【中科院之声】“遥感”湿地



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发布时间: 2020-12-23

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我国的湿地类型多样,从东北林区的灌丛沼泽到南方海岸的红树林,从青藏高原的冰湖到东部沿海的滩涂和深度不超过6米的浅海水域,从自然形成的草本沼泽到人工修建的养殖塘和水稻田,都是湿地的重要类型。当前最广为接受的湿地定义是《国际湿地公约》的定义:湿地系指“无论是天然或人工、常久或暂时性的沼泽地、湿生草甸、泥炭地或水域地带,无论是静止或流动、是淡水、半咸水还是咸水的水体,包括低潮时水深不超过六米的浅海水域”。

典型湿地类型照片

湿地水源涵养能力是其它陆地生态系统的5~8倍,为全球40%的陆地生物和87%的水鸟提供生境或栖息地,贮存着全球34%的陆地表层土壤有机碳,湿地的生态系统服务功能甚至是大于森林,也因此有诸多美誉,如“地球之肾”、“鸟类的天堂”、“物种基因库”等;全球可持续发展离不开湿地,联合国2030年可持续发展目标(SDGs)中明确指出“保护与水相关的生态系统(SDG 6.1)”,在SDGs两百多个技术指标中,与湿地相关的指标有75个,足见湿地的重要性。

然而,在过去的几十年间,全球的湿地经历了大面积的损失。农业耕垦作为最主要的驱动因素使得我国大面积的湿地转变为农田,“棒打狍子瓢舀鱼”三江平原昔日景观已转变为提供粮食的千里良田,候鸟栖息的滨海滩涂湿地被建设为港口、滨海公路等等。我们国家还有多少湿地,那些不同类型的湿地,他们分布在哪里?这需要我们精准的将湿地放在图上,“遥远感知”,用遥感技术来开展湿地制图。

就像手机的照相功能不断更新一样,卫星上的传感器也在不断发展,用卫星遥感影像开展全国尺度上的湿地制图的能力也因此在不断提升。传统的低空间分辨率的卫星影像,如250米的MODIS,能够快速的实现大尺度的湿地制图,但是精度难以满足应用需求。而高空间分辨率的遥感影像很难保证在同一时相获取覆盖全国的足够的数据量,且数据处理的工作量十分巨大,耗时、耗力、耗财。中空间分辨率(如30 米)的卫星影像可以有效、快速的实现全国尺度的湿地制图,而且免费获取;但也需要考虑在这个分辨率下所能够区分的湿地类型。

不同类型湿地影像图

中科院东北地理所地理景观遥感研究团队充分考虑了这些因素,参照国际湿地公约的湿地定义,构建了适合于中国湿地特点的、面向中空间分辨率遥感影像的湿地分类系统,将中国湿地分为3个大类(内陆湿地、滨海湿地、人工湿地)14个二级类。并且通过覆盖全国范围的野外调查,并收集相关国家重大科研项目野外调查数据,构建了具备海量样点的湿地样本数据库。基于以上工作的基础上,研发了集成面向对象方法与多层次决策树的分类方法,并充分考虑了中国湿地类型分布的空间异质性设计了适用于不同地理区不同类型的遥感分类决策树,充分挖掘地面调查样本,实现了不同分类指标的阈值确定。并将该分类系统和方法应有于美国陆地资源卫星(Landsat)的最新传感器OLI影像数据,完成了2015年高精度中国国家尺度湿地分布信息提取(我们将此数据命名为CAS_Wetlands)。

相较于国家的调查数据和已有的湿地制图结果,该数据集的类型更丰富(14个二级类),时效性最强(2015年),精度更高(总体精度95%)。同时,可以依托Landsat这个当前全球可获取最长时间序列(上世纪70年末至今)、覆盖范围最大的卫星影像数据源,保证湿地数据集的一致性,追溯历史时期的湿地分布,进而得知中国的湿地损失数量和分布情况,更新未来湿地的分布情况,为湿地保护与管理提供科学支撑。

通过这个高精度的湿地制图,我们得知,2015年中国湿地面积为45.1万k㎡,其中70.5%的湿地分布在内陆(内陆湿地);在14个湿地二级类中内陆草本沼泽(通常说的沼泽地)面积最大,为15.2万k㎡。在大的地理分区、省域、不同降水梯度、不同高程梯度上的对比分析发现,中国湿地分布的空间异质性非常明显,主要分布在青藏高原和东北地区。

当前全球尺度的湿地分布数据库仅有世界自然基金会(WWF)所共享的全球湖泊和湿地数据库(Global Lakes and Wetlands Database,GLWD),仅提取了大型的湖泊和湿地斑块,分辨率较低,不足以支撑全球的湿地保护与管理,而其他全球尺度的遥感分类产品均未实现湿地的精细分类,且精度不足以应用于科学研究和生态系统管理。本研究提出的分类系统和方法能为全球其他国家和地区的湿地分类提供借鉴。

在当前建设美丽中国,践行山水林田湖草生态保护背景下,中国国家尺度的湿地高精度制图可支撑湿地生态系统的精细管理,因此对于国家生态文明建设具有重要的科学意义和应用价值。



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