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    “全球生态环境遥感监测年度报告”回顾:2012—2021

    时间:2023-02-23 09:00:05 来源:千叶帆 本文已影响

    刘一良,张景,王丝丝,苗晨,李晗,宋婉娟,张松梅

    1.国家遥感中心,北京 100036;

    2.中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094

    持续开展生态环境遥感监测对于评估全球范围内的生态系统可持续性和人类生存环境状况具有重要的科学意义(IGBP,1999;
    UN,2015)。全球经济和科技的迅猛发展在为人类社会创造了巨大财富的同时,也加速了人类对地球资源的掠夺性消耗和对共有环境的肆意破坏,导致全球生态环境问题日益突出。全球变化、生态退化、环境污染、资源短缺和灾害频发等重大生态环境问题,不仅影响全球经济社会的稳定和可持续发展,而且威胁到人类的生存基础和生命健康。因此,及时监测和认识全球生态系统变化以及人类活动对生存环境的影响,对于全球生态环境治理、气候变化应对和经济社会可持续发展至关重要。

    应用遥感手段开展生态环境变化监测和分析研究受到国际社会高度关注,为各国和国际组织针对可持续发展、气候变化、防灾减灾、韧性城市等重要议题开展方法和实践研究提供了可行方案(Chu和Larlee,2021)。随着遥感技术的不断发展,全球化、智能化、实时化、长周期和大尺度的遥感信息产品研制已成为研究前沿和重要发展趋势(徐冠华,2019;
    廖小罕,2021)。遥感云计算平台和大数据技术的出现为全球生态环境遥感监测提供了前所未有的机遇,谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)等遥感云计算平台已得到广泛应用(Gorelick等,2017),中国科学院先导专项“地球大数据科学工程”的地球大数据分析系统(Liu等,2020)和航天宏图的遥感计算云服务平台(PIE-Engine)等一批国产遥感云计算平台亦取得了重要进展并得到越来越多的关注和应用。这些研究成果和技术进步极大地推动了全球生态环境研究的不断拓展和深入。然而,当前在围绕全球生态环境遥感监测的方法与认知方面仍然存在瓶颈。一方面,生态环境各类要素监测仍缺乏全球尺度实时的精细化数据支撑和更先进的技术手段;
    另一方面,全球尺度人类生存环境状况方面的科学认知尚需不断提升。

    为应对气候变化、资源短缺、灾害频发等一系列挑战,地球观测组织(Group on Earth Observations,GEO)于2015年通过了《地球观测组织十年战略执行规划(2016—2025年)》,中国也提出了《中国面向全球的综合地球观测系统十年执行计划(2016—2025年)》。同时,中国已进入高质量发展阶段,在推进生态文明建设、参与全球环境治理、构建人类命运共同体和地球生命共同体等方面有迫切的科学需求。2012年,中华人民共和国科学技术部国家遥感中心(GEO中国秘书处)在国内率先开展了“全球生态环境遥感监测年度报告”(简称年度报告)工作。每年由科技部组织新闻发布会发布年度报告,并在GEO会议周期间面向全球公开发布和共享报告英文版本和数据集,为各国和国际组织生态环境政策制定提供信息支撑,为科研人员和相关机构开展生态环境问题研究提供科学数据共享服务,为公众了解生态环境问题及遥感监测进展提供科普知识。十年来,围绕全球生态环境典型要素、热点问题和重点区域3大主题,拓展了11个专题系列,共发布了29个专题报告(表1)并共享了100余个遥感数据集产品。年度报告的成功发布标志着在全球生态环境遥感监测领域第一次向世界发出了中国声音,对保护全球生态环境、推进全球可持续发展具有重要意义(牛铮等,2018)。

    表1 2012年—2021年全球生态环境遥感监测年度报告Table 1 GEOARC reports in 2012-2021

    本文系统阐述和总结了年度报告工作的主要内容、亮点成果及其共享使用情况。首先,系统回顾了全球生态环境遥感监测的方法创新和高精度数据产品的研制。然后,总结了对全球生态环境状况和影响人类生存环境的热点问题的刻画与认识。在全球生态环境重点区域方面,梳理了在“一带一路”、南极、非洲、东盟等区域所开展的精细化监测和科学评估结果。最后,明晰了年度报告的工作组织机制和编制流程、发布的主题内容和数据共享使用情况等,旨在为相关部门科学研究和决策制定提供重要的信息参考。

    连续十年开展的年度报告工作通过发展一批具有自主知识产权的算法、模型和数据产品(http://www.chinageoss.cn/[2022-07-07]),加深了对全球陆地植被、水体和城市下垫面环境变化以及人类活动对多尺度生态环境影响的认识,同时引领了全球遥感技术的蓬勃发展,总体表现为:(1)不局限于中国,发展的算法、模型和数据产品均具有全球尺度的可用性;
    (2)注重与遥感大数据和云计算的融合,精度和效率均得到了显著提高;
    (3)单一的监测指标与地理和生态现象相融合,使专题报告具有对全球变化的解释能力;
    (4)发掘了国产卫星遥感数据的应用深度和广度,弥补了国际遥感卫星在生态环境评估及其相关研究中的局限性。

    2.1 全球生态环境典型要素遥感监测

    2.1.1 全球陆地植被遥感监测

    叶面积指数(LAI)是反应植被生长状况的重要指标。2012年和2013年发布的“陆地植被生长状况”专题报告中,通过结合多源数据集和广义神经网络模型(GRNNs),发展了具有自主知识产权的全球陆表特征参量数据(GLASS)生产系统及其生产的GLASS LAI全球数据集。与国际现有LAI数据相比,GLASS LAI全球数据更符合地表真实情况、全球覆盖完整、时间序列连续且时间尺度更长,其增强了对全球植被生长及其生态功能的认识,并为多个相关专题研究打下了坚实的方法和数据基础。

    2021年发布的“全球陆域生态系统和可持续发展态势”专题报告中,通过搭建多源协同定量遥感产品生产系统(MuSyQ),生产了2010年—2020年的多种植被结构和生态参数数据。与国际现有数据相比,由MuSyQ生产的MuSyQ-LAI、归一化植被指数(MuSyQ-NDVI)、植被覆盖度(MuSyQ-FVC)和净初级生产力(MuSyQ-NPP)产品的精度和时空分辨率更高,在陆地、山地和自然保护地三个维度上加深了对陆地植被生长状况及其变化的认识。

    2.1.2 全球陆表水域遥感监测

    陆表水域的分布及其变化深刻地影响着全球生态、经济和人类福祉。2012年发布的“陆表水域面积分布状况”专题报告中,首次结合国产和国际遥感数据生成了2010年全球30 m分辨率陆表水域分布数据。2013年发布的“大型陆表水域面积时空分布”专题报告进一步加强了对风云气象卫星、中巴资源卫星、环境减灾卫星等国产卫星数据的应用,通过选取不同的水体指数和阈值,将线性水体指数(AWEI)与比值水体指数(MNDWI)相结合,自动化提取了全球面积大于25 km2的陆表水域分布情况。2012年和2013年的两个专题报告在多个尺度上量化了陆表水域的空间分布特征以及各国陆表水资源的分布差异,并通过光谱分类和时间序列滤波处理技术等,实现了500 m分辨率的典型湖泊时间序列密集观测,为全球水循环研究和水资源管理提供了重要的参考资料和研究案例。

    2021年发布的“全球典型湖泊生态环境状况”专题报告进一步搭建了多指标的评估模式,在面积、水位、水量、富营养化等多个方面评估了2000年—2020年全球500 km2以上自然湖泊的变化及藻华发生机制,为全球水资源利用和管理提供了科学的参考依据。

    2.1.3 全球气候变化遥感监测

    大气二氧化碳(CO2)浓度升高是全球变暖的重要原因之一,2018年发布的“全球碳源汇时空分布状况”专题报告剖析了全球CO2变化及多尺度碳源汇的变化情况,这是中国履行气候变化公约的具体行动。该报告基于中国的全球大气CO2监测科学实验卫星(TanSat)和国外碳卫星数据,并结合地面观测和统计数据,通过多层嵌套区域大气传输模型、陆地生态系统碳循环模型和数据同化技术,形成了全球日光诱导叶绿素荧光(SIF)产品等数据集,揭示了全球及重点区域的碳源汇时空变化及其驱动机制,为制定气候变化应对策略起到重要支撑作用。

    2.2 全球生态环境热点问题遥感监测分析

    2.2.1 全球城市扩展与土地覆盖变化遥感监测分析

    人类的生产生活主要聚集在城市和居住地,并通过改变局部地表覆盖的组成和结构影响着区域生态环境的变化。2013年发布的“城乡建设用地分布状况”专题报告应用全球首套30米分辨率全球地表覆盖数据集(GlobalLand30),全面分析了2000年—2010年全球城乡建设用地的分布、变化及其地域差异。GlobalLand30由具有自主知识产权的POK(Pixel-Object-Knowledge)分类算法发展而来,兼顾像元尺度和对象尺度的算法优势,并充分发挥了遥感专家的专业知识价值,具有较强的分类精度和斑块空间异质性,在时空分辨率方面达到国际领先水平,是认知人类活动及其对生态环境影响的重要参考资料。

    2014年发布的“非洲土地覆盖”专题报告中,多国遥感专家合作完成了非洲土地覆盖制图工作。该数据通过结合多季节影像和随机森林算法生成,总体精度达到86%,是当时现势性最强的30米空间分辨率非洲土地覆盖数据。

    2020年发布的“全球城市扩展与土地覆盖变化”专题报告通过生产30 m分辨率全球城市土地利用/覆盖变化(GULUC-30)数据集,拓展了城市扩展监测评估的时间尺度和内容。GULUC-30依托遥感大数据和云计算的优势,研制了2000年、2010年和2020年30米空间分辨率的全球不透水面、绿地空间和城市水体数据,为了解全球城市演变过程及相关决策规划制定提供了精细的数据参考和决策支持。

    2.2.2 全球粮食生产与安全形势遥感监测分析

    及时客观地发布全球农情信息是精准把握全球粮食生产和供应情况、维护粮油贸易公平的重要支撑。“全球大宗粮油作物生产与粮食安全形势”是自2013年以来持续发布的专题系列报告,主要依托全球农情遥感监测系统(CropWatch)的发展而完成(吴炳方等,2016)。CropWatch基于NDVI、LAI、耕地种植比例(CALF)和复种指数(CI)等多种遥感指数,面向全球定期发布四种大宗粮油作物(玉米、小麦、水稻和大豆)的生长环境、生长状况和供应形势,已成为全球3大农情遥感监测系统之一、GEO/GEOSS全球农业监测的核心系统之一。自2013年以来,CropWatch面向不同需求建设和发展了全球农情遥感信息计算(CropWatch Pro)、在线浏览(CropWatch Explorer)、在线分析(CropWatch Analysis)和在线发布(CropWatch Bulletin)4大模块,组成了参与式全球农业遥感监测云平台(CropWatch-Cloud),实现了全球农情监测模型处理云端化、数据信息透明化、分析过程参与化以及成果公开化的链式无缝集成。此外,配套发展的便携式农情采集系统(GVG)大幅提高了全球农作物种植结构信息的获取效率,为全球农情监测提供了地面观测的大数据支撑。

    2.2.3 全球土地退化状况遥感监测分析

    及时全面地评估土地退化状况对于合理利用土地资源和保护生态环境具有重要意义。2019年发布的“全球土地退化态势”专题报告中,通过结合NPP、湿润指数(MI)、NPP气候响应速率(MNPP)和地表覆盖数据,采用非参数统计检验方法(Sen+MK),明确了2000—2018年土地退化的发生范围并分析评估了其变化态势,为全球土地退化零增长的实现和应对提供了参考依据。

    2.2.4 全球自然灾害遥感监测分析

    2017年发布的“全球典型重大灾害对植被的影响”和2019年发布的“全球重大自然灾害及影响”专题报告,通过融合标准化降水蒸散发指数(SPEI)、NDVI、归一化水体指数(NDWI)、差分归一化燃烧比指数(dNBR)、夜间灯光指数等多种遥感产品,发展了干旱、洪水、林火、地震和热带气旋等灾害影响及灾后恢复程度的评估方法,系统评估了30年内典型灾害的分布特征和发生频率,并阐述了自然和人为因素对灾后植被恢复的影响,为全球自然灾害防治和生态环境管理提供了重要依据。

    2.3 全球生态环境重点区域遥感监测评估

    湿地不仅是地球表层最富生物多样性的生态系统之一,也是典型的生态环境脆弱区。2014年发布的“大型国际重要湿地”专题报告中,利用中等分辨率成像光谱仪(MODIS)植被指数数据,对2001年和2013年全球100处大型湿地进行监测及对比分析。同时,以高分辨率遥感影像及其他地理数据作为辅助数据,将滤波、主成分变换、监督分类和非监督分类等多种技术方法相结合,对湿地的生态环境状况及其变化进行独立客观的评价,生产了国际上首次利用遥感技术在全球范围内对大型国际重要湿地进行监测的数据产品。

    2015年、2017年和2018年针对“一带一路”区域先后发布了三期生态环境状况专题报告,国产卫星数据应用程度不断加强。该系列报告利用了高分、资源和风云等国产卫星数据以及国外卫星数据,针对“一带一路”沿线国家和区域的陆地生态系统结构、海岸带生态环境、国家公园的生态环境、资源利用状况,以及重点道路可达性、港口和节点城市的生态环境状况等方面,结合多个专题报告已建立的算法和模型,形成了全面的评估模式和数据产品。

    2020年发布的“南极冰盖变化”专题报告利用微波散射计、微波辐射计以及区域气候模式数据,通过阈值法生成了空间分辨率为4.45 km的逐日南极冰盖表面冻融产品;
    利用光学和75 m分辨率SAR卫星数据,基于冰流速模拟冰架前缘扩张并结合单张崩解后影像快速准确判断崩解区,获取南极冰架崩解信息。此外,该报告通过分析地物光谱特征,采用面向对象法基于高分辨率航拍影像提取企鹅阴影像元,估算了企鹅种群数量,揭示了企鹅栖息地变迁的原因。

    3.1 全球生态环境典型要素

    3.1.1 全球陆地生态系统植被状况

    植被是陆地生态系统的主体,具有固碳释氧、调节气候、涵养水源、防风固沙等功能,在维护生态安全、保护生态环境方面具有不可替代的作用。2012年和2013年连续两年发布了“陆地植被生长状况”专题报告(Liang等,2013)。2012年的“陆地植被生长状况”专题报告分析了全球陆地植被时空分布格局及其对气候变化与灾害事件的响应,揭示了1982—2012年全球植被生长总体呈现“湿升干降”的时空演变规律,其生长变化对全球气候变化的响应特征明显。

    2019年发布的“全球森林覆盖状况及变化”专题报告监测了2000—2018年全球森林覆盖及生产力状况,并对全球林火空间分布特征、变化趋势及其对森林生产力的影响进行了分析(Li等,2021;
    Quan等,2018)。报告显示,21世纪以来,全球森林覆盖面积略有下降,森林面积减少的问题在欠发达国家相对集中。

    2021年发布的“全球陆域生态系统可持续发展态势”专题报告面向联合国2030年可持续发展目标(SDG)中的SDG15“陆地生物”,对2010年—2020年全球陆地生态系统格局、自然植被生长状况、典型区域陆地生态系统变化态势进行了分析与评估,报告显示,目前全球森林面积仍然持续减少,森林覆盖率略有下降,森林管理成效的区域性差异显著,各国需加强协作来解决这一问题。

    2021年同期发布的“欧亚大陆草原生态状况”专题报告以斯太普草原为主要研究对象,揭示了2000年—2020年欧亚大陆草原生态环境及“草畜平衡”状况。报告显示,2000年—2020年欧亚大陆草原整体变好变绿(图1),极寒干旱半干旱草原植被状况改善最明显。但受气候变化和人类活动的共同影响,欧亚大陆草原生态恢复仍然任重道远。

    图1 2020年欧亚大陆草原GPP空间分布Fig.1 Spacial distribution of Eurasia grassland GPP in 2020

    3.1.2 全球陆表水域状况

    陆表水域的空间分布一定程度上反映着陆表水资源的储存、利用状况,而其波动或变化体现着气候变化、地表过程及人类活动对水循环、物质迁移及生态系统变化的影响。2012年“陆表水域面积分布状况”专题报告通过分析2001年—2012年包括湖泊和水库在内的全球大型陆表水域面积的时空变化规律,回答了全球大尺度水域面积波动与变化趋势的问题(Gong等,2013;
    陈军等,2017)。报告显示,2010年全球各大洲水域面积从大到小依次为北美洲、亚洲、欧洲、非洲、南美洲和大洋洲。全球水域面积最大的五个国家分别为加拿大、俄罗斯、美国、中国和巴西。2013年“大型陆表水域面积时空分布”专题报告发现北半球30—75°N之间的中高纬度地带集中了约80%的全球大型陆表水域。亚洲和北美洲陆表水域年内波动最小,大洋洲波动最大,与各大洲的湖泊成因、气候特征和人类活动有关。2021年“全球典型湖泊生态环境状况”专题报告在监测全球500 km2以上典型湖泊的分布格局与水文要素的基础上,进一步揭示了湖泊藻华暴发形成与发展的驱动因素及其影响(图2)。报告显示,进入21世纪以来,全球典型湖泊总水量增加,但亚非大陆干旱区湖泊呈持续萎缩的趋势;
    近二十年全球湖泊藻华暴发呈上升趋势,高寒和干旱等地区极端气候引起的湖泊灾害风险巨大。

    图2 全球典型湖泊藻华暴发的季节性特征与空间分布Fig.2 The seasonal classification distribution of global lakes with algal blooms from 2000 to 2020

    3.1.3 全球重要湿地状况

    2014年“大型国际重要湿地”专题报告对2001年和2013年全球100处大型湿地的状况及变化进行监测分析和评估(Niu等,2011)。报告显示,2001年—2013年,全球100处大型湿地面积相对稳定(减少不足1%),但是部分湿地的干扰/退化较为严重。

    3.1.4 全球气候变化大气CO2浓度状况

    2018年“全球碳源汇时空分布状况”专题报告基于现有的碳监测卫星数据,分析了2010年—2017年全球大气CO2浓度时空格局及变化,从多个尺度分析了碳排放、陆地碳汇的时空变化规律,以及农业绿色革命、能源结构调整和厄尔尼诺对碳源汇的影响(Du等,2018;
    Ma等,2020)。报告表明,2010年—2017年全球大气CO2浓度呈现上升趋势,年平均绝对增量为2.2摩尔分数;
    减缓全球大气CO2浓度增长、使人类免受气候变暖威胁的目标并未达到,需加强保护措施以增强陆地生态系统的碳汇能力(图3)。

    图3 同化系统优化的2012年—2016年各洲平均的碳源和碳汇(包含人为排放)Fig.3 Global carbon sources and sinks optimized from 2012—2016 based on the LETKF carbon assimilation system(Including fossil fuel emissions)

    3.2 全球生态环境热点问题

    3.2.1 全球城市扩展与土地覆盖变化

    2013年和2020年发布的城市专题序列报告提取了城市用地的空间分布信息,并对其展开空间格局解读和时空变化分析,为实现SDG11“可持续城市和社区”提供了科学认知和决策依据。2013年度报告分析了全球城乡建设用地的空间分布格局及变化情况,探讨了城市扩展与社会经济发展的相关性(陈军等,2017)。报告显示,2000年—2010年全球城市持续扩展,新增城乡建设用地5.08%,其中近半数分布在中国和美国。

    2020年“全球城市扩展与土地覆盖变化”报告在时间尺度上拓展到了21世纪第2个10年,在监测内容上增加了城市土地覆盖组分结构(不透水面、绿地空间和水域等覆盖类型)(图4),分析了全球9个超大城市群和1468个典型城市扩展的时空格局和分异规律(Kuang,2019;
    Kuang等,2021)。报告显示近20年来,亚洲和北美洲引领全球城市加速扩展。同时,全球城市土地覆盖组分结构有所优化,不同区域城市土地覆盖差异明显,美国、加拿大及欧洲城市不透水面由内向外梯度下降;
    亚洲和南美洲城市不透水面高密度连续分布。高收入国家具有更高的城市绿地空间配置,部分低收入国家实现可持续发展目标存在较大挑战。

    图4 2020年各国城市不透水面比例分布和近二十年全球城市土地覆盖面积比例变化Fig.4 Global distribution of urban impervious surface area proportion at country scale in 2020 and global change in urban land composites for 2000—2020

    3.2.2 全球粮食生产与安全形势

    为满足和解决全球粮食安全问题的国家重大需求和国际社会共同关切,实现SDG2“零饥饿”目标,聚焦玉米、小麦、水稻和大豆四种大宗粮油作物,连续发布了8期全球粮食生产与安全形势专题序列报告。报告客观反映了全球65个农业生态区的气象条件及7个农业主产区的粮油作物种植与胁迫状况、粮食产量与供应形势等。同时,加入了针对非洲、地中海等“一带一路”重点区域粮食安全形势的监测评估,以及新冠肺炎疫情、沙漠蝗虫、湄公河下游干旱、长江中下游洪涝等灾害对粮食生产影响的分析评估。2021年,报告系统分析了2010年—2020年全球粮食生产和自给状况,报告显示,2010年—2020年全球人均粮食产量显著增加(图5),但非洲、西亚、南亚及中美洲等地区的部分国家零饥饿目标实现仍面临挑战。同时,气候变化导致干旱等极端事件频发,制约全球和区域粮食稳定增产。

    图5 2010—2020年全球年人均粮食产量变化Fig.5 Change in annual crop production per capita,2010—2020

    3.2.3 全球土地退化状况

    2019年“全球土地退化态势”专题报告对2000年—2018年全球土地退化态势进行了分析,评估了干旱/半干旱、热带雨林等区域的土地退化与改善恢复状况(高志海,2020)。报告显示,2000年—2018年全球土地退化与改善恢复两大过程在不同区域并行发生,两者总量基本持平,干旱/半干旱区土地退化呈现明显恢复态势,表明自联合国防治荒漠化公约(UNCCD)实施以来,全球荒漠化防治已取得显著成效。然而,全球重要热带雨林地区出现了大面积森林退化现象,对SDG防治荒漠化目标的实现构成了新的挑战。

    3.2.4 全球自然灾害状况及影响

    2017年和2019年先后发布的“全球典型重大灾害对植被的影响”和“全球重大自然灾害及影响”专题报告,选定干旱、洪水、热带气旋、森林火灾和地震等典型灾害事件,分析了全球重大自然灾害的时空分布特征、影响、恢复动态,总结了全球重大自然灾害应急监测与恢复重建的经验模式(Kim等,2017)。报告显示,全球欠发达地区在地震海啸与森林火灾等灾害的应对方面存在明显不足,主要表现在防灾减灾基础设施不完善,灾害应急监测预警与防灾减灾能力偏低,在全球范围内实现防灾减灾目标仍然任重道远。

    4.1 “一带一路”区域监测

    2015年、2017年和2018年发布的“一带一路”生态环境状况报告对区域陆地和海洋生态环境状况及变化态势、陆域太阳能资源状况、陆域水分收支状况、重点海域海洋灾害状况、重要城市生态环境与发展状况、典型经济走廊与交通运输通道、重要节点城市和港口等开展了遥感综合分析,评价了“一带一路”互联互通重大工程对生态环境的保护和影响(柳钦火等,2018;
    Liu等,2019;
    何贤强等,2019;
    田海峰等,2019;
    Yan等,2021)。报告显示,“一带一路”沿线陆域自然地理条件复杂,森林、草原、农田等生态系统多样(图6),具有明显的地带性,同时地带性气候资源禀赋差异悬殊,区域差异大。与人口聚集及农业大面积开发紧密相关,土地利用程度高的区域主要分布在欧洲、东南亚和南亚,利用程度相对较低的区域主要分布在青藏高原、蒙古高原、中东和北非。“一带一路”基础设施互联互通重大工程会对生态环境产生一定的影响,已建和在建工程将绿色施工和自然保护措施相结合,降低了生态占用和对环境的不利影响。

    图6 2015年“一带一路”监测区域生态系统构成Fig.6 Regional ecosystems over the Belt and Road region in 2015

    4.2 南极环境变化监测

    2020年设立了“冰冻圈”专题序列,发布了“南极冰盖变化”专题报告。报告选取了对气候变化敏感的、直接体现南极冰盖变化的表面融化现象和崩解特征,以及与南极冰盖变化密切相关的企鹅栖息地分布特征进行监测,分析了南极冰盖的演变及南极生态系统的状况(刘勇等,2020)。报告显示,1999年—2019年,南极冰盖表面融化显著,融化面积占总面积的19%;
    融化范围和天数整体呈现上升趋势。南极大型冰架持续向外扩张,崩解频次低;
    南极半岛、西南极和东南极威尔克斯地的中小型冰架退缩显著,崩解频繁,是南极崩解的主要贡献者(图7)。以南极固定冰为主要栖息地的帝企鹅栖息地数量相对稳定;
    由于海冰范围和食物量的增加,罗斯海地区恩克斯堡岛阿德利企鹅数量显著增加,其栖息地向高海拔地区扩展。

    图7 2005年—2019年南极不同冰架多年平均崩解质量分布Fig.7 The spatial distribution of the multi-year average calving mass of different Antarctic ice shelves from 2005 to 2019

    4.3 洲际尺度典型区监测

    2014年聚焦非洲和中国—东盟两个区域分别发布了“非洲土地覆盖”和“中国—东盟区域生态环境”专题报告。“非洲土地覆盖”报告基于对非洲地区土地覆盖类型的详细监测(Gong等,2013),分析了非洲典型区域地表覆盖状况对气候变化和人类活动的响应。报告发现,由于气候变化和人类活动影响,非洲典型区域地表覆盖状况变化显著,主要国家土地覆盖差异明显。“中国—东盟区域生态环境”专题报告反映了中国—东盟区域国家生态环境状况良好,人类活动影响仍需关注。中国—东盟区域生态资源丰富,生态状况良好,但生态环境要素空间分异显著,人均占有量差异大(高帅等,2017;
    仲波等,2017)。

    5.1 工作组织机制

    自2012年启动以来年度报告工作按照“部门协同、内外结合、成果集成、数据共享、国际合作”的基本思路持续开展工作(图8)。部门协同方面,国家遥感中心会同遥感科学国家重点实验室成立生态环境遥感研究中心,跨部门组织国内顶尖遥感科研力量,协同开展全球生态环境遥感监测工作;
    内外结合方面,由国家遥感中心、遥感科学国家重点实验室和项目组共同组成编委会和编写组,并成立专家组,从人才队伍组织和遥感监测评估技术上保障了工作的有序开展;
    成果集成方面,充分发挥科技超前引领作用,注重吸收国家科技计划及相关部门最新科研成果;
    数据共享方面,通过国家综合地球观测数据共享平台等渠道面向全球开放共享专题数据集和方法;
    国际合作方面,借助GEO等合作机制,开展协同观测、技术验证、数据挖掘与综合分析。年度报告工作充分发挥遥感技术优势,在全球、区域和国家等尺度上对生态环境进行长时序动态遥感监测,分析了生态环境变化规律和驱动因子,编制并发布了全球生态环境遥感监测系列报告及数据集产品。

    图8 年度报告工作组织机制Fig.8 Organizational mechanism of GEOARC

    5.2 报告编制流程

    年度报告工作涉及选题立项、团队遴选、数据生产、初稿编制、定稿发布、出版宣传等流程,每期年度报告的工作周期约为2年。由编委会和专家组基于广泛征集的专题建议,面向国家重大战略需求和国际社会共同关切的重点议题确定各年度报告的专题方向;
    通过专家评审、公开招标等方式组建数据生产与报告编写团队。每期报告包括1—4个专题,由不同团队独立或联合成立编写组,与专家组、编委会共同完成报告编制,进行集中发布、出版并开展共享服务、成果推广和培训工作,同时面向相关单位或部门开展资源推送和对接服务。

    为扩大年度报告成果的影响力,通过国家综合地球观测数据共享平台(http://www.chinageoss.cn/[2022-07-07])、全球变化科学研究数据出版系统(http://www.geodoi.ac.cn/[2022-07-07])、国家地球系统科学数据中心(http://www.geodata.cn[2022-07-07])、地球大数据科学工程(CASEarth;
    http://data.casearth.cn/[2022-07-07])和海洋遥感在线分析平台(SatCO2;
    http://www.satco2.com[2022-07-07])等国内数据共享平台,以及Zenodo(https://zenodo.org/[2022-07-07])等国际数据共享平台对报告及数据集产品进行共享。

    2014年“非洲土地覆盖”专题所生产的全球高分辨率地表覆盖产品(FROM-GLC)共享在清华数据平台(http://data.ess.tsinghua.edu.cn[2022-07-07]),下载量超过6000万次。2012年、2013年“陆地植被生长状况”专题所生产的全球1 km叶面积数据集(GLASS-LAI)持续更新至2018年,累计下载量超10万次。2013年“城乡建设用地分布状况”专题生产的GlobeLand30数据集产品自共享以来已被130多个国家、400多个国内外研究机构和570多所大学使用,申请量超过3.7万次,在全球变化、可持续发展、应急减灾等领域发挥了重要作用,支持联合国及下设机构开展了生态保护、荒漠化防治、灾害应急制图等工作。此外,截至2021年12月,数据集下载量破万的专题还包括:2014年“中国—东盟区域生态环境”、2018年“全球碳源汇时空分布状况”以及2013年以来连续发布的粮食生产与安全形势相关专题数据集产品。粮食生产与安全形势相关专题生产的“全球1 km分辨率最佳植被状况指数”和“全球1 km分辨率最佳植被状况指数耕地种植状况”数据集在

    CropWatch(http://cropwatch.com.cn/newcropwatch/main.htm?language=ch[2022-07-07])和联合国粮食及农业组织数据共享平台(FAO;
    https://data.apps.fao.org/)上提供在线地图服务。

    以国家综合地球观测数据共享平台的共享情况为例进行分析。截至2021年12月,报告中文版下载量为86590次,英文版下载量为32687次。2012年—2016年专题报告平均下载量为1149次(中文版612次,英文版537次);
    2016年之后下载量激增,2017年—2021年平均下载量达6521次(中文版4914次,英文版1607次)。其中自然灾害和“一带一路”相关专题下载量最高,其次是陆地植被、气候变化、粮食生产与安全形势和土地退化专题。值得指出的是,2017年“全球典型重大灾害对植被的影响”“‘一带一路’生态环境状况”和2018年“‘一带一路’生态环境状况及态势”专题报告中文版下载量超10000次(图9(a)),英文版下载量也超过4000次(图9(b)),反映了公众对于自然灾害及国家“一带一路”规划的关注。

    图9 2012—2021年度各专题报告中文版和英文版下载情况Fig.9 Downloads of GEOARC reports from 2012 to 2021 in Chinese version and English version

    值此十周年之际,全面系统地梳理和回顾了全球生态环境遥感监测年度报告工作形成的创新方法和科学结论,总结提炼了年度报告工作做出的亮点成果和科学贡献。年度报告工作面向全球公开发布和共享的专题报告和遥感数据集产品,极大地推动了国产高分辨率卫星数据与其他多源遥感数据的融合应用,取得了一批具有自主知识产权的、达到国际先进水平的原创性算法模型和遥感数据集产品,客观、深刻地反映了全球及重点区域的生态环境变化和人类生存环境状况,显著提升了在粮食安全、气候变化、城市扩展、土地退化和自然灾害风险等方面的科学认知。年度报告工作的持续开展对于全面提升中国卫星遥感技术的综合观测和应用能力,促进高科技多学科交叉创新型人才培养,提升中国在地球观测领域的国际地位以及服务国家生态环境保护和可持续发展决策方面具有重要价值。

    年度报告工作将继续聚焦可持续发展、气候变化、防灾减灾和韧性城市等优先事项和全球性议题,面向世界遥感科技前沿,加强与人工智能、大数据和云计算、地学知识、地球3D打印等新技术的深度融合,持续提升全球综合地球观测应用能力和对可持续发展目标的监测评估能力。未来年度报告工作将继续向纵深拓展,为国家实现“美丽中国”2035目标/2050愿景、2030/2060“双碳”目标提供科技支撑,为“构建地球生命共同体”和实现联合国2030年可持续发展目标贡献遥感科技力量。

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