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地学系研究揭示改革开放40年中国建成区变化

2019-05-06

20194月,清华大学地球系统科学系宫鹏教授研究组在期刊《Science Bulletin》上发表题为“40-year (1978-2017) human settlement changes in China reflected by impervious surfaces from satellite remote sensing”(基于遥感反演的不透水面反映中国40年(1978-2017)建成区变化)的论文。

1978年改革开放以来,中国经历了快速的经济发展和城镇化过程。地表覆盖类型也发生了很大变化。随着社会经济的发展,大规模的城镇化带来了诸多问题与挑战。为实现城市可持续发展,国家尺度建成区长时间序列监测数据对社会经济发展和自然环境保护研究十分重要。区域城市规划与管理、大气和水污染、气候变化以及生物多样性等方面的研究也需要更高空间分辨率和时间频率的建成区数据产品。然而,目前尚缺少较高分辨率长时间序列的中国建成区制图产品。

宫鹏教授研究组基于Landsat遥感影像完成了40年时间跨度的1978年、1985-2017逐年的中国建成区制图产品。该研究将中国区域划分为298个格网,每个格网面积为200km×200km,将选取的2391个训练样本应用于Landsat系列卫星影像,在Google Earth Engine云计算平台利用前期开发并已发表的“Exclusion-Inclusion”分类方法实现了建成区快速自动制图,经时间一致性检验后最终得到1978年、1985-2017逐年中国40年建成区长时间序列产品,填补了较高分辨率时空一致的建成区动态监测产品这一空白。

1  1978-2017年中国建成区制图方法流程图

  2  1978-2017年北京、上海、深圳建成区制图结果

该研究基于Landsat遥感影像、Google Earth高分辨率影像以及长时序NDVI植被指数,对1985199019952000200520102015不同年份的结果进行了精度检验,总体精度超过90%。另外,该数据集能够同时反映城市和周边农村居民点的时空特征。

根据该研究的结果统计,2017年中国城市建成区面积为146,102 km2,城市与农村建成区总面积为209,950km2,且城市扩张面积排名前五的省份依次是山东、江苏、广东、河北和河南。

3 各省份城市建成区面积及城市与农村建成区面积变化趋势

随着城镇化进程的加快,预计未来中国建成区扩张趋势将持续到2030年。为了实现联合国可持续发展目标,对其进行持续监测至关重要。该产品可为城市规划与管理,美丽乡村建设与发展提供数据支持,也可应用到气候变化、环境保护以及能源节约等相关领域研究。此外,该研究方法为下一步扩展到全球尺度建成区制图奠定了良好的基础。

该产品目前已正式面向全球公开,可以通过http://data.ess.tsinghua.edu.cn进行免费下载。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.04.024