基于GlobeLand30的全球耕地利用格局變化研究

陳軍

（國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京100830）

耕地是糧食安全的載體，是人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展的戰(zhàn)略資源。在當(dāng)前世界人口持續(xù)增加、人均耕地占有量減少、糧食安全面臨巨大挑戰(zhàn)的背景下，精細(xì)刻畫(huà)全球耕地分布空間格局，準(zhǔn)確掌握全球耕地時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略決策具有重要意義[1]。同時(shí)，作為重要的土地景觀類(lèi)型，耕地利用受到人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)劇烈，耕地的擴(kuò)展、撂荒、作物類(lèi)型更替以及與其他地物類(lèi)型的轉(zhuǎn)換，會(huì)改變耕地的物質(zhì)流和能量流，進(jìn)而影響地球系統(tǒng)的氣候、水文、生物地球循環(huán)等全球變化過(guò)程[2]。

遙感技術(shù)因其覆蓋范圍大，時(shí)效性強(qiáng)以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，成為了全球耕地資源調(diào)查和變化監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)和歐盟等生產(chǎn)了多套全球地表覆蓋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如 UMD、IGBPDISCover、BU-MODIS、GLC2000、GlobCover 和IIASA-IFPRI等，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)品在全球變化研究及應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用[3-5]。然而，這些全球地表覆蓋產(chǎn)品的空間分辨率為1 km到300 m，空間分辨率較低，在農(nóng)業(yè)土地景觀破碎區(qū)域的制圖精度較差，刻畫(huà)農(nóng)業(yè)土地利用活動(dòng)的能力不足。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)集往往針對(duì)某一特定時(shí)間點(diǎn)或時(shí)段，相互間一致性較差，缺乏長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)集，難以滿足地表覆蓋時(shí)空變化分析的需求[6]。

2009年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)部啟動(dòng)了國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“全球地表覆蓋遙感制圖及關(guān)鍵技術(shù)研究”，國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心聯(lián)合了北京師范大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院等18家科研院所和高校，經(jīng)過(guò)4年多的協(xié)同攻關(guān)，研究解決了30 m空間分辨率全球地表覆蓋遙感制圖關(guān)鍵技術(shù)難題，成功研制出世界首套30 m分辨率的全球地表覆蓋數(shù)據(jù)集—GlobeLand30，在實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域“從跟蹤到引領(lǐng)”的跨越式發(fā)展。GlobeLand30數(shù)據(jù)產(chǎn)品包括2000年和2010年兩個(gè)基準(zhǔn)年份，包含有耕地、水體、森林、苔原、草地、人造地表、灌木地、裸地、濕地、冰川和永久積雪等10類(lèi)一級(jí)土地覆蓋類(lèi)別。全球總體分類(lèi)精度達(dá) 80%以上，其中耕地分類(lèi)精度達(dá)83.06%[7-9]。目前該套產(chǎn)品已經(jīng)贈(zèng)予聯(lián)合國(guó)，供聯(lián)合國(guó)及國(guó)際社會(huì)使用。這是中國(guó)向聯(lián)合國(guó)提供的首個(gè)全球性地理信息公共產(chǎn)品，被國(guó)際同行專(zhuān)家譽(yù)為“對(duì)地觀測(cè)與地理信息開(kāi)放共享的里程碑”[10]。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所參與了GlobeLand30數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)的全過(guò)程，為全球耕地的遙感分類(lèi)和制圖作出了重要貢獻(xiàn)，尤其牽頭制定了《地表覆蓋樣本采集技術(shù)方案》和《數(shù)據(jù)產(chǎn)品精度評(píng)價(jià)技術(shù)方案》，科學(xué)性、操作性和規(guī)范性強(qiáng)，有效指導(dǎo)了該套地表覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品的精度評(píng)價(jià)和質(zhì)量控制。GlobeLand30數(shù)據(jù)產(chǎn)品為全球或洲域尺度的地表覆蓋時(shí)空格局變化研究提供了高精度數(shù)據(jù)源。在前期數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制的基礎(chǔ)上，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所率先開(kāi)展了全球耕地利用格局時(shí)空變化分析，基于2000和2010年GlobeLand30數(shù)據(jù)集的耕地?cái)?shù)據(jù)層，構(gòu)建了全球及重點(diǎn)區(qū)域耕地分析指標(biāo)體系，研制了耕地分析的海量數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理和統(tǒng)計(jì)技術(shù)，建立了適合耕地特點(diǎn)的時(shí)空統(tǒng)計(jì)和變化分析方法；同時(shí)，完成了全球耕地分析成果的集成和發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了在線式交互式耕地知識(shí)數(shù)據(jù)集，為“從數(shù)據(jù)到知識(shí)到服務(wù)”提供了重要信息平臺(tái)。

該專(zhuān)題刊登了該項(xiàng)研究中的6篇耕地利用格局時(shí)空變化分析論文，分別從全球[11]、亞洲[12]、歐洲[13]、美洲[14]、非洲[15]和大洋洲[16]角度，描述了全球、各大洲2010耕地空間分布現(xiàn)狀、2000—2010年耕地時(shí)空變化、耕地與其他地類(lèi)轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出、以及耕地利用強(qiáng)度變化等數(shù)量、空間特征。同時(shí)，對(duì)不同大洲的重點(diǎn)區(qū)域耕地時(shí)空變化特征進(jìn)行了深入探討，如亞洲中國(guó)耕地的地塊大小變化、歐洲烏克蘭耕地撂荒變化、亞馬遜地區(qū)耕地?cái)U(kuò)展、非洲耕地時(shí)空變化與自然因子關(guān)系等。這些研究成果不僅提高了中國(guó)全球高分辨率地表覆蓋制圖的技術(shù)水平和分析處理能力，也可為全球水土資源利用、糧食安全研究提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為服務(wù)中國(guó)“一帶一路”倡議和“農(nóng)業(yè)走出去”戰(zhàn)略，充分利用國(guó)內(nèi)國(guó)際“兩種資源、兩個(gè)市場(chǎng)”提供技術(shù)和信息支撐[11]。

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