Remote sensing evaluation of Chinese mainland's comprehensive natural resources carrying capacity and its spatial-temporal variation characteristics
Από RemoteSensing Wiki
Τηλεπισκοπική αξιολόγηση της συνολικής χωρητικότητας φυσικών πόρων της κινεζικής ηπειρωτικής χώρας και των χαρακτηριστικών της χωροχρονικής της διακύμανσης.
Συγγραφείς: Jianguo Wang, Fei Zhang, Mou Leong Tan, Jingchao Shi, Verner Carl Johnson, Hsiang-Te Kung
Πηγή: [1]
Εισαγωγή
Η Κίνα, η πιο πυκνοκατοικημένη χώρα στον κόσμο με τη δεύτερη μεγαλύτερη οικονομία για το 2019, αντιμετωπίζει σημαντικές προκλήσεις στον συνδυασμό της οικονομικής ανάπτυξης με τη διαχείριση των φυσικών πόρων. Η ταχεία οικονομική εξέλιξη και ο πληθυσμός άσκησαν πίεση στους φυσικούς πόρους, προκαλώντας κοινωνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα. Η μελέτη αναφέρεται στη σύνδεση μεταξύ οικονομικής ανάπτυξης, περιβαλλοντικής κρίσης, και κατανάλωσης φυσικών πόρων στην Κίνα. Επισημαίνει την πίεση που ασκείται στους φυσικούς πόρους λόγω της έντονης οικονομικής ανάπτυξης και του μεγάλου πληθυσμού, με ταυτόχρονη αναφορά σε κοινωνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα όπως η απώλεια βιοποικιλότητας και η κρίση νερού. Επίσης, επισημαίνεται η ανάγκη για ένα ισχυρό πλαίσιο αξιολόγησης για την καλύτερη διαχείριση των φυσικών πόρων υποστηρίζοντας τη βιώσιμη ανάπτυξη. Τέλος, αναφέρεται στις προσπάθειες που έχει ξεκινήσει η Κίνα για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, όπως το πρόγραμμα Three-North Wu et al,2013. Η ανάπτυξη της Κίνας απαιτεί τη συλλογή γρήγορων και ακριβών δεδομένων για την αξιολόγηση της κατανομής των φυσικών πόρων. Οι πολλές μελέτες χρησιμοποιούν δεδομένα από στατιστικές για να εξετάσουν την κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη. Λόγω της τεράστιας έκτασης και της πολυπλοκότητας της τοπογραφίας της Κίνας, είναι κρίσιμο να δημιουργηθούν πλήρη και ακριβή σύνολα δεδομένων για την αξιολόγηση της κατανομής των φυσικών πόρων. Για την καλύτερη διαχείριση των φυσικών πόρων και την επίτευξη βιώσιμης ανάπτυξης, προτείνεται η χρήση δεικτών αειφόρου ανάπτυξης, όπως αυτοί περιγράφονται στο Σύστημα Περιβαλλοντικής-Οικονομικής Λογιστικής (SEEA) που εκδόθηκε από τα Ηνωμένα Έθνη. Για να προσδιοριστεί πλήρως το φυσικό δυναμικό και η φέρουσα ικανότητα των φυσικών πόρων, προτείνεται η χρήση της έννοιας της "φέρουσας ικανότητας των φυσικών πόρων (NRCC)". Με την αξιολόγηση του ολοκληρωμένου NRCC και την ανάλυση του σχετικού δυναμικού της φέρουσας ικανότητας, μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς οι φυσικοί πόροι επηρεάζουν την κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη. Τέλος, η έρευνα σχετικά με τους φυσικούς πόρους περιλαμβάνει όλους τους φυσικούς βιολογικούς, ορυκτούς, ενεργειακούς, εδαφικούς και υδάτινους πόρους. Η κατανόηση και αξιολόγηση του NRCC είναι κρίσιμη για την υποστήριξη μιας πιο διαρκούς κοινωνικοοικονομικής ανάπτυξης. Η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάπτυξη ενός πλαισίου αξιολόγησης για τη Φέρουσα Ικανότητα Φυσικών Πόρων (NRCC) στην ηπειρωτική Κίνα με χρήση δεδομένων της τηλεπισκόπησης (RS) και συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών (GIS). Οι περιορισμοί της παραδοσιακής αξιολόγησης φέρουσας ικανότητας αντιμετωπίζονται με τη χρήση RS, που παρέχει υψηλή χωρική αναπαράσταση και συνεχή χρονική παρακολούθηση. Το μοντέλο χωρικής ανάπτυξης κοινωνίας χρησιμοποιείται για την κατασκευή του δείκτη NRCC, επιτρέποντας την ανάλυση των χαρακτηριστικών αλλαγής σε τοπικό επίπεδο. Η μελέτη παρέχει επίσης ανάλυση για τη χωρική κατανομή και τη χρονική εξέλιξη του NRCC, χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η ανάλυση μερικής συσχέτισης και ο δείκτης Hurst. Οι ερευνητές στοχεύουν στην ολοκληρωμένη αξιολόγηση του NRCC, προσεγγίζοντας τα νέα προβλήματα που επιφέρει η κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη. Η μελέτη αναδεικνύει τη σημασία της χρήσης RS και GIS για τη βιώσιμη διαχείριση φυσικών πόρων.
Περιοχή μελέτης
Η Κίνα βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα της Ασίας και δυτικά του Ειρηνικού Ωκεανού. Χαρακτηρίζεται από έκταση περίπου 9,6 εκατομμυρίων τετραγωνικών χιλιομέτρων και αντιμετωπίζει προκλήσεις στον τομέα της ενέργειας.
Η Κίνα δέχεται περισσότερες βροχοπτώσεις το καλοκαίρι και λιγότερες το χειμώνα, με μεγάλη διακύμανση μεταξύ των ετών. Η βροχόπτωση ποικίλλει πολύ και η γενική τάση είναι πτωτική από τη νοτιοανατολική ακτή προς τη βορειοδυτική ενδοχώρα. Η συνδυασμένη επίδραση θερμοκρασίας και βροχόπτωσης είναι πολύπλοκη, σχηματίζοντας διάφορους τύπους κλίματος. Παρά την πλούσια ποσότητα υδάτινων πόρων, οι συνολικοί υδατικοί πόροι κατά κεφαλήν είναι μικροί σε σχέση με τον παγκόσμιο μέσο όρο. Η Κίνα αντιμετωπίζει προκλήσεις στη διαχείριση των εδαφικών πόρων, ενώ η βροχόπτωση και οι υδάτινοι πόροι υφίστανται μεγάλες διακυμάνσεις. Η έρευνα επισημαίνει τη σημασία της κατανομής και διαχείρισης των πόρων σε χωροχρονικό πλαίσιο για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων.
Μέθοδοι
Επιλογή δείκτών - Δεδομένα
Η μελέτη πραγματοποιεί μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση για τη Φέρουσα Ικανότητα Φυσικών Πόρων (NRCC), με επίκεντρο τους υδάτινους, εδαφικούς, βιολογικούς και ενεργειακούς πόρους. Επισημαίνει τη σημασία των υδατικών πόρων για το περιβάλλον, την επιβίωση και την οικονομική ανάπτυξη, ενώ επισημαίνει την ανάγκη αντιμετώπισης της έλλειψης νερού και της ρύπανσης λόγω της αύξησης του πληθυσμού. Η μελέτη εξετάζει τη χερσαία αποθήκευση νερού, τη βλάστηση και τον κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης (NDVI) ως δείκτες αξιολόγησης. Τέλος, χρησιμοποιεί δείκτες όπως MODIS/NDVI για τη λήψη τιμών για το κλάσμα της φυτικής κάλυψης (FVC) με βάση τη διχοτομία των εικονοστοιχείων.
όπου NDVIsoil είναι η τιμή NDVI χωρίς κάλυψη βλάστησης και το NDVI veg είναι η τιμή NDVI με πλήρη κάλυψη βλάστησης. Η μελέτη αναφέρεται στην ηλιακή ακτινοβολία ως κύρια πηγή ενέργειας στη Γη και εξετάζει τη χωρική και χρονική διακύμανσή της στην ηπειρωτική Κίνα. Επιλέγει δείκτες όπως η επιφανειακή ηλιακή ακτινοβολία(SSR), η ένταση της διάβρωσης του εδάφους(SEI) , για τον χαρακτήρα των υδάτινων πόρων (TWS) και για τους βιολογικούς πόρους (FVC) προκειμένου να τους αξιολογήσει. Το ολοκληρωμένο μοντέλο αξιολόγησης NRCC τηλεπισκόπησης περιλαμβάνει αυτούς τους δείκτες. Xρησιμοποιήθηκαν δεδομένα βλάστησης από τη NASA, προεπεξεργάστηκαν με το MODIS Reprojection Tool, και υποβλήθηκαν σε διαδικασίες επεξεργασίας όπως αφαίρεση ακατάλληλων pixel και εξομάλυνση με μέθοδο φιλτραρίσματος Savitzky-Golay. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα για εδαφική αποθήκευση νερού, ένταση διάβρωσης του εδάφους, και επιφανειακή ηλιακή ακτινοβολία. Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε ετήσια σύνθεση μέγιστης τιμής (MVC) με χρήση του εργαλείου στατιστικών στοιχείων στο ArcGIS. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα βροχόπτωσης και θερμοκρασίας από το 1901 έως το 2020, ενώ κοινωνικά και οικονομικά δεδομένα λήφθηκαν από το "China Statistical Yearbook". Η μελέτη παρέχει λεπτομερή περιγραφή των μεθόδων επεξεργασίας και των πηγών δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν.
Ανάλυση χαρακτηριστικών χωροχρονικής διακύμανσης
Η μέθοδος εκτίμησης κλίσης του Sen είναι μια ισχυρή μη παραμετρική τεχνική υπολογισμού στατιστικών τάσεων. Η μέθοδος Mann Kendall είναι μια μη παραμετρική στατιστική δοκιμή, η οποία προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Mann το 1945, και στη συνέχεια βελτιώθηκε περαιτέρω από τους Kendall και Sneyers ( Man, 1945 , Kendall, 1975 ). Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη δοκιμή τάσεων και στην ανάλυση δεδομένων μακροχρόνιων σειρών ( Yue et al., 2002 ). Ανάλυση σταθερότητας Ο συντελεστής διακύμανσης (Cv) είναι μια αδιάστατη ποσότητα που αντιπροσωπεύει το βαθμό διασποράς των δεδομένων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση του βαθμού διασποράς και σταθερότητας δεδομένων με διαφορετικές διαστάσεις ή διαφορετικές μέσες τιμές ( Liu et al., 2016b ; Liu et al. , 2021 ). Ένταση διάρκειας της τάσης αλλαγής Ο δείκτης Hurst μπορεί να προβλέψει τη μεταβαλλόμενη τάση των μελλοντικών δεδομένων με βάση τα μακροπρόθεσμα δεδομένα χρονοσειρών. Είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για την ποσοτική περιγραφή της μακροπρόθεσμης εξάρτησης των πληροφοριών χρονοσειρών. Απόδοση χρονικής-χωρικής παραλλαγής του NRCC Ανάλυση μερικής συσχέτισης : Το γεωγραφικό σύστημα είναι πολύπλοκο, μεγάλο και αποτελείται από πολλαπλά στοιχεία. Η αλλαγή οποιουδήποτε στοιχείου στο σύστημα θα επηρεάσει αναπόφευκτα την αλλαγή άλλων στοιχείων. Η μερική ανάλυση συσχέτισης μπορεί να διαχωρίσει συγκεκριμένες μεταβλητές και να διερευνήσει με ακρίβεια την επιρροή μιας μεταβλητής στο σύστημα, η οποία μπορεί να λύσει αποτελεσματικά αυτό το πρόβλημα. Δύο παράγοντες, η θερμοκρασία και η βροχόπτωση, επιλέχθηκαν ως οι κλιματικές συνθήκες που επηρεάζουν την αλλαγή του NRCC.
Αποτελέσματα
Χαρακτηριστικά χωρικής κατανομής του NRCC - Δυναμικά χαρακτηριστικά του NRCC σε επαρχιακή κλίμακα
Η τιμή του NRCC μπορεί να χωριστεί σε πέντε επίπεδα, συμπεριλαμβανομένων των "Ι - Χειρότερο", "ΙΙ - Κακό", "ΙΙΙ - Μέτριο", "ΙV - Καλό" και "V - Εξαιρετικό". Η χωρική κατανομή του NRCC στην ηπειρωτική Κίνα από το 2003 έως το 2019 δείχνει χαμηλές τιμές κυρίως στις βορειοδυτικές και νοτιοδυτικές περιοχές, ενώ υψηλές τιμές παρατηρούνται στις νότιες και βορειοανατολικές περιοχές. Παρατηρείται σημαντική φθίνουσα τάση της NRCC από νοτιοανατολικά προς βορειοδυτικά. Στις βορειοδυτικές και νοτιοδυτικές περιοχές, κυριαρχούν οι βαθμοί I και II λόγω της έλλειψης υδάτινων πόρων και της χαμηλής κάλυψης βλάστησης. Η νοτιοανατολική Κίνα παρουσιάζει τα επίπεδα IV και V, με το άριστο NRCC να καλύπτει το 33,77% της συνολικής έκτασης της χώρας. Η υψηλή βροχόπτωση στο νότο και το υγρό κλίμα στη βορειοανατολική περιοχή συνεισφέρουν στην υψηλή κάλυψη βλάστησης και τους πλούσιους φυσικούς πόρους. Ωστόσο, οι πόλεις των τεσσάρων πρώτων επιπέδων στην Κίνα έχουν χαμηλότερη τιμή NRCC σε σχέση με τις γύρω περιοχές. Στο επίπεδο των επαρχιών, η NRCC στην Κίνα παρουσιάζει συνολικά υψηλό επίπεδο, με σταθερή ανοδική τάση κατά τη διάρκεια της μελέτης. Πολλές επαρχίες εμφανίζουν σταθερή αύξηση του NRCC. Η ανάλυση δείχνει ότι οι φυσικοί παράγοντες και η χρήση της γης σχετίζονται στενά με την κατανομή και τη δυναμική αλλαγή της NRCC στην Κίνα. Χωροχρονικά χαρακτηριστικά του NRCC - Απόδοση χωροχρονικής αλλαγής NRCC Η έρευνα εξέτασε τον μεταβαλλόμενο ρυθμό και τη σημασία του Καθαρού Ρυθμού Κάλυψης Γης (NRCC) στην ηπειρωτική Κίνα από το 2003 έως το 2019. Οι αναλύσεις δείχνουν ότι υπήρξαν μεγαλύτερες περιοχές με αυξητικές τάσεις του NRCC σε σύγκριση με φθίνουσες, με τις περιοχές που παρέμειναν σταθερές να αποτελούν το 92,85% της συνολικής έκτασης. Εμφανίζονται σχετικά υψηλές αυξητικές τάσεις σε συγκεκριμένες περιοχές, όπως το βόρειο Shaanxi και το κεντρικό Xinjiang. Η χωρική κατανομή της μερικής συσχέτισης μεταξύ βροχόπτωσης και NRCC δείχνει κυρίως θετική συσχέτιση, με το 81,21% της επιφάνειας να επηρεάζεται θετικά. Η βροχόπτωση συνδέεται στενά με την αύξηση του NRCC, ιδίως στο βόρειο τμήμα της Κίνας όπου η ξηρασία είναι πιο έντονη. Σε αντίθεση, περιοχές με αρνητική συσχέτιση, κυρίως στα νοτιοανατολικά της επαρχίας Σετσουάν, αντιπροσωπεύουν το 18,97% της έκτασης. Η μεγάλη βροχόπτωση εκεί προκαλεί πλημμύρες που επηρεάζουν τη χωρική κατανομή του NRCC.
Συμπεράσματα
Η μελέτη αναφέρεται σε ένα σύστημα δεικτών βασισμένο στην τηλεπισκόπηση, που εφαρμόζεται για την αξιολόγηση της φέρουσας ικανότητας φυσικών πόρων (NRCC) στην ηπειρωτική Κίνα από το 2003 έως το 2019. Ο δείκτης αυτός είναι χρήσιμος για την ανάλυση της βιωσιμότητας των φυσικών πόρων και την προστασία του περιβάλλοντος. Συνοψίζοντας, το NRCC στην ηπειρωτική Κίνα διατηρείται σε υψηλό επίπεδο. Υψηλά επίπεδα NRCC βρίσκονται στα νοτιοανατολικά και βορειοανατολικά τμήματα της ηπείρου, ενώ χαμηλά επίπεδα βρίσκονται στα βορειοδυτικά και νοτιοδυτικά τμήματα. Υπάρχει συνολική αυξητική τάση με διακυμάνσεις, κυρίαρχη στις περιοχές Shaanxi και Shanxi, ένα φαινόμενο που μπορεί να σχετίζεται με πολιτικές οικολογικής προστασίας. Η βροχόπτωση και η θερμοκρασία έχουν θετικές επιπτώσεις στο NRCC και η συσχέτιση είναι εμφανής στα λιβάδια και στην περιοχή με χαμηλό επίπεδο NRCC. Τέλος, η κατανομή του NRCC επηρεάζεται αρνητικά από το υψομέτρο. Συνολικά, προτείνεται η χρήση του συστήματος δεικτών για την προστασία και ανάπτυξη του φυσικού περιβάλλοντος.
