遥感和GIS在湿地调查、制图和变化分析中的应用外文翻译资料

 2022-04-08 22:19:56

Journal of Environmental Management 90 (2009) 2144e2153

www.elsevier.com/locate/jenvman

Remote sensing and GIS for wetland inventory, mapping and change analysis

L.-M. Rebelo*, C.M. Finlayson, N. Nagabhatla

International Water Management Institute, PO Box 2075, Colombo, Sri Lanka

Received 12 March 2007; received in revised form 8 May 2007; accepted 25 June 2007

Available online 25 March 2008

Abstract

A multiple purpose wetland inventory is being developed and promoted through partnerships and specific analyses at different scales in response to past uncertainties and gaps in inventory coverage. A partnership approach is being promoted through the Ramsar Convention on Wetlands to enable a global inventory database to be compiled from individual projects and analyses using remote sensing and GIS. Individual projects that are currently part of this global effort are described. They include an analysis of the Ramsar sitesrsquo; database to map the distribution of Ramsar sites across global ecoregions and to identify regions and wetland types that are under-represented in the database. Given the extent of wetland degradation globally, largely due to agricultural activities, specific attention is directed towards the usefulness of Earth Observation in providing information that can be used to more effectively manage wetlands. As an example, a further project using satellite data and GIS to quantify the condition of wetlands along the western coastline of Sri Lanka is described and trends in land use due to changes in agriculture, sedimentation and settlement patterns are outlined. At a regional scale, a project to map and assess, using remote sensing, individual wetlands used for agriculture in eight countries in southern Africa is also described. Land cover and the extent of inundation at each site is being determined from a multi-temporal data set of images as a base for further assessment of land use change. Integrated fully within these analyses is the development of local capacity to plan and undertake such analyses and in particular to relate the outcomes to wetland management and to compile data on the distribution, extent and condition of wetlands globally.

copy; 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Keywords: Wetland; Inventory; Mapping; Remote sensing; GIS

  1. Introduction

The need for information in support of wetland manage- ment is multi-scalar e from global, regional and national assessments to guide policy-making and prioritization of responses to more local information on specific wetlands to guide management planning processes, including assessment and monitoring. However, in many instances baseline wetland inventory is incomplete, and what has been collected is often inconsistent and/or is not readily accessible to those who need to use it (Finlayson and Spiers, 1999). The Ramsar Conven- tion on Wetlands has long recognised the need to develop

* Corresponding author.

E-mail address: l.rebelo@cgiar.org (L.-M. Rebelo).

0301-4797/$ - see front matter copy; 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved. doi:10.1016/j.jenvman.2007.06.027

techniques that can fill gaps in baseline inventory and has supported the development and application of inventory techniques including the application of remote sensing and GIS (Finlayson et al., 1999; Lowry, 2006; Rosenqvist et al., 2007; Davidson and Finlayson, 2007).

At the same time advancements in Earth Observation coupled with ground analyses have provided opportunities for identifying, describing and mapping the distribution of wetlands at a range of scales from local to global (Sahagian and Melack, 1996; Darras et al., 1999; Lehner and Douml;ll, 2004; Fernandez-Prieto et al., 2006). However, the methods by which wetlands have been identified or classified using global data sets have varied and the results have often been in- compatible or inconsistent (Finlayson et al., 1999; Lehner and Douml;ll, 2004). As a consequence there are some major gaps in wetland inventory (e.g. in southern America and for peatlands)

and inconsistencies in methods and efforts to assess the extent and condition of wetlands, and the estimates of the rate of wetland loss and degradation globally are incomplete or based on unsubstantiated assertions (Finlayson et al., 2005).

Despite, or perhaps because of the absence of reliable data the continuing loss and degradation of wetlands is of ongoing concern to the Ramsar Convention that has through its in- volvement in recent remote sensing initiatives (Fernandez- Prieto et al., 2006; Davidson and Finlayson, 2007; Rosenqvist et al., 2007) and the Millennium Ecosystem Assessment (Finlayson et al., 2005) promoted the need to make available a comprehensive information base on the sta- tus and trends of wetlands, their values, and the major drivers of change. Through its triennial Conference of Parties the Convention has also promoted further analyses of its existing data on wetlands listed as internationally important (Wetlands International, 2005), and an assessment of the interactions between wetlands and agriculture. In response to the well- recognised data limitations and need for further information and analyses we report

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遥感和GIS在湿地调查、制图和变化分析中的应用

L.-M. Rebel*, C.M. Finland, N. Mahabharata

International Water Management Institute, PO Box 2075, Colombo, Sri Lana

Received 12 March 2007; received in revised form 8 May 2007; accepted 25 June 2007

Available online 25 March 2008

摘要

目前正在通过伙伴关系和不同规模的具体分析，针对过去不确定因素和清单覆盖方面的差距，制定和促进多用途湿地清查。正在通过“拉姆萨尔湿地公约”促进伙伴关系办法，以便能够利用遥感和地理信息系统从个别项目和分析汇编全球清单数据库。本文介绍了目前全球努力的一部分的个别项目。它们包括对拉姆萨尔站点数据库的分析，以绘制拉姆萨尔站点在全球生态区域的分布情况，确定数据库中未充分表示的区域和湿地类型。鉴于全球湿地退化的程度，主要是由于农业活动，特别注意的是，着眼于地球观测在提供可用于更有效管理湿地的信息方面的作用。举例来说，介绍了一个利用卫星数据和地理信息系统来量化斯里兰卡西海岸湿地状况的进一步的项目，介绍了斯里兰卡西部海岸线湿地的状况，概述了由于农业、沉降和沉降模式的变化，土地利用变化的趋势。

在区域一级，还介绍了一个利用遥感绘制和评估南部非洲八个国家用于农业的个别湿地的全球规模项目。土地覆盖和每个地点的淹没程度是由一个多时态数据集确定的，作为进一步评估土地利用变化的基础。在这些分析中充分整合的是地方上限的发展。国际湿地委员会计划和进行此类分析，特别是将结果与湿地管理联系起来，并汇编关于全球湿地分布、范围和状况的数据。

关键词：湿地；库存；映射；遥感；地理信息系统

1. 介绍

需要提供信息来支持湿地管理，这是从全球、区域和国家评估中得到的多标量 e，以指导决策和确定对更多当地有关特定湿地的信息的优先次序，以指导管理规划过程，包括评估和监测。然而, 在许多情况下，基线湿地清单是不完整的，所收集的东西往往不一致，而且或对需要使用它的人来说 (芬利森和斯皮尔斯，1999) 是不容易获得的。关于湿地的拉姆萨尔公约早就认识到发展的必要性。能够填补基线清单空白的技术，并支持开发和应用包括遥感和地理信息系统在内的清单技术 (芬利森等,1999；劳瑞, 2006；Revisionist 等，2007；戴维森和芬利森，2007)。

同时，地球观测的进展加上地面分析，为查明、描述和测绘从地方到全球范围内的湿地分布提供了机会；(Saharan 和 Mackerel，1996; Arras 等，1999；雷纳和 Douml;ll，2004；费尔南德斯-Prier 等，2006)。然而，使用全球数据集确定或分类湿地的方法多种多样，结果往往是兼容或不一致的 (芬利森等, 1999；雷纳和 Douml;ll, 2004)。因此，在湿地库存方面存在一些主要的差距 (例如在南美的泥炭)。和评估湿地的程度和状况的方法和努力不一致，以及全球湿地损失和退化率的估计是不完整的，或基于未经证实的断言 (芬利森等，2005)。

尽管如此，或许是由于缺乏可靠数据，湿地的持续损失和退化是《拉姆萨尔公约》持续关注的问题，最近的遥感倡议 (费尔南德斯-Prier 等，2006；戴维森和芬利森，2007；Revisionist 等人，2007) 和千年生态系统评估 (芬利森等，2005) 促进需要提供稳定的湿地，土族和趋势的综合信息库，他们的价值观，和变化的主要驱动力。通过其三年期缔约方会议，《公约》还促进进一步分析其现有的关于国际上重要的湿地数据 (湿地国际，2005)，并评估湿地与农业。为了响应公认的数据限制和需要进一步的信息和分析，我们报告了一些利用地球观测来提供这些信息的倡议。这些倡议包括: (一) 汇编全球湿地概览的步骤；(二) 对具有国际重要性的湿地地理代表性的分析；(三) 对特定湿地的变化进行分析。

2.全球倡议

2.1 全球湿地目录

作为千年生态系统评估的一部分，对全球湿地发明历史的成就和局限性进行了评估和报告(芬利森和Dlsquo;Cruz，2005)。评估结果证实，湿地测绘和清查的程度不足，最近的湿地估计的人低估了区域和各类湿地的重大差距。此外，芬利森等 (1999) 1280年百万公顷的全球估计数被低估 (表 1)；这是从国家来源获得的，远远高于以前通过地球观测产生的估计数 (芬利森等，1999)。此外，断言 (例如杜根，1990)50% 的世界范围内的湿地被视为投机，不受现有数据的支持 (芬利森和克鲁兹，2005)。使用多个数据集 (雷纳和 Douml;ll，2004) 对湿地范围进行的单独分析得出了9亿1700万公顷的全球估计数，与芬利森等 (1999) 的先前估计数有实质性差异，特别是关于欧洲和新热带的湿地 (包括加勒比和中美洲和南美) (表 1)。考虑到数据和方法在不同的分析中的差异，有些差异也许并不出乎意料，但估算之间的差异也意味着进一步的标准化可能是有用的。

表格1

“拉姆萨尔湿地公约”使用的六个地缘政治区域的全球湿地面积（百万公顷，括号内为百分比面积）

地区 全球湿地资源评估 全球湖泊和湿地数据库

(Finland等，1999） （Leaner和Dole，2004）

Africa 125 (10) 131 (14)

Asia 204 (16) 286 (32)

Europe 258 (20) 26 (3)

Tropics 415(32) 159(17)

North America 242(19) 287(31)

Oceania 36(3) 28(3)

Total 1280 917

为了应对湿地地区的不确定因素，全球湿地清单的编纂正在通过RAMSAR公约与国际、国家和地方组织（戴维森和Finland，2007）合作，并将信息纳入基于现有和新数据源的分立项目（例如Revisionist等人，2007）。特别是，方法的适用性和一致性与标准一致，建立基于地球观测应用的全球评估和监测能力相关的标准。这带来了一系列的方法，其中包括开发利用新近可用和先进的遥感数据的湿地特有方法（Fernandez Prier等人，2006；戴维森和Finland，2007；Positivist等人，2007）以及进一步考虑诸如“公约”（Davidson and Finland，2007）所提出的多尺度方法的有用性。

全球调查包括对湿地地理分布的分析，最初是基于现有的数据，例如十多年前主要编制的大陆目录中所包含的数据（Finland和van Oder Balk，1995年），并得到全球遥感数据（Saharan和Mackerel，1996年; Arras等人，1999年; Leaner和Dole，2004年）。目前正在考虑的其他方法学发展包括为全球绘制灌溉地区绘图而组装的方法和数据库（参见Thinkable等人，2006年）以及将新的卫星数据资源应用于全球基于遥感的湿地制图方法的挑战包括处理森林生态系统和非森林生态系统季节性和偶发性生态系统的改进和成本效益高的方法（Revisionist 等人，2007）。此外，现有信息的地理空间分析正用于评估土地覆盖和土地利用背景下的湿地保护和保护中的生态区域差距，如南部非洲概述的那样（见下文）地区全球湿地资源评估（Finland等，1999）全球湖泊和湿地数据库（Leaner和Dole，2004）并在特定的网站，如最近完成的映射斯里兰卡湿地（IUCN斯里兰卡和中央环境局，2006年）。

作为进一步的步骤，在拉姆萨尔公认的亚洲湿地清单（Finland等人，2002）的基础上编制了与规模相关的核心数据元素的清单，这些清单是通过各项举措的组合而建立起来的。这将提供最新的湿地绘图和清单数据和技术的范围分析，并将这些提供给管理人员重要的是，它也将发展区域，通过综合分析和专项能力建设实践，开展湿地保护工程的知识交流和能力建设，鼓励开展地勘研究工作。Fernandez Prier等人（2006）指出，通过地球观测研究仅仅获得更多的数据并不意味着我们有更好的分析。

2.2 库存伙伴关系

为了完成对全球湿地的有意义，准确和最新的测绘，清点和评估，开发一个平台是至关重要的，这个平台将允许许多在湿地工作的机构和团体共同努力实现这一目标。这不仅需要组织的一致性，还需要一个坚实的技术和科学基础。为此，联合国粮食和农业组织（粮农组织）通过全球陆地观测系统（C-TOGS）的沿海小组和国际水管理机构提出了全球湿地资源清查和制图的自愿多利益相关者倡议。并被拉姆萨尔公约科学和技术审查小组（STRP）接受（2006年6月）。该倡议的制定符合联合国可持续发展委员会关于促进可持续发展的伙伴关系的要求。

合作伙伴关系的目的是支持和引进全球湿地和绘图工作的一致性，最终将提供基础和结果，并将其汇集成一个准确的全球清单。伙伴关系的重点是协作和能力建设。目标包括发展区域知识交流和通过对湿地状况和趋势进行综合分析来开展湿地清查的能力，以及支持基于国家的努力和国家监测计划的能力建设。开发适用于土地覆盖/使用的标准化湿地分类系统是该提议的重要组成部分。作为合作关系的第一步，“拉姆萨尔公约”的小规模项目所涉及的清查任务将涉及湿地分类和划分，并评估不利变化的程度和后果。

伙伴关系是一个开放的过程，取决于多个机构和组织之间的合作;通过与拉姆萨尔公约的科学技术评审小组（STRP）的投入所代表的国际和区域组织已经建立的关系，这些特征已经被包含进来。京都议定书（K＆C）倡议是一个由日本空间机构JAXA牵头的国际合作项目，以支持碳循环科学和环境公约所提出的信息需求，L波段SAR仪器（PALSAR）于2006年1月发射的高级陆地观测卫星（ALOS）。其中包含一个专门的湿地主题，以提供重复和通过建立高分辨率（10〜20 m）多时间L波段SAR图像档案（Revisionist 等人，2007），对湿地特征描述和干扰监测提供一致的数据。

2.3 具有国际重要性的湿地的全球数据集

全球知名的拉姆萨尔湿地网络现在包含1600多个湿地，覆盖面积超过1.35亿公顷。包含网站信息的数据库定期更新，并每3年向公约提供一次正式概述（湿地国际，2005）。尽管该数据库构成了公众可获得的关于个别湿地的最广泛的清单信息来源，但它与一些湿地类型代表性不足之间存在许多差距，尽管由于数据库不是基于确切的含义，难以确定什么是代表性不足。关于空间数据和网站的选择并未得到一致或完整信息库的全面支持。在过去的三年期概述中，确定了四类不足表示（湿地国际，2005）。（i）全球覆盖率e指定湿地与全球湿地资源相关的全球分布情况，（ii）根据适当的生物地理分类划分的区域/国家代表性不足，（iii）指定用于某些湿地类型的地点数量，以及（iv）指定用于其湿地依赖性生物多样性的地点的数量。

作为支持具有国际重要性的湿地清单的持续倡议的一部分，通过STRP正在进行分析，以确定全球清单地点分布的地理代表性。 这项工作的目的是突出地理区域和湿地优先类型以进一步盘点，以及将地球观测用于湿地识别和描述的领域。通过这一分析确定的代表不足的领域将确定未来的研究方向，作为全球湿地绘图和清查努力的一部分。

这一分析最初是利用世界自然基金会确定的825个陆地生态区进行的（Olson 等人，2001）。在这种情况下，生态区被定义为包含自然群落和物种的不同组合的土地单元，并且已经通过建立在现有生物地理知识和生物地理分辨率的详细水平上的分类框架来识别。在分享环境条件和绝大多数物种和生态动态的过程中，这些生态区的组成部分以生态方式相互作用，这对它们的长期持久性至关重要。由于生物群落是这一全球分类中的第一层，因此对全球拉姆萨尔湿地的分布进行了调查。虽然有人建议（奥尔森等人，2001），这种分类很可能反映物种和群落的分布比基于景观生物单元的模型更为接近地理单元，如温度和降雨量（霍尔德里奇，1967），植被ST。遥感与遥感衍生的光谱信息（Allowance和Beheld，1997），在这些或类似的系统中的湿地站点的分布将在随后的更详细的分析中被检查。

世界自然基金会生物群系中全球拉姆萨尔遗址的分布情况如图 1和2所示。拉姆萨尔在单一生物群系中的最大集中地点是欧洲温带阔叶混交林（30％）和地中海森林，林地和灌木生物群落（10％）。这可能反映了有关国家上市过程的有效性，而不是这两个生物群落内湿地的面积范围。据估计，欧洲的湿地面积为2800万至3600万公顷，占全球总量的3％至20％，而新近地区或亚洲和北美的湿地面积最大（表1）。相比之下，拉姆萨尔湿地景观面积最大的生物群落包括热带和亚热带草原，稀树草原

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