地表不透水面比例遥感反演研究综述

城市化造成的城市扩张给社会和生态环境带来诸多问题,监测城市变化是解决这一系列问题的重要切入点。不透水面数据作为表征城市扩张的重要指标已成为城市化研究的热点。不透水面数据获取及其时间序列变化分析是现阶段研究的核心。相比于早期基于平面地图的不透水面提取,遥感因其能够连续、快速、大范围对地观测而被广泛应用于不透水面的研究。多源数据融合和多种反演方法的提出使不透水面的遥感反演取得不断进步,研究的重心也逐渐由不透水面分类制图转移到亚像元不透水面比例的定量反演。本文从单时相和时间序列2个角度对不透水面比例遥感反演方法进行总结,详细分析了各种方法的优势和不足,并简述和对比了常用精度验证方法;最后总结了现阶段不透水面比例遥感反演方法中存在的问题并提出了解决思路,展望了未来的发展方向。

1990—2017年间杭州市不透水面比例遥感监测

不透水面比例是区域城镇化程度和生态环境变化的重要指示因子,分析不透水面比例时空格局分布可以揭示城市现在和未来的发展潜力,为城市环境保护和绿色可持续发展提供参考依据。以杭州市市辖区作为研究区,选取一期Sentinel-2B影像提取不透水面比例作为参考数据,基于4期Landsat影像利用随机森林算法反演获取1990—2017年间30 m空间分辨率杭州市不透水面比例数据集,精度验证结果表明,估算结果的平均绝对误差(mean absolute error,MAE)为6.3%~6.7%,均方根误差(root mean square error,RMSE)为13.4%~14.3%,表明反演模型具有较好的精度,能够准确反映不透水面的空间分布。结合不透水面加权中心、标准差椭圆和景观格局指数分析杭州市不透水面时空格局分布。结果表明:1990—2017年间,杭州市整体的不透水面比例呈增长趋势,2010—2017年间,年均不透水面比例增长最高,主要集中在余杭区和萧山区;由于杭州市发展的不平衡,在1990—2017年间,不透水面加权中心先后向北偏东—南—北方向移动;杭州市不透水面发展以西北—东南方向为主,聚集趋势较为稳定;景观格局变化显示各等级的不透水面景观均呈增长趋势且各等级不透水面景观分布渐趋均衡;自然地表、中密度和极高密度不透水面景观的团聚程度持续降低,破碎度越来越高,聚集度最高的是自然地表,且在研究时段内聚集度呈下降趋势。

加尔各答市地表温度与不透水面比例季相相关性研究

城市化的显著特征是自然地表不断被热容量大的不透水面取代,进而造成城市热岛效应和严重的城市生态问题。孟中印缅经济走廊是古代南方丝绸之路的重要路段和"一带一路"建设的重要战略通道,加尔各答市是孟中印缅经济走廊印度境内的重要节点城市,战略地位重要,对其城市化进程及与地表温度相关性研究对孟中印缅经济走廊印度段建设具有重要的借鉴意义。传统地表温度与不透水面的相关性研究主要以年为时间尺度,较少关注城市不同季相地表温度与不透水面的相关性及其差异。以热带季风气候的季相区分为依据,基于旱季、雨季和凉季3个季相的Landsat 8影像反演了加尔各答市地表温度和不透水面比例,定量研究两者的关系,探讨了地表温度与不透水面比例的季相相关性。结果表明:(1)研究区内,低温和高温空间分布相对比较集中,高温区域集中在建成区,而低温主要分布在茂密植被覆盖区和水体区域;(2)加尔各答市从旱季到雨季再到凉季热岛效应程度总体呈下降趋势,旱季时城市热岛效应最强,凉季时城市热岛效应最弱;(3)每个季相,地表温度与不透水面比例都呈正相关,地表温度随着不透水面比例增加均呈现先快速上升,后缓慢增加,最后急剧增加的趋势,其中旱季时地表温度增长最快,雨季时地表温度增长次之,凉季时地表温度增长最慢。加尔各答市热环境研究将对孟中印缅经济走廊印度段城市热环境背景及生态效应认知等方面产生积极意义。

1979-2020年深圳市不透水面信息提取及其时空格局变化分析

[目的]分析不透水地表比的时空分布,探究城市的发展潜力,为城市水土保持等规划与后续发展提供参考意见。[方法]以深圳市作为研究区,选取1979—2020年9期共18景Landsat 3/5/7/8影像为主要数据源影像提取不透水面比例作为参考数据,结合不透水面平均中心、标准差椭圆和景观格局指数分析深圳市不透水面时空格局分布。[结果](1)1979—2020年深圳市整体不透水面比例呈增长趋势,1990—2010年增长速率和增长强度最高,后逐渐变缓;(2)由于深圳市发展的不平衡,1979—2000年,发展重心持续向着东北方向移动,随后2000—2010年,重心向西北方向迁移,2010年后,重心在东西方向上有所移动。总的来看,深圳市的发展方向主要为东—西;(3)景观格局变化显示各等级不透水面景观分布渐趋均衡,分布趋势从破碎到聚集度越来越高,连接性在逐渐增强。[结论]不透水面增长的不同阶段具有不同的时空分布规律,不同密度不透水面分别有各自的变化特点,降低高密度不透水面的聚集程度对城市未来发展具有积极影响。