基于GlobeLand30的全球耕地利用格局變化研究

陳軍

（國家基礎地理信息中心，北京100830）

耕地是糧食安全的載體，是人類社會生存和發(fā)展的戰(zhàn)略資源。在當前世界人口持續(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，精細刻畫全球耕地分布空間格局，準確掌握全球耕地時空變化規(guī)律，對國家糧食安全戰(zhàn)略決策具有重要意義[1]。同時，作為重要的土地景觀類型，耕地利用受到人類活動擾動劇烈，耕地的擴展、撂荒、作物類型更替以及與其他地物類型的轉換，會改變耕地的物質流和能量流，進而影響地球系統(tǒng)的氣候、水文、生物地球循環(huán)等全球變化過程[2]。

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

2009年，中國科學技術部啟動了國家“863”計劃重點項目“全球地表覆蓋遙感制圖及關鍵技術研究”，國家基礎地理信息中心聯(lián)合了北京師范大學、中國農業(yè)科學院、中國科學院等18家科研院所和高校，經過4年多的協(xié)同攻關，研究解決了30 m空間分辨率全球地表覆蓋遙感制圖關鍵技術難題，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，在實現(xiàn)了該領域“從跟蹤到引領”的跨越式發(fā)展。GlobeLand30數(shù)據(jù)產品包括2000年和2010年兩個基準年份，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類一級土地覆蓋類別。全球總體分類精度達 80%以上，其中耕地分類精度達83.06%[7-9]。目前該套產品已經贈予聯(lián)合國，供聯(lián)合國及國際社會使用。這是中國向聯(lián)合國提供的首個全球性地理信息公共產品，被國際同行專家譽為“對地觀測與地理信息開放共享的里程碑”[10]。

中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所參與了GlobeLand30數(shù)據(jù)產品研發(fā)的全過程，為全球耕地的遙感分類和制圖作出了重要貢獻，尤其牽頭制定了《地表覆蓋樣本采集技術方案》和《數(shù)據(jù)產品精度評價技術方案》，科學性、操作性和規(guī)范性強，有效指導了該套地表覆蓋數(shù)據(jù)產品的精度評價和質量控制。GlobeLand30數(shù)據(jù)產品為全球或洲域尺度的地表覆蓋時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)產品研制的基礎上，中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所率先開展了全球耕地利用格局時空變化分析，基于2000和2010年GlobeLand30數(shù)據(jù)集的耕地數(shù)據(jù)層，構建了全球及重點區(qū)域耕地分析指標體系，研制了耕地分析的海量數(shù)據(jù)自動化處理和統(tǒng)計技術，建立了適合耕地特點的時空統(tǒng)計和變化分析方法；同時，完成了全球耕地分析成果的集成和發(fā)布，實現(xiàn)了在線式交互式耕地知識數(shù)據(jù)集，為“從數(shù)據(jù)到知識到服務”提供了重要信息平臺。

該專題刊登了該項研究中的6篇耕地利用格局時空變化分析論文，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年耕地時空變化、耕地與其他地類轉入與轉出、以及耕地利用強度變化等數(shù)量、空間特征。同時，對不同大洲的重點區(qū)域耕地時空變化特征進行了深入探討，如亞洲中國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)耕地擴展、非洲耕地時空變化與自然因子關系等。這些研究成果不僅提高了中國全球高分辨率地表覆蓋制圖的技術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數(shù)據(jù)，為服務中國“一帶一路”倡議和“農業(yè)走出去”戰(zhàn)略，充分利用國內國際“兩種資源、兩個市場”提供技術和信息支撐[11]。

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