國家遙感中心：2022全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測度報告-北極地區(qū)冰雪與植被變化

壓岫 灸咐c2022全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測年度報告北極地區(qū)冰雪與植被變化中文版中華人民共和國科學技術(shù)部國家遙感中心全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測年度報告(北極地區(qū)冰雪與植被變化)《全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告》

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全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告編寫委員會主任：趙靜柳欽火副主任：劉志春牛錚員：張景劉一良王絲絲苗晨郭明李啥夏長群張兆祥鄧興瑞宋婉娟祁亞琴稅敏趙鮮東張弛劉爽楊立剛付漫左琛楊潔韋納都《北極地區(qū)冰雪與植被變化》報告編寫組組長：程曉責任專家：卞林根牛錚成 員：（按貢獻大小排序）全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告顧問組全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告顧問組組長：徐冠華黃華兵葉玉芳劉沖武勝利周春霞楊康江利明惠鳳鳴周娟伶鄭雷李錦鑫肖倩雨張聞松魯茜馮雪潔胡海涵張王裕涵黃華兵葉玉芳劉沖武勝利周春霞楊康江利明惠鳳鳴周娟伶鄭雷李錦鑫肖倩雨張聞松魯茜馮雪潔胡海涵張王裕涵成員：（按姓氏漢語拼音排序）陳軍郭仁忠何昌垂蔣興偉李朋德李增元劉紀遠王琦安張國成周成虎全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告專家組組長：郭華東成員：（按姓氏漢語拼音排序）李加洪施建成唐新明王澤民吳志峰張雪鄒輝東 序中■■■■■良好的生態(tài)環(huán)境是最普惠的民生福祉。隨著人類對自然的干預(yù)不斷加劇，生態(tài)環(huán)境問題正日漸突出，呈現(xiàn)出全球性、綜合性和頻發(fā)性等特征。如何凝聚全球環(huán)境治理力量，提升全球環(huán)境治理水平以及應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)的行動力，已成為亟待解決的問題。遙感技術(shù)具有全球大范圍實時監(jiān)測的優(yōu)勢，可為有效應(yīng)對全球性環(huán)境問題、構(gòu)建人類命運共同體、實現(xiàn)聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展冃標及人與自然和諧共生提供堅實的科技支撐。中國政府一貫重視生態(tài)環(huán)境問題和地球觀測發(fā)展。在氣候變化影響凸顯、公共衛(wèi)生事件頻發(fā)和世界格局深刻改變的今天，中國正在成為全球生態(tài)文明建設(shè)的重要參與者、貢獻者和引領(lǐng)者。中國已形成氣象、資源、環(huán)境、海洋等地球觀測衛(wèi)星應(yīng)用體系，高分辨率對地觀測系統(tǒng)和國家空間基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，對地觀測能力日益提高，是開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評估的重要基礎(chǔ)。同時，作為地球觀測組織（GEO）的創(chuàng)始國和聯(lián)合主席國，中國一直致力于面向全球開放共享更多的地球觀測數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、工具、知識、案例和服務(wù)，為世界各國，尤其是發(fā)展中國家開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測提供遙感技術(shù)支持。按照“部門協(xié)同、內(nèi)外結(jié)合、成果集成、數(shù)據(jù)共享、國際合作”的基本思路，科技部于2012年在國內(nèi)率先開展《全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測年度報告》工作。該項工作充分發(fā)揮科技引領(lǐng)作用，持續(xù)產(chǎn)出了一系列的專題報告和數(shù)據(jù)集產(chǎn)品，推動了國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用，促進了綜合監(jiān)測和分析能力的提升，為全球生態(tài)環(huán)境治理提供了重要的公共產(chǎn)品，向世界各國分享了中國生態(tài)文明建設(shè)成果和經(jīng)驗，擴大了中國參與GEO等國際地球觀測事務(wù)的影響力?！度蛏鷳B(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測年度報告》工作成果顯著，影響廣泛，意義深遠。2022年重點關(guān)注北極地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化和全球糧食安全問題，編制了“北極地區(qū)冰雪與植被變化”和“全球大宗糧油作物生產(chǎn)形勢及復(fù)種與灌溉的貢獻”2個專題報告。報告全面分析了北極地區(qū)生態(tài)環(huán)境對大氣、海洋、人類活動等關(guān)鍵因子的響應(yīng)，系統(tǒng)評估了2015年聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展冃標提出后全球在生態(tài)環(huán)境治理和消除饑餓等方面所做的努力，可為應(yīng)對全球氣候變化、保障糧食供給實現(xiàn)零饑餓等方面的科學研究和政策制定提供數(shù)據(jù)與知識服務(wù)。今后應(yīng)繼續(xù)命厲奮發(fā)、開拓進取，堅持需求導(dǎo)向，持續(xù)深化合作，加強協(xié)同創(chuàng)新，落實“共謀全球生態(tài)文明建設(shè)”“深度參與全球環(huán)境治理”的有關(guān)要求，為實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展冃標和“人與自然和i皆共生”的美好愿景貢獻中國智慧和方案。84?了2023年1月“全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測年度報告”是一項長期的、富有開創(chuàng)性并已產(chǎn)生廣泛影響的工作，是中國遙感科技界積極踐行“推動綠色發(fā)展，促進人與自然和十皆共生”的發(fā)展理念、響應(yīng)“全球發(fā)展倡議”和落實聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標的具體舉措和務(wù)實行動。2012年以來，在財政部的支持下，科技部國家遙感中心（地球觀測組織中國秘書處）會同遙感科學國家重點實驗室，跨部門組織國內(nèi)優(yōu)勢科研力量，在全球及區(qū)域生態(tài)環(huán)境遙感專題產(chǎn)品研發(fā)及分析研究的基礎(chǔ)上，圍繞全球生態(tài)環(huán)境典型要素、重點區(qū)域和熱點問題3大主題，陸續(xù)發(fā)布了涵蓋11個專題序列的29個分析報告及109個數(shù)據(jù)產(chǎn)品。2022年報工作在總結(jié)前十年經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，繼承并發(fā)展已有選題方向，圍繞北極地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化與全球糧食安全問題，開展了以遙感信息為支撐的深入研究，為二十大報告中提出的“積極參與應(yīng)對氣候變化全球治理”“全方位夯實糧食安全根基”提供信息支撐?？蔀殛P(guān)注這一領(lǐng)域的決策者、科學家和大眾呈現(xiàn)氣候變化和人類活動加劇背景下區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化和全球推進實現(xiàn)零饑餓等方面的典型案例，以及區(qū)域極端事件產(chǎn)生的影響。2022年度報告聯(lián)合中山大學、中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院等單位，共同完成了“北極地區(qū)冰雪與植被變化”和“全球大宗糧油作物生產(chǎn)形勢及復(fù)種與灌溉的貢獻”2個專題的報告編制及數(shù)據(jù)集生產(chǎn)工作?！氨睒O地區(qū)冰雪與植被變化”報告和數(shù)據(jù)集是自2020年“南極冰蓋變化”發(fā)布后，冰凍圈專題的又一項研究成果。該項研究關(guān)注全球變暖的“北極放大效應(yīng)”背景下，北極海冰覆蓋范圍顯著縮減、格陵蘭冰蓋物質(zhì)損失加劇、北極陸地植被快速變綠的趨勢，反映了近20年北極地區(qū)冰雪和植被的快速變化特征，分析了其對氣候變化和人類活動的響應(yīng)，形成了北極海冰類型和密集度產(chǎn)品，格陵蘭冰蓋凍融、冰面水系和邊緣線產(chǎn)品，北極陸地植被綠度產(chǎn)品等數(shù)據(jù)集。該專題可為開展北極地區(qū)環(huán)境對全球變化的響應(yīng)研究、促進北極地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對全球氣候變化提供科學依據(jù)。“全球大宗糧油作物生產(chǎn)形勢及復(fù)種與灌溉的貢獻”是自2013年以來持續(xù)發(fā)布的一個專題系列。該研究基于對2022年全球大宗糧油作物生產(chǎn)形勢的監(jiān)測，預(yù)測了作物產(chǎn)量，評估了2022年全球大宗糧油供應(yīng)形勢，分析了極端氣候和區(qū)域事件對全球大宗糧油作物生產(chǎn)和供應(yīng)狀況的影響。此外還重點研究了全球和重點區(qū)域/國家耕地復(fù)種和灌溉狀況，分析了其對糧食增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的作用。該專題可為應(yīng)對全球糧食安全挑戰(zhàn)、實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標2零饑餓提供決策支撐。與往年一樣，2022年的年報工作特別重視吸收國家科技計劃與相關(guān)部門最新科研成果，采用了國產(chǎn)FY-2/3、GF-1/2、ZY-1/3及國外Aqua、DMSP、QSCAT、Sentinel-1/2.Terra、Landsat-8、GPM等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，以及社會經(jīng)濟統(tǒng)計等數(shù)據(jù)和全球農(nóng)業(yè)生態(tài)分區(qū)等輔助資料。形成的成果在國家綜合地球觀測數(shù)據(jù)共享平臺(/geoarc/index.html)發(fā)布，并通過地球觀測組織合作機制積極為國際社會共同關(guān)切的問題持續(xù)提供公共產(chǎn)品和解決方案，為積極融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)和參與全球生態(tài)環(huán)境治理做出貢獻。2023年1月TOC\o"1-5"\h\z—、弓I言 1\o"CurrentDocument"二、 北極海冰變化監(jiān)測與評估 32.1北極海冰變化特征 32.2北極海冰的區(qū)域變化特征 82.3北極海冰變化的驅(qū)動因素 18\o"CurrentDocument"三、 格陵蘭冰蓋變化監(jiān)測與評估 223.1格陵蘭冰蓋表面融化 223.2格陵蘭冰面水系 343.3格陵蘭冰川邊緣線 43\o"CurrentDocument"四、 北極陸地植被綠度變化監(jiān)測與評估 554.1北極植被綠度的時空特征 554.2北極植被綠度變化與環(huán)境因子的關(guān)系 604.3北極典型區(qū)域的植被綠度變化 68\o"CurrentDocument"五、 結(jié)論 75\o"CurrentDocument"附錄 77附錄A科普性介紹 77附錄B名詞解釋 79附錄C數(shù)據(jù)來源 82附錄D技術(shù)方法 86附錄E數(shù)據(jù)產(chǎn)品 95目H錄 TOC\o"1-5"\h\z附錄F精度評價 96\o"CurrentDocument"參考文獻 107\o"CurrentDocument"致謝 11。北極地區(qū)冰雪與植被變化北極地區(qū)冰雪與植被變化11北極地區(qū)冰雪與植被變化北極地區(qū)冰雪與植被變化11一、引言北極地區(qū)指地球北極圈(66°34'N)以北的陸海區(qū)域，總面積約2100萬km)包括北冰洋以及毗鄰的北方大陸和相關(guān)島嶼。北冰洋海域面積超過120()萬km\絕大部分冬季被海冰覆蓋。北極陸地由北極圈以北的歐亞大陸、北美大陸與格陵蘭島組成，大陸和島嶼面積約800萬kn?。格陵蘭冰蓋面積約177萬kn?,占比超過格陵蘭島面積的80%,是世界第二大冰蓋(圖1-1)。20世紀中期以來，全球氣候持續(xù)變暖，研究表明北極地區(qū)的增溫速率超過全球平均變暖速率的2倍[學界稱之為“北極放大效應(yīng)”],導(dǎo)致北極冰雪與生態(tài)環(huán)境發(fā)生快速的變化。氣候變暖一方面導(dǎo)致北冰洋海冰持續(xù)融化，破壞北極地區(qū)原有的水熱平衡，另一方面加劇格陵蘭冰蓋物質(zhì)損失，造成海平面上升。與冰雪消融相對應(yīng)，北極氣溫升高和降水增加同時還導(dǎo)致了北極陸地植被的綠度提高、返青期提前和生長季延長，對陸地生態(tài)系統(tǒng)造成重要影響。氣候變暖導(dǎo)致的北極冰雪與生態(tài)環(huán)境變化還直接影響到400萬北極地區(qū)永久居民的福祉。因此，針對北極海冰、格陵蘭冰蓋和陸地植被變化的監(jiān)測受到學界和公眾的廣泛關(guān)注。聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展議程明確提出“采取緊急行動應(yīng)對氣候變化及其影響”(SDG13,氣候行動)，為更加全面支撐SDG13的實施，必須完整和系統(tǒng)地監(jiān)測北極海冰、冰蓋和植被等關(guān)鍵要素的變化過程，評估其變化態(tài)勢及影響，增強應(yīng)對氣候變化的能力。2018年，中國發(fā)布《中國的北極政策》白皮書，提出“認識北極、保護北極、利用北極和參與治理北極”的冃標，通過提高北極的科學研究水平和能力，深化對北極的科學認知和了解，以推動北極的可持續(xù)發(fā)展。中國也先后組織了12次北極科學考察，為開展北極科學研究和生態(tài)保護提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠獲取大范圍、長時序以及周期性的觀測數(shù)據(jù)，尤其是在北極等人類不方便到達的偏遠地區(qū)，衛(wèi)星遙感技術(shù)在定量、快速了解北極生態(tài)環(huán)境變化方面發(fā)揮著不可替代的作用。隨著在軌定標和數(shù)據(jù)精度的大幅提高，國產(chǎn)衛(wèi)星逐漸具備了北極遙感監(jiān)測及產(chǎn)品業(yè)務(wù)服務(wù)的能力。本報告針對北極地區(qū)及與其地理特征相近的鄰近區(qū)域的冰雪與生態(tài)環(huán)境變化，綜合利用風云三號衛(wèi)星微波成像儀(FY-3MWRI)、Sentinel-2MSI、Terra/AquaMODIS及其他衛(wèi)星的微波輻射計和散射計等多源遙感數(shù)據(jù)，開展了海冰、冰蓋和植被的連續(xù)監(jiān)測，形成了2002—2021年的北極海冰密集度、海冰類型、植被綠度變化以及格陵蘭冰蓋表面融化、冰川邊緣線和2017—2021年的格陵蘭冰面水系等高質(zhì)量遙感產(chǎn)品；分析了北極海冰、格陵蘭冰蓋和北極植被綠度的時空格局、變化特征及其主要影響因素；并選取典型的海冰與植被變化區(qū)域、格陵蘭冰蓋異常凍融事件和重點冰川，針對其時空變化特征、氣候驅(qū)動因素和人類活動影響進行深入地分析與評估。報告提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和監(jiān)測結(jié)果，可為開展北極環(huán)境變化對全球氣候變化的響應(yīng)研究和應(yīng)對全球氣候變化提供科學依據(jù)，促進北極地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。全球生態(tài)環(huán)境全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告22全球生態(tài)環(huán)境全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2022年度報告22WI500（庫頁島阿克拉!N800d嗷W9O0E90%迪克森，阿姆杰;:特雷布）、N70°:斯克西拉克北磁極（2020年）乳赫塔蘇瓦克（戈徳港）法羅群島了設(shè)得遍島'匚二］裸地匚二）冰雪圖例—洲界——北極圏一國界 海冰平均范圍土地覆蓋類型O城市 樹線匚二］苔爵/地衣■人造地表■源木苔原■禾草苔原600tan圖1-1北極地表覆蓋及海冰和格陵蘭冰蓋范圍示意圖北極地區(qū)冰雪與植被變化北極地區(qū)冰雪與植被變化參考文獻AaboeS,ASorensen.SEastwood,TLavergne.Seaiceedgeandtypedailygriddeddatafrom1978Iopresenlderivedfromsatelliteobservations.(CopernicusClimateChangeService(C3S)CliimtleDakiStore(CDS).2021./10.2438l/c(ls.29(46(183.BelmonteRivasM,1Otosaka.AStoffelen,etal.Ascatterometerrecordofseaiceextentsandbackscatter:1992-2016.TheCryosphere,2018,12(9):2941-2953.BernerLT.MasseyB.JantzP.elal.SummerwarmingexplainswidespreadbutnotuniformgreeningintheArcticlundrabiome.NatureCominunicahoris,2020,11(1):1-12.BevisM.HarigC,KhanSA,etaLAcceleratingchangesinicemasswithinGreenland,andlheicesheet'ssensitivitytoatmosphericforcing.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesof由eUnitedStalesofAmerica,2019,116(6):1934-1939.BlackTE.1Joughin.Multi-decadalretreatofmarine-terminatingoulletglaciersinnorthwestandcentral-westGreenland.TheCryosphereDiscuss,2021:1-26.BurgessD0.SharpMJ.MairDWF,etal.FlowdynamicsandicebergcalvingratesofDevonleeCap,NuikivuI,Canada.JournalofGlaciology,2(X)5,51(173):219-230.BreivikL.-A,EastwoodS,LavergneT.UseofC-BandScalleromelerforSealeeEdgeIdentification.IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing.2012,50(7):2669-2677.CarrJR.\ieliA,StokesC.Influenceofseaicedecline,alrnosphericwanning,andglacierwidthonmarine-terminatingoulletglacierbehaviorinnorthwestGreenlandatseasonalIointeranmuiltimescales.Journalof(geophysicalRese<irch:EarthSurface.2013,118(3):1210-1226.ChenY,LiuA,ChengX.VegetationgrowsmoreluxuriantlyinArcticpermafrostdrainedlakebasins.GlobalChangeBiology,202L27(22):5865-5876.CorrD,LeesonA,McMillanM,elal.Aninvenloryofsu[)raglaciallakesciiidchannelsacrosstheWestAntarcticIceSheet.EarthSystemScienceData,2022,14(1):209-228.DelworthTL,ZengF,VecchiGA,etal.TheNorthAtlanticOscillationasadriverofrapidclimatechangeintheNorthernHemisphere.NatureGeoscience.2016,9(7):509-512.Far(|uharsonLM,MannD11.(Jrosse(；,elal.Spatial(listri})uti()uofthennokarstterraininArcticAlaska.Geomoiphology,2016,273:116-133.HannaE.JonesJM,CappelenJ,etal.TheinfluenceofNorthAtlanticatmosphericandoceanicforcingeffectson1900-2010Greenlandsummerclimateandicemelt/runoff.InternationalJournalofClimatology,2013.33:862-8801IowaII.MEaSUREsGreenlandIceMappingProject(GIMP)LandIceandOceanClassificationMask,Version1.Boulder,ColoradoUSA.NASANationalSnowandIceDataCenterDistributedActiveArchiveCenter.2017./10.5067/B8X58MQBFUPA.1PCC.ClimateChange2021:ThePhysicalScienceBasis.2021.Iiigeinan-NielsenT,Vakulenko1,Calibrationandvalidationdataforinfratructiiremapping,Greenland,linktofiles.PANGAEA,2018./10.1594/PANGAEA.895949.Jonghin1.MEaSUREsGreenlandAnnualIceSheetVelocityMosaicsfromSARandL<m(lsat,Version4.Boulder.ColoradoUSA.NASANationalSnowandIceDataCenterDistributedActiveArchiveCenter.2022./10.5067/RS8GFZ848ZU9.KeenanTF,RileyWJ.Greeningof由e*landsurface*intheworld'scoldregionsconsistenlwilhrecentwarming.Natureclimatechange.2018.8(9):825-829.KmnpulaT,PajunenA,KaarlejarviE,elal.LanduseandlandcoverchangeinArcticRussia:Ecologicalandsocialimplicationsofindustrialdevelopment.GlobalEnvironmenlalChange,2011,21(2):550-562.LinC,HikingII,ZhangQ.,etal.Arctic,sman-madeimpervioussurfacesexpandedl)yovertwo-thirdsinthe21stcentuiy.ScienceBulletin.2022.67(14):1425-1429.Lee11J.KwonM,YehSW,elal.lin|Riclof[)olewar(lmoisturetransportfromIheNorthPacificonIheaccelerationofseaicelossintheArcticsince2002.JournalofClimate,2017,30(17):6757—6769.LiX,LuR.LiuJ,etal.ComparisonbetweenLarge-ScaleCirculationAnomaliesAssociatedwithInterannualVariabilityandDecadalChangeofSummerArcticSeaIce.JournalofClimate,2022,35(14)：4841-4858.MessagerML,LehnerB,GrillG,Nedeva1.etal.Estimatingthevolumeandageofwalerstoredingl(J)allakesusingageo-slatislical<ip|)r()ach.NatureCommunications,2()16,7(1):1-11.MorlighemM.WilliamsC,RignolE,etal.IceBridgeBedMachineGreenland,Version4.Boulder,ColoradoUSA.NASANcilionalSnowandleeDataCenterDistributedActiveArchiveCenter.2021./!0.5067/VLJ5YXKCNGXO.MoleTL.MEaSUREsGreenlandSurfaceMeltDaily25kmEASE-Grid2.0,Version1.Boulder,ColoradoUSA.NASANationalSnowandIceDalaCenterDistributedActiveArchiveCenter.2014./10.5067/MEASURES/CRYOSPHERE/nsi(l(-0533.001.NoelB,vandeBergWJ,VanWessemJM,etal.ModellingtheclimateandsurfacemassbalanceofpolaricesheetsusingRACM02—Part1:Greenland(1958-2016).TheCryosphere,2018,12(3):811-831.0S1SAF.GlobalSeaIceType(netCDF)-Multimission,EUMETSATSAFonOceanandSeaIce.2017./10.15770/EUM_SAF_OSLNRT_2006.PattynF,RitzC,HannaE,etal.TheGreenland<in(lAnlarclicicesheetsunder1.5°Cglobalwanning.MiitureClimateChange,2018.8:1053-1061.PicardG,FilyM.SurfacemeltingobservationsinAntarcticabymicrowaveradiometers:Correcting26-yeartimeseriesfromchangesinacquisitionhours.RemoteSensingofEnvironment,2006,104(3):325-336.Rigor1G,WallaceJM,ColonyRL.ResponseofseaicetotheArcticOscillation.JournalofClimate.2002,15(18):2648-2663.RosenauR,ScheinertM.DietrichR.etal.AprocessingsystemtomonitorGreenlandoutletgkiciervelocityvari?itionsaldecadidandseasonallimescalesutilizingtheLandsalimagery.RemoteSensingofEnvironment.2015,169:1-19.SerrezeMC,Fr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