第34卷第1期2009年1月环境科学与管理ENV I RONMENTAL SCI ENCE AND MANAG E MENT Vol 34N o 1J an .2009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,研究方向为地理信息系统及其应用。
文章编号:1673-1212(2009)01-0156-06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(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:X 87文献标识码:AA pplicati on of R e m ote Sensi ng T echno l ogy to G l oba l Env iron m ent ChangeW ang H a i h ua 1,L iu Y ao l o ng 1,Y an Chengyun2(1.East Ch i naNor m al Uni versit yM i n i str y of Educ atio n Ke y Laborator y of Ge ogra phy-I nfor matio n Sci ence ,Shanghai 200062,Ch i na ;2.Navy Press ,T i an jin 300450,Ch i na)A bstract :G lobal envir onm ent change is t he top resear ch of earth scie n c e .Re m ote sensi ng technology ,w h ic h has qu i ck ,m u lti band ,cyclic and large-area observati on ca pab ilities ,i s t he irre p laceable m ethod i n glo bal e nviron m ent cha nge r esearch .Th is paper bri efl y i ntr oduces them ai n content on gl obal envir onm e n t c hange resear ch a nd exp lai ns the status a nd r ole of re m ote sensi ng to gl obal e nviron m ent change .App licati ons of r e m ote sensi ng t o g l obal envir onm ent cha nge i nclude la nd cover ,forest and pasture ,oceanograph ic survey ,d isaster con tr ol a nd so on .These researc hes lay the fo undati on for i n-dep t h a pp licati ons of re m ote se ns i ng to glo bal envir onm e n t change researc h .K ey words :global envir onm ent change ;re m ote sensi ng technology ;la nd cover ;d isaster con tr ol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]。
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危机等,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T I R OS 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156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。
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(I CSU)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(I G BP)。
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(I G AC),全球海洋通量联合研究计划(J GOFS),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(BAH C),海岸带陆海相互作用(LO I CZ),全球分析、解释和建模(GA I M),以及数据信息系统(D I S)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。
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。
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。
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]。
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。
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157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。