全 文 ：第 34 卷第 24 期
2014年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.24
Dec.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:中国科学院战略性先导科技专项资助———应对气候变化的碳收支认证及相关问题(XDA05050109)
收稿日期:2013鄄10鄄10; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄10鄄21
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: wubf@ radi.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201310102431
张磊,吴炳方,李晓松,邢强.基于碳收支的中国土地覆被分类系统.生态学报,2014,34(24):7158鄄7166.
Zhang L, Wu B F, Li X S, Xing Q.Classification system of China land cover for carbon budget.Acta Ecologica Sinica,2014,34(24):7158鄄7166.
基于碳收支的中国土地覆被分类系统
张摇 磊,吴炳方*,李晓松,邢摇 强
(中国科学院遥感与数字地球研究所,北京摇 100101)
摘要:生态系统的碳收支是影响全球变化的重要环节,而土地覆被变化改变了生态系统碳收支的现状、速率。 提出了面向碳收
支的中国土地覆被分类系统,服务于生态系统碳收支估算和国家生态环境监测。 分类系统由一、二级土地覆被类型、三级土地
覆被辅助特征构成。 通过物质组成、结构、排列、季节特征等 19个指标,将土地覆被划分 38个二级类型,反映生态系统的碳储
量现状。 三级土地覆被辅助特征利用 9个指标补充了二级土地覆被类型的属性。 其中 5个环境指标主要反映生态系统碳储备
的潜力和强度,土地利用方式指标反映植被演替过程植被碳收支中的人为扰动影响,植被覆盖度、植被生育期、物种特征指标用
于进一步细化植被类型。 二级类型与三级特征为分层组织的土地覆被产品,有利于产品管理和应用。 分类系统已应用到面向
全国生态系统碳收支的 30m格网的中国土地覆被制图中。
关键词:土地覆被;分类系统;生态系统;碳收支
Classification system of China land cover for carbon budget
ZHANG Lei, WU Bingfang*, LI Xiaosong, XING Qiang
Key Laboratory of Digital Earth Science, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
Abstract: The carbon cycle greatly influences global change, and the land cover changes contribute to the status and rate of
the carbon budget in ecosystems. This paper proposes a land cover classification system for land cover mapping for the
estimation of carbon storage in ecosystems and the national environmental assessments. The classification system consists of
basic land cover classes at level 玉 and 域, and auxiliary features at level 芋. The basic 38 classes at level 域 characterizing
land cover features are derived from 19 criteria referring to aspects of composition, structure, pattern, phenology, etc. The
basic classes reflect the status of carbon storage in ecosystems. The system defines more detail in vegetation, the criteria
includes life form, vegetation height, leaf type, vegetation phenology, vegetation cover, soil disturbance under vegetation,
harvest disturbance, spatial relationships between vegetation and artificial surfaces. Meanwhile, non-vegetation criteria is
considered in non - vegetation types definition for large scale ecological monitoring and assessment, such as the water
conditions, the artificial surface features, soil structure, land granular, soil salinity, soil moisture, surface state, the water
flowing. The auxiliary classes at level 芋 complement the attributes of level 玉 and 域 by 9 criteria. The 5 environmental
criteria of temperature, moisture, landform, aspect and slope mainly reflect the potential and intensity of carbon storage in
ecosystems. The disturbance of vegetation succession caused by land use type influences the vegetation carbon budget. The
other 4 criteria of vegetation cover, vegetation growing period, land use and species characteristics further refine the
vegetation types, and land use typically impact the carbon storage. The structure of the land cover map of the classes of
levels 玉 and 域 is independent of the products of level 芋, which is helpful for land cover product management and
applications. The classification system has been adopted in the Chinese national land cover database (ChinaCover2010) for
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the carbon budget in ecosystems at a 30 m scale. The classification system is characterized by the factors of intrinsic
attributes and extrinsic property of land cover. It is able to effectively reflect the status of ecosystem carbon stocks, rate of
change, the potential and mechanism. Classification system uses a flexible definition of vegetation cover, and it is able to re
-organize vegetation classes by different vegetation coverage, this approach allows analysis and comparison on different
classification system among countries or organizations. Class definition is performed by using FAO LCCS tools through
dichotomy which is defined in quantified approach of land cover. LCCS method provides relatively accurate and
comprehensive type definition, a priori design to make it much fair, balanced, but also makes the system extensive
application. With the increasing attention to global environmental issues, land cover data used in the international exchange
and comparison become more frequent, standardized LCCS will be the future application trends.
Key Words: land cover; classification system; ecosystem; carbon budget
摇 摇 土地覆被是地球表面可观察到的(生物)物理的
覆盖物[1]。 它不再仅仅是单一的土地或植被类型,
而是土地类型及其所具有的一系列自然属性和特征
的综合体。 地表覆盖的生物物理、生物地球化学特
征及生态环境要素与土地覆被类型密切相关,正是
它们之间复杂的相互作用,才形成了地球表面多样
的生态系统及景观,并对地球表层系统(包括大气
圈、水圈等)产生重要影响[2]。 土地覆被和土地利用
变化是影响生态系统、全球生物化学、气候变化和人
类脆弱性的主要决定因素[3]。
全球气候变化是人类生存与发展面临的严峻挑
战,引起了世界各国前所未有的高度重视,《联合国
气候变化框架公约》及《京都议定书》的生效实施,
将深刻地影响世界各国的经济和社会发展,甚至影
响到世界经济未来发展方向与道路,土地覆被变化
是全球变化的重要驱动因素。 联合国粮食与农业组
织(FAO)建立了全球土地覆被监测网格(GLCN),以
推动全球土地覆被动态、标准化制图及全球、国家与
区域尺度的土地覆被监测信息的交流。 欧盟利用自
主获取的全球 VGT、MERIS 数据制作全球土地覆被
产品[4鄄5],并实现动态更新,利用该数据进行全球千
年环境评估(MA 计划)。 IGBP鄄DIS 建立的 1km 土
地覆被产品用于分析全球土地覆被 /利用的变化机
制及模拟未来 50—100a 的变化趋势[6]。 政府间气
候变化专门委员会(IPCC:Intergovernmental Panel on
Climate Change)利用土地利用、土地利用变化和林
业活动,估算碳储量变化和温室气体排放[7鄄8]。
针对国家应对气候变化与碳减排的国际谈判,
以及自身可持续发展最佳途径选择等重大科技需
求,2011年中国科学院实施了战略性先导科技专项
“应对气候变化的碳收支认证及相关问题冶。 该专项
着力回答中国的温室气体排放量、中国陆地生态系
统的固碳潜力和速率,以及应对气候变化的绿色发
展战略和政策等方面问题。 其中“生态系统固碳现
状、速率、机制和潜力冶项目在全国 30 米尺度上准确
评估中国森林、灌丛、草地、湿地和农田生态系统的
理论固碳潜力、现实固碳潜力、近期内可实现的固碳
潜力以及相应的固碳速率。 国家土地覆被是碳收支
估算的主要参量之一,通过 1990 年、2000 年、2005
年、2010年中国土地覆被制图,建立相应的生态系统
各土地覆被类型及其区域化的碳储备估算模型。
在已有国家尺度分类系统中,欧洲环境署
(EEA)提出的 CORINE 土地覆被分类系统,服务于
欧盟成员国的环境监测。 它是典型后验系统,对区
域的类型拟合较好,但定义的混合类型、特殊类型较
多,土地覆被与土地利用类型混合,类型标准化程度
低,扩展性差。 美国 Anderson 分类系统主要面向资
源管理和应用目的设计,定义量化程度不足,植被类
型缺少叶型的划分和稀树草地等类别,依赖于遥感
方法制图,人工类型划分不清。 我国中科院分类系
统服务于宏观生态环境评价,侧重于土地利用,类型
和定义结合国土资源部的类型划分,其森林、灌木的
覆盖度指标定义相对偏高,与国外土地覆被产品不
易对比。 FAO LCCS (Land Cover Classification System)
是先验系统,普适性强,独立于方法、数据的量化类
型定义,但区域的拟合性不足。 本文针对碳收支估
算目标,基于现有分类系统的优劣对比,提出国家尺
度的土地覆被分类系统。
9517摇 24期 摇 摇 摇 张磊摇 等:基于碳收支的中国土地覆被分类系统 摇
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1摇 土地覆被特征及分类原则
1.1摇 不同目标的分类系统特征
摇 摇 土地覆被分类系统强调的是物质的组成、内部
结构、空间分布,它与生态系统固碳能力密切相关。
土地利用分类系统表达的是土地的人类利用方式,
尽管有些土地利用和土地覆被具有同样的命名,但
其内涵不同。 很多土地利用类型遥感不易识别,部
分土地利用方式与固碳能力有关,如收割草场、耕作
方式和复种程度、速生林建设等。 植被分类系统主
要根据植物的型组、型、亚型、群系、亚群系以及区域
环境特征进行划分,植被类型能够充分反映物质组
成和固碳能力,但是由于划分指标基于植物种类,划
分过于细化,细分类型难以利用遥感监测获得空间
分布数据,同时,植被分类缺少空间水平结构表述。
生态系统分类系统是定义一定区域内与物质、能量
交换相联系的类型组合,强调的是环境与生物的关
系,环境参量是植被类型划分需要考虑的重要因素,
通常会利用气候指标、区域性划分植被类型,如干旱
半干旱灌木林、滨海湿地等。
1.2摇 生态系统的碳收支特征
光合作用是绿色植被进行固碳作用的直接途
径,影响植物光合作用的因素包括植物本身的特征
及环境特征。 植被内部因素包括叶片的发育和结
构、CO2进入植物体的气孔阻力、光合作用限速本酶
RuBP 的羧化与再生、形成“同化力冶的磷之再生以
及光合产物的输出等,不同的植物结构与功能决定
了植物光合作用能力大小[9],C4植物的叶片光合速
率均大于 C3植物。 在空间尺度上,植被的木质化程
度、叶型、冠层的季节性和光合作用途径决定植被的
固碳能力[10]。
限制光合作用碳固定的环境因素涉及光照、温
度、水分以及矿质营养等方面。 光照强度、光质、日
照时间影响光合作用效果。 植被的生物量积累随着
气温的升高而升高,但到一定温度后,光合速率随温
度升高而下降[11]。 水分不足会限制植物光合作用,
特别是对于草地生态系统而言,水分胁迫是影响优
势物种生长和固碳能力的关键因素,降水的减少,会
降低净初级生产力,严重影响草原的固碳能力[12]。
此外,由于区域的气候差异、以及山地形成的局地气
候效应也会影响生态系统固碳能力。
1.3摇 植被类型的碳储量特征
生态系统碳储量集中于森林、灌木、草地、湿地
与耕地 5 个植被类型,不同植被类型的固碳特征和
能力有所差别。 森林类型划分中,叶型、叶子的季节
性、热量特征影响生物量的积累,如阔叶 \针叶、常
绿 \落叶、热带 \亚热带 \温带 \寒带的划分。 其中,叶
型反映植物光合作用的方式,季节性反映生物量积
累的能力,热量条件决定森林固碳速率及其潜力特
征。 一些特殊的林地对固碳影响较大,如经济林、城
镇森林。 人工管理的经济林生长速度通常比自然林
快,四旁树和城镇森林以及道路林带单独面积很小,
但累积起来非常可观,在划分中应考虑这部分组成;
森林类型进一步划分要体现植物的优势种群。 灌木
首先考虑灌丛、灌木荒漠的划分,分别代表不同的气
候环境划分,体现在空间结构上即覆盖度的差别。
次一级类型主要以叶型、叶子季节性划分,进一步划
分主要考虑环境要素,如热量、地貌、土地基质等。
草地的制约因素是水分,首先划分类型应从水分条
件开始,如草甸、草原、荒漠、草丛、灌草丛,次一级分
类引入热量、覆盖度、地形、土地利用等信息;草地利
用方式对生物量影响亦较大;进一步的草地划分基
于物种特征等知识。 湿地生态系统是基于生活型进
行划分的,在细分类型中,应考虑划分陆地湿地与滨
海湿地的差别。 农田明确区分不同土壤环境下的水
田、旱地,并在此基础上进一步考虑几种主要作物的
区分和不同熟制(一年一熟 /两年三熟 /一年两熟等)
的确定。
1.4摇 分类系统划分途径
分类系统类型划分通常有两种途径:先验划分
或后验划分方式。 在先验分类系统中,类型是实际
出现类别的抽象概括,这种方法是在数据采集前设
计的所有可能出现类型的定义;后验分类是根据实
际出现地物特征直接定义,这种方法是基于采集样
本的类型特征。 先验方式为刚性划分、定义标准化、
普适性强,而后验方式定义较为灵活、区域适应性
强。 欧洲 CORINE土地覆被和中国国土资源部土地
利用采用后验系统,突出区域的类型和特色,由于人
为的主观性,类型的划分常常出现突出或忽略一些
土地覆被类型,降低分类系统的均等性原则。 本次
分类系统和 FAO LCCS 属于先验系统,它均衡全球
各区域的类型特征,如植被覆盖度划分要平衡中东
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沙漠地区与南美亚马流域地区的差异,适合国家、区
域之间的数据交流与对比,但它不能充分反映国家
与区域土地覆被类型特征。
1.5摇 分类系统划分原则与依据
中国 30m尺度土地覆被系统的设计是为了提供
碳收支估算模型提供有效的参数和数据支撑,以估
算 1990 年、2000 年、2005 年、2010 年全国的生态系
统碳储备状况,分析全国碳收支的潜力、速率和机
制,因此,它应具备表达碳储备的数量、潜力的特征。
同时,土地覆被的类型应具有国际、国内认可的、标
准化的定义,使之成为具有高度可信、空间可比的数
据交换能力。
分类系统划分指标由土地覆被内在属性和外在
因素构成(图 1)。 土地覆被内在属性反映地表的质
地特性,包括组成、结构、排列、季节性等。 其中生态
系统的植被生活型、覆盖度、生长期、物种参数的描
述与植被生物量有显著联系。 通过内在属性界定土
地覆被类型,能有效反映在生态系统碳储量的现状。
土地覆被外在因素包括环境和土地利用方式。 环境
因素包括地形(高程、坡度、坡向)和气候(热量、水
分)的影响特征。 现有的土地覆被是一个长期的环
境背景影响作用的结果,反映了生态演变的过程,它
对生态系统的碳循环机制、变化速率、潜力产生重要
影响。 土地利用的管理和经营活动所形成的干扰强
度、数量和过程变化,在某种程度上影响和改变了土
地覆被组成、结构、模式,从而进一步影响生态系统
的碳储量。
图 1摇 中国 30m格网土地覆被的产品结构和类型划分指标体系
Fig.1摇 The structure of 30 m grid China land cover product
and criteria of classification
分类系统使用灵活的植被覆盖度定义。 对于植
被的定义,特别是森林定义,其覆盖度 /郁闭度阈值
在各国、国际组织均不一致。 LCCS 方法的植被类型
定义的覆盖度>10%—20%,FAO 森林部、全球森林
资源评估(FRA)计划、美国林业部门的森林定义为>
10%郁闭度,美国地质调查局(USGS)国家土地覆被
产品(NLCD)采用森林定义为 20%的郁闭度[13],中
国科学院土地资源分类系统中森林定义为郁闭度>
30%[14],中国国家林业清查定义的森林郁闭度为
20%。 为了便于各类植被类型的对比,制定具有连
续值的、而非分类的植被覆盖度或森林郁闭度数据
层,通过不同植被覆盖度的再分类,可以进行不同分
类系统之间的转换。
采用 FAO LCCS 方法划分类型。 LCCS 方法类
型定义相对准确和全面,先验的设计理念使之更加
公正、均衡,也使得系统的应用扩展性更强。 随着全
球环境问题的日益关注,土地覆被数据在国际上的
使用、交流与对比更加频繁,标准化的 LCCS 将是未
来的应用趋势,LCCS 已应用到东非 11 个国家 30m
土地覆被 ( Africover)、欧盟全球土地覆被研究中
(Globcover和 GLC2000)。 考虑该系统的土地覆被
产品估算的碳储备将在联合国气候框架会议及碳贸
易谈判中应用,土地覆被二级类型采用 LCCS类型。
考虑到分类系统的完整性、制图的可操作性,分
类系统采用谱系结构和分层结构细化类型。 不断增
加划分指标丰富土地覆被类型,但倍增土地覆被类
型,会增加制图的难度,也不利于土地覆被数据的灵
活使用。 并行处理方式是将每个指标划分的类型形
成独立的数据层,每个指标之间不交叉,根据应用的
需要,选择不同的指标组合,使分类系统应用更加简
便、灵活。 一、二级类型采用谱系结构的土地覆被类
型,通过遥感监测实现制图,获取空间一致性的土地
覆被产品;三级类型中加入植被特征参量、环境类
型、土地利用类型,采用并行的分层结构。
2摇 中国土地覆被分类系统
土地覆被分类系统分为三级,一、二级类表示土
地覆被的内在属性,三级类表示土地覆被的外在特
征。 一级为联合国政府间气候变化框架( IPCC)土
地覆被类型,二级基于碳收支的 LCCS 土地覆被类
型,三级为土地覆被的辅助特征,结合植被水平结
构、植物季节性、环境条件、群落建群种、土地利用
方式。
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2.1摇 一级分类及指标
土地覆被图例系统中,一级为 6 类,对应 IPCC
的 6类,包括林地、草地、湿地、耕地、人工表面、其它
类型(裸露地)。 以便使最终划分的数据类型与
IPCC保持一致,开展全球土地覆被和碳收支的估算
与对比。 类型划分考虑 4 个划分指标:植被的覆盖、
水的覆盖、人类活动、植被生活型。
2.2摇 二级分类及指标
二级类型由 FAO LCCS 的方法进行定义,共 38
类,具有统一的数据代码,便于政府间、国际组织的
数据交换与对比分析,反映通用的土地覆被特征
(表 1)。 二级类型是附属于一级类型。
表 1摇 面向碳收支的中国土地覆被玉、域级分类系统
Table 1摇 China land cover classification system for carbon budget ( level玉、域)
序号
Number
玉级分类
Level玉
域级分类
Level 域
代码
Code
指标
Features
1 林地 Woodland 常绿阔叶林 101 自然或半自然植被,H= 3—30m,C>20%,不落叶,阔叶
落叶阔叶林 102 自然或半自然植被,H= 3—30m,C>20%,落叶,阔叶
常绿针叶林 103 自然或半自然植被,H= 3—30m,C>20%,不落叶,针叶
落叶针叶林 104 自然或半自然植被,H= 3—30m,C>20%,落叶,针叶
针阔混交林 105 自然或半自然植被,H= 3—30m,C>20%, 25%常绿阔叶灌木林 106 自然或半自然植被,H= 0.3—5m,C>20%,不落叶,阔叶
落叶阔叶灌木林 107 自然或半自然植被,H= 0.3—5m,C>20%,落叶,阔叶
常绿针叶灌木林 108 自然或半自然植被,H= 0.3—5m,C>20%,不落叶,针叶
乔木园地 109 人工植被,H= 3—30m,C>20%
灌木园地 110 人工植被,H= 0.3—5m,C>20%
乔木绿地 111 人工植被,人工表面周围,H= 3—30m,C>20%
灌木绿地 112 人工植被,人工表面周围,H= 0.3—5m,C>20%
2 草地 Grassland 草甸 21 自然或半自然植被, K>1.5,土壤水饱和,H= 0.03—3m,C>20%
草原 22 自然或半自然植被, K= 0.9—1.5,H= 0.03—3m,C>20%
草丛 23 自然或半自然植被,K>1.5,H= 0.03—3m,C>20%
草本绿地 24 人工植被,人工表面周围,H= 0.03—3m,C>20%
3 湿地 Wetland 森林湿地 31 自然或半自然植被,T>2或湿土,H= 3—30m,C>20%
灌丛湿地 32 自然或半自然植被,T>2或湿土,H= 0.3—5m,C>20%
草本湿地 33 自然或半自然植被,T>2或湿土,H= 0.03—3m,C>20%
湖泊 34 自然水面,静止
水库 /坑塘 35 人工水面,静止
河流 36 自然水面,流动
运河 /水渠 37 人工水面,流动
4 耕地 Cropland 水田 41 人工植被,土地扰动,水生作物,收割过程
旱地 42 人工植被,土地扰动,旱生作物,收割过程
5 人工表面 居住地 51 人工硬表面,居住建筑
Artificial land 工业用地 52 人工硬表面,生产建筑
交通用地 53 人工硬表面,线状特征
采矿场 54 人工挖掘表面
6 裸露地 Bare land 稀疏林 61 自然或半自然植被,H= 3—30m,C= 4%—20%
稀疏灌木林 62 自然或半自然植被,H= 0.3—5m,C= 4%—20%
稀疏草地 63 自然或半自然植被,H= 0.03—3m,C= 4%—20%
苔藓 /地衣 64 自然,微生物覆盖
裸岩 65 自然,坚硬表面
裸土 66 自然,松散表面,壤质
沙漠 /沙地 67 自然,松散表面,沙质
盐碱地 68 自然,松散表面,高盐分
冰川 /永久积雪 69 自然,水的固态
摇 摇 C: 覆盖度 \郁闭度(%);F: 针阔比率(%);H: 植被高度(m); T: 水一年覆盖时间(月);K: 湿润指数; (草本)湿润指数[15] : K =
R
0.1 伊 T
,
R: 年降水量,T: 年内大于 0度的积温; 植被覆盖度: C =
Cp
Ct
, Cp : 植被叶面投影面积, Ct : 总地表面积
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摇 摇 二级分类采用 16个指标,它们分别是植被生活
型、植被高度、植被叶型、植被物候、植被覆盖度、植
被下土壤扰动、植被的收获性、植被与人工表面的空
间关系、水分条件、人工表面功能、土壤结构、土地颗
粒性、土壤盐分、土壤水分、水面状态、水面流动性。
有些类别划分使用 2—3个指标。
对于林地的细分类型,主要利用了植被生活型、
植被高度、植被叶型、植被物候、植被覆盖度、人类活
动,产生 12 种类型,基本上反映出了林地的结构。
草地采用了植被覆盖度、水分条件。 水分是制约草
地生长的重要环境因素,通过水分条件、覆盖度,基
本上能够反映出草地的生物量和类型。 耕地采用植
被下土壤扰动、植被的收获性、水的覆盖特征,产生 2
类不同植被种类、土壤固碳能力的类型。
2.3摇 三级土地覆被特征
三级土地覆被特征表达二级类型的植被类型细
化和外在因素特征进一步刻画,在二级分类的基础
上,针对植物覆盖类型进一步细化植被生物量相关
参数的土地覆被特征,同时划分环境和土地利用类
型。 三级土地覆被特征采用 9 个指标,它们分别是
植被覆盖度、生育期、热量、高程、坡度、坡向、群落优
势种、海陆关系、土地利用方式(表 2)。 三级类型或
者指标是独立于一、二级类型、形成独立的数据层。
植被覆盖度反映植被水平结构;生育期表达植
物在年内的生长期光合作用的时间和强度;环境参
量包括水分、热量、地形、坡度、坡向,反映植物生长
和固碳的环境控制和影响参量,隐含了植物固碳的
潜力等特征。
植物群落基于自然植被的建群种和作物类型划
分,反映不同植物之间的差异。 自然植被植物种类
(代码:101—108,21—23)的划分依据《中国植被图
集(1颐100万)》中植物分类系统[16],将建群种划分植
被型组、植被型、群系组,中国共 586 个群系组,如华
北落叶松林。 园地植物种类(代码:109—112)以实
际种植的植物定义,如柑桔园 \橡胶园等。 湿地植物
种类(代码:31—33)是依据中国主要湿地类型划分。
耕地植物种类(代码:41—42)定义大宗作物。
土地利用管理方式反映人工管理对碳储量的干
扰和影响作用,同时反映植被固碳的机制、变化速
率。 林地土地利用方式是依据 2003 年颁布的《国家
森林资源连续清查主要技术规定》中提出的 5 类功
能林地(表 2)。 草地土地利用方式是依据国土资源
部草地利用方式与中国科学院植物研究所的草地畜
牧类型进行划分的。
表 2摇 面向碳收支的中国土地覆被(植被类型)芋级类特征
Table 2摇 China land cover features for carbon budget estimation at level芋 (vegetation extension)
序号
Number
指标
Feature
阈值
Threshold
1 植被覆盖度 Vegetation fraction cover 连续值 0—100%,根据需要定制
2 生育期 Growth period 月数(1—12)
3 热量 Heat 寒带(Ta<1300毅), 寒温带(Ta
= 1300—2300毅), 温带(Ta = 2300—3700毅), 暖温带
(Ta= 3700—5300毅), 亚热带(Ta= 5300—8000毅),热带(Ta>8000毅)
4 地貌 Landform 平原(Hr= 0—30m)、台地(30—100m)、丘陵(100—200m)、山地(>200m)
5 坡度 Slope 平地(0—6毅)、缓坡(6—15毅)、斜坡(15—25毅)、陡坡(>25毅)
6 坡向 Aspect 阴坡(315—45毅)、半阴坡 ( 45—90 毅和 270—315 毅)、半阳坡 ( 90—135 毅和 270—315毅)、阳坡(135—225 毅)、无坡向(坡度小于 2毅)
7 植物群落 Community 植被的建群种划分
8 海陆关系 Salinity 海水 \饱和海水土壤的环境、陆生环境
9 土地利用方式 Land use
林地:防护林 \特种用途林 \用材林 \薪炭林 \经济林
草地:天然草地 \封育草地 \割草地 \冬春放牧草地 \夏秋放牧草地 \全年放牧草地 \休
憩用地 \绿地
摇 摇 Ta:为年内日均温大于 0度的积温;Hr为相对高差
3摇 分类系统示范应用
分类系统是针对生态系统碳收支设计的,同时
也考虑到遥感的解析力、制图的可行性。 在土地覆
被一、二级分类中,以遥感分类方法进行土地覆被制
图,形成基本的土地覆被类型数据。 三级类型为二
级类型的辅助特征,建立独立的、并列的数据层,形
成综合土地覆被数据集。 三级类型中,植被覆盖度、
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生育期通过遥感参数反演的方法获取,而地形数据
中的高程、坡度和坡向通过卫星多角度拍摄和模型
反演,气温数据基于国家气象地面观测站的数据进
行插值获取,植物物种、土地利用方式主要基于地面
调查。
该分类系统已应用到 30m尺度的中国面向碳收
支评估的土地覆被监测中,并开展了示范区研究。
示范区选取在中国中部地区的丹江湖水库上游一条
支流流域,坐标范围在 E106毅 43忆—107毅 28忆, N33毅
01忆—34毅12忆,覆盖面积 4177 km2。 该地区为亚热带
季节气候区的北部,垂直地带性强,生物多样性
丰富。
分类系统中一、二级土地覆被类型及三级类植
被覆盖度和生育期,采用 30m 尺度的中国 HJ鄄A \ B
卫星遥感数据。 HJ鄄A \ B 卫星具有重访周期为 2—
3d、幅宽大的优点,其获取数据量最大,在北方可保
障每一个月 1、2 景数据,南方多云多雨区可保障一
个季度 1、2景数据。 多时相数据往往比高空间分辨
率具有更强的土地覆被判别能力,空间分辨率解决
的是混合像元问题,而多时相数据解决类型识别能
力。 试验区获取了 6景影像,每 2个月 1期数据。
二级类型土地覆被分类采用面向对象技术,面
向对象技术的实现是通过分割过程、监督分类二次
处理过程完成。 分割过程目的是实现像素转为对象
的过程,是依据光谱的同质性聚类,分割成适合反映
地类几何特征的尺度,通过一次分类获取具有几何
特征和空间特征的对象组合,这些对象层具有了双
重特征,即光谱与几何特征,根据这些信息,进一步
分类、提取信息,该方法分类精度要高于基于像素的
分类方法。 分类算法采用支持向量机 ( SVM)方
法[17]和层次分类(HC)方法[18]。 首先,导入对象化
的 6 幅影像、面积、长宽比、标准差、高程、坡度、坡
向,基于野外调查的样本点数据进行 SVM 分类,在
此基础上,针对对象的空间关系、层次关系,利用 HC
方法进一步细化二级类型,主要包括区分乔木绿地、
草本绿地、居住地、工业用地、采矿场、水库、河流等
二级类
高程数据采用 30m 的 ASTER 卫星多视角度数
据,高程数据通过模型转换生产坡度和坡度数据,
ASTER反演数据不理想的地区采用美国航天飞机
90m雷达数据(STRM)获取的高程数据替代。 气温
参数分别采用统计数据空间化和地形梯度方法,气
温参数是中国 700 个气象观测站观测数据进行 krig
空间插值方法,产生 1km格网的数据,空间插值考虑
地形垂直变化对气温的影响。
植被盖度估算采用植被指数像元二分法,选择
植被生长茂盛期的 HJ 影像计算 NDVI,通过植被归
一化指数(NDVI)和土壤 NDVI反演植被覆盖度。 生
长期提取是利用每日 MODIS 卫星 1km 的 NDVI 与
30m 6期 HJ的 NDVI影像获取。 将上述两种数据在
时间上插值,建立 30m NDVI 的时间序列数据,通过
Savitzky鄄Golay滤波器[19],对时间序列的 NDVI 曲线
进行平滑,确定生长期的起始与结束时间。 最后,形
成中国汉江褒河流域 16 类土地覆被特征与 8 个辅
助环境特征的数据集(图 2)。
4摇 结论与讨论
本论文提出了面向碳收支的中国土地覆被分类
系统。 该分类系统由一、二级土地覆被基本类型、三
级辅助特征类型构成。 其基本类型定义以土地覆被
为主,通过物质组成、结构、排列、季节特征等 19 个
指标划分 38 个类型,反映生态系统的碳储量现状。
三级辅助类型利用 9个指标补充了二级土地覆被类
型的属性。 其中 5个环境指标主要反映生态系统碳
储备的潜力和强度,土地利用方式指标反映植被演
替过程植被碳收支中的人为扰动影响,植被覆盖度、
植被生育期、物种特征指标用于进一步细化植被类
型。 二级类型与三级类型为分层组织的土地覆被产
品,有利于产品管理和应用。 通过土地覆盖类型与
土地覆盖特征的结合,更加详刻画了地表覆盖特征。
该系统已应用到面向生态系统碳收支的 30m格网的
中国土地覆被制图中。
分类系统主要服务于国家生态系统碳储量评
估,也兼顾国家生态环境的评价目标。 分类系统在
植被类型中划分更多类型,通过植被的生活型、植被
垂直与水平结构、植被叶型、植被物候、植被下土壤
扰动、植被的收获性,反映不同生态系统的固碳能
力。 同时,考虑人工表面、水面、耕地、裸露表面的类
型,以便服务于大尺度的生态环境监测与评估。
本系统更多地考虑了人工植被的划分。 我国的
人为干扰、半自然的林地很多,如经济林、城市绿地、
环境保护林或城外景观林地等,其产生的固碳作用
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图 2摇 中国汉江褒河流域土地覆被及特征数据集
Fig.2摇 Land cover and character database in Baohe tributary of Han basin, China
各不相同。 经济林的人为管理最为强烈,为了达到
经济收益,需要对植被进行修剪、施肥、灌溉等,固碳
能力与自然有明显差异,分类系统中划分了乔木园
地和灌木园地;城市绿地为景观林地,也有一定的人
为干扰,如修剪、浇水等,分类系统中划分为城市乔
木林、城市灌木林和城市草地;环境保护林属于半人
工、半自然的林地,但人为干扰较少,本系统中归入
自然林类型。 有些人工林与建设用地混合在一样,
如四旁树、行道树等,不能独立划分,在二级类中以
混合居住地划分,但在三级类中,利用植被覆盖度再
将植被的成份进行分离出来。
本系统代码与 LCCS分类系统类型一致,以便参
与国际土地覆被的数据交流与对比。 LCCS 类型具
有如下几个特点:(1)土地覆被定义严格区分于土地
利用,类型定义具有准确的定量指标,设计类型中考
虑到所有的涵盖面;(2)具有尺度变化、层次结构的
继承关系;(3)独立于制图、信息源、监测方法以外的
分类系统。 LCCS不足之处在于,对于区域的土地覆
被特征拟合不够理想。 LCCS 已纳入国际标准化组
织(ISO鄄211)审批进程,逐步推广应用到各个国家和
组织土地覆被监测。
致谢:感谢中国科学院植物研究所白云飞教授、谢宗
强教授,及中国科学院华南植物园周国逸教授对分
类系统的指导。
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