地表覆盖遥感数据分类影响水文过程

2　地表覆盖数据的差异与变化特征

2．1　数据来源

本书收集了不同分辨率的江苏省地表覆盖遥感分类数据，来源如下：10 m和30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据是中科院南京地理与湖泊研究所提供的，采用的是江苏省空间占位分类体系，将土地空间占用采用一级、二级和三级等三个层次的分类体系，共分4个一级类，14个二级类。100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据来源于全国土地利用数据库共享资源，是以陆地卫星TM或ETM＋、CBERS等数据为主要信息源建设完成的；分类体系包括6个一级类型、25个二级类型和8个三级类型。300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据来源于GlobCover全球陆地覆盖数据共享资源，数据的原始数据来自Envisat卫星，由MERIS（The Medium Resolution Imaging Spectrometer）传感器拍摄完成，采用“美国食品和农业组织的地表覆盖分类系统”作为图例生成标准。其中苏北片区研究区和秦淮河流域研究区的地表覆盖遥感分类数据都是取自于江苏省数据。太湖流域30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据来自研究团队前期课题数据获取，共选取1991年、2001年以及2006年三个时段具有代表性遥感影像22景，其中Landsat影像14景［217］。太湖流域其他分辨率地表覆盖遥感分类数据江苏省部分数据也来自于江苏省地表覆盖遥感分类数据。以上数据主要来源于共享资源和团队的分享，数据可靠，为本书提供了地表覆盖遥感分类数据支撑。

2．2　遥感影像分辨率引起的地表覆盖遥感分类数据差异

2．2．1　苏北片区的地表覆盖遥感分类数据概况

《江苏省水资源调查评价》里面各水利分区的水资源评估采用的是传统水资源评估方法。为了和传统水资源估算方法有较好的可比性，本书苏北片区下垫面分类采用与《江苏省水资源调查评价》相同的四类分类体系，分别为城镇用地、水面、水田和旱地林地（后面简称旱地）。收集到2007年10 m分辨率与300 m分辨率遥感影像数据，2005年30 m和2008年100 m分辨率的遥感影像数据进行分辨率对比研究。

1）不同分辨率的下垫面数据

10 m分辨率地表覆盖遥感分类数据见表2-1；30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据见表2-2和图2-1；100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据见表2-3和图2-2；300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据见表2-4和图2-3。

图2-1　2005年30 m分辨率苏北土地利用图（彩图见书末）
图片来源：自绘

图2-2　2008年100 m分辨率苏北土地利用图（彩图见书末）
图片来源：自绘

图2-3　2007年300 m分辨率地表覆盖数据图（彩图见书末）
图片来源：自绘

表2-1　水资源分区10 m分辨率地表覆盖遥感分类数据统计表　单位：km2

资料来源：自制

表2-2　水资源分区30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据统计表　单位：km2

资料来源：自制

表2-3　水资源分区100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据统计表　单位：km2

资料来源：自制

表2-4　水资源分区300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据统计表　单位：km2

资料来源：自制

2）不同分辨率下垫面变化情况

根据地表覆盖遥感分类数据可知，分辨率的高低显著影响土地利用数据的提取。由于资料的限制，选取相近年份的数据进行不同分辨率引起的地表覆盖遥感分类数据变化对比。取四种分辨率的下垫面数据的平均值为参考值，采用距平法将不同分辨率提取的下垫面数据与平均值比较。根据各分辨率地表覆盖数据与平均值的差值分析分辨率对地表覆盖遥感分类数据的影响。不同分辨率地表覆盖数据减去平均值的数值如表2-5～表2-8，图2-4～图2-7所示。

根据不同分辨率统计出的下垫面主要变化是随着分辨率降低，水田增加和旱地减少，以及少量的城镇和水面变化。10 m与300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据具有显著的距平特征：随着分辨率下降，大量水田面积增加，旱地面积减少。30 m和100 m分辨率，因为时间上有差异，没有同一年对比结果的差异显著，但是仍表明时间上城镇面积显著增加的趋势。

表2-5　10 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平值统计表　单位：km2

资料来源：自制

表2-6　30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平值统计表　单位：km2

资料来源：自制

表2-7　100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平值统计表　单位：km2

资料来源：自制

图2-4　10 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平概况柱状图
图片来源：自绘

图2-5　30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平概况柱状图
图片来源：自绘

图2-6　100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平概况柱状图
图片来源：自绘

表2-8　300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平值统计表　单位：km2

资料来源：自制

根据同一年不同分辨率遥感影像获取的地表覆盖数据对比可知，随着分辨率的降低，统计出的下垫面主要变化是水田的增加和旱地的减少，以及少量的城镇和水面变化，如表2-9、图2-8所示。

图2-7　300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据距平概况柱状图
图片来源：自绘

图2-8　不同分辨率地表覆盖遥感分类数据变化柱状图＊
＊图2-8中所示的下垫面变化是指同一年10 m分辨率与300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据之差。图片来源：自绘

表2-9　不同分辨率地表覆盖遥感分类数据统计表＊　单位：km2

＊表2-9所示的下垫面变化是指同一年10 m分辨率与300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据之差。资料来源：自制

2．2．2　秦淮河流域地表覆盖遥感分类数据概况

秦淮河流域地表覆盖遥感分类数据土地利用分类类别对地表径流模拟影响研究中，校正期和验证期分别采用的是1979年和1988年地表覆盖遥感分类数据，对比模拟研究时采用的是2005年30 m分辨率遥感影像和2008年100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据。基于30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据进行了分4类、5类和12类的对比性研究，具体分类类别下分类结果如表2-10～表2-12，图2-9所示；基于100 m分辨率地表覆盖遥感分类数据进行了分5类和12类的对比性研究，具体分类类别下分类结果如表2-13、表2-14、图2-10所示。

图2-9　不同分类体系地表覆盖遥感分类数据分类图（30 m分辨率）（彩图见书末）图片来源：自绘(https://www.xing528.com)

图2-10　不同分类体系地表覆盖遥感分类数据分类图（100 m分辨率）（彩图见书末）
图片来源：自绘

表2-10　30 m分辨率秦淮河流域4类分类地表覆盖遥感分类数据

资料来源：自制

表2-11　30 m分辨率秦淮河流域5类分类地表覆盖遥感分类数据

资料来源：自制

表2-12　30 m分辨率秦淮河流域12类分类地表覆盖遥感分类数据

资料来源：自制

表2-13　100 m分辨率秦淮河流域5类分类地表覆盖遥感分类数据

资料来源：自制

表2-14　100 m分辨率秦淮河流域12类分类地表覆盖遥感分类数据

资料来源：自制

2．2．3　太湖流域地表覆盖遥感分类数据概况

1）地表覆盖遥感分类数据

太湖下垫面按地形分为平原和山丘区，在平原和山丘区中又可按土地属性分为城镇建设用地、水域、农业用地，农业用地中包括水田与旱地。山丘区各水利分区建设用地、水域、水田、旱地面积百分比统计见表2-15，平原各水利分区建设用地、水域、水田、旱地面积百分比统计见表2-16。

表2-15　太湖流域山丘区各水利分区下垫面信息

资料来源：自制

本次研究，搜集统计与处理了多年不同分辨率的地表覆盖遥感分类数据，包括1990年与2000年调查统计数据；1990年和2000年30 m分辨率、2006年30 m与300 m分辨率、2007年10 m与300 m分辨率以及2008年100 m分辨率等地表覆盖遥感分类数据。鉴于数据繁多，在正文展示一年的数据，其他数据见附录。其他地表覆盖遥感分类数据示意图见附图2所示。

表2-16　太湖流域平原各计算分区1990年30 m分辨率圩内圩外比值

资料来源：自制

图2-11　太湖流域1991年＊30 m分辨率地表覆盖遥感分类图（彩图见书末）
图片来源：自绘

图2-12　太湖流域2001年＊30 m分辨率地表覆盖遥感分类图（彩图见书末）
图片来源：自绘
＊缺1990年和2000年资料，现绘图取相近1991年和2001年替代。

2）地表覆盖变化

1990年调查统计与30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据变化如表2-17所示。2000年调查统计与30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据变化如表2-18所示。2006年30 m与300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据变化如表2-19所示。2007年10 m与300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据变化如表2-20所示。

主要变化：1990年调查统计与30 m分辨率地表覆盖遥感分类数据的主要差异是地表覆盖遥感分类数据的水田面积减少伴随着城镇、旱地的大量增加以及水面的小额增加。2000年的总体情况与1990年相似，水田面积的减少，相应的其他三类下垫面不同程度的增加，旱地增加面积占总额的一半，城镇和水面增加程度相当。2006年30 m分辨率和300 m分辨率地表覆盖遥感分类数据主要变化是水田和旱地的减少，伴随着城镇大量增加和水域面积的增加。2007年10 m分辨率和300 m分辨率的地表覆盖遥感分类数据主要变化是水田大量减少和旱地的减少，伴随着城镇大量增加和水域面积的增加。

表2-17　1990年调查统计面积与30 m分辨率下垫面面积差值　单位：km2

资料来源：自制

表2-18　2000年调查统计面积与30 m分辨率下垫面面积差值　单位：km2

资料来源：自制

表2-19　2006年30 m与300 m分辨率下垫面面积差值　单位：km2

续表2-19

资料来源：自制

表2-20　2007年10 m与300 m分辨率下垫面面积差值　单位：km2

资料来源：自制

2．3　不同时期地表覆盖变化特征

基于1990年、2000年以及2008年的地表覆盖遥感分类数据，进行了两个时段的下垫面变化分析，结果见表2-21和表2-22。由结果可知，两个时段的下垫面变化趋势一致。从1990年到2000年的下垫面变化幅度较大，体现了城市化导致的地表覆盖变化。主要表现是城镇面积大量增加伴随着水田面积的大量减少，旱林地面积增加而水面面积减少。2000—2008年的下垫面变化趋势与前一时段趋势一致，城镇面积大量增加伴随着水田面积的大量减少，旱林地面积增加而水面面积减少。相比较而言，2000年到2008年区间，少数几个水利分区城镇面积增加更显著，有2个水利分区变化面积占分区总面积25%以上。

表2-21　2000年与1990年地表覆盖遥感分类数据面积差值　单位：km2

资料来源：自制

表2-22　2008年与2000年地表覆盖遥感分类数据面积差值　单位：km2

资料来源：自制

2．4　本章小结

随着分辨率降低，地表覆盖遥感分类数据的变化主要集中于水田和旱地的面积变化。主要表现是水田的大量增加伴随着旱地的减少，以及水田面积与水面和城镇用地面积不同程度的转化。随着时间的推移，下垫面主要的变化是城镇面积大量增加伴随着水田面积的大量减少，旱林地面积增加而水面面积减少。城镇用地的增加反映了城市化进程对下垫面的影响。