源和水资源的监测和保护 , 加强自 然灾害 (如洪涝灾害 )的预 测 、监测和防御 , 加强在 全球环境不断变化的大背景下 , 对农业生态系统的 影响及其对策的研究 , 遥感技术将发挥不可替代的 作用[ 3] 。
第 34卷第 1 期 2009 年 1 月
王海花等· 遥感技术在全球变化研究中的应用
Vol.34 No.1 Jan.2009
态 、森林与草场动 态 、海洋动 态等方面的资 料和经 验 , 而且正在建设全球环境变化 、资源与环境的可持 续利用方面的国家和区域的模式或系统 [ 2] 。
1 全球变化研究概况
ApplicationofRemoteSensingTechnologytoGlobalEnvironmentChange
WangHaihua1 , LiuYaolong1 , YanChengyun2
(1.EastChinaNormalUniversityMinistryofEducationKeyLaboratoryofGeography-InformationScience, Shanghai200062, China; 2.NavyPress, Tianjin300450, China)
(1.华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室 , 上海 200062;2.海军出版社 , 天津 300450)
摘 要 :全球变化是当今地球科学研究的 热点 。具 有快速 、多波段 、周期性 、大面积覆盖等观测 能力的空间 遥感
技术 , 是全球环境变化研究中不可替代的重要手段 。本文对 全球变化研究的主要内容进行了简要回 顾 , 对 遥感
随着人类社会的发展 , 人类对地球环境的影响 已步入了全球环境的时代 。当前 , 人类正面临着一 系列重大而紧迫的全球环境问题 。如温室气体增加 与全球变暖 , 植被破坏与生物灭绝 , 土地退化 , 淡水 资源短缺等 。从科学的角度看 , 这些紧迫的全球环 境问题 , 涉及地球各部分的相互作用 , 涉及到发生在 地球系统中的物理过程 、生物过程和化学过程的相 互作用 , 涉及到人类赖以生存的地球的可居住性问 题 。认识并预测地球环境的变化 , 是当今科学家面 临的严重挑战 。 全球变化是当今地球科学研究的热 点和难题 , 已引起世界各国政府的高度重视和大力 支持。当前 , 已有一大批不同学科领域的科学家 (水文 、生态 、大气 、气候 、遥感等 )投 身于全球变化 或与之相关的研究 。 全球变化已成为地球系统科学 一个新的研究领域 。
技术在全球变化研究当中的地位和作用进行了论述 。 遥感技术在中国全球变化研究中的应用 主要体现在 土地
覆盖 、森林与草场 、海洋调查与灾害监测等方面 。 这些研究为遥感技术在全球环境变化研究中 的深入应用 奠定
了基础 。
关键词 :全球变化 ;遥感技术 ;土地覆盖 ;灾害监测
中图分类号 :X87
文献标识 码 :A