Science Bulletin | 迅速扩张的北极人造不透水地表及其驱动机制
近日，中山大学测绘科学与技术学院程晓和刘冲研究团队在Science Bulletin发表了题为“Arctic's man-made impervious surfaces expanded by over two-thirds in the 21st century”的文章，量化并揭示了全北极不透水人造地表的时空变化规律及其驱动机制。
北极亚马尔半岛萨别塔港液化天然气基础设施。图片来源：https://www.alten.com/yamal-lng-project-gas-arctic-anotech-energy/
北极是维持地球系统运转的主要冷源之一，同时也是全球变化最为灵敏的响应器。随着气候变暖和社会经济的发展，北极在航道、资源等方面的价值愈发凸显，各类工业和民用基础设施建设方兴未艾。日益频繁的人类活动不仅会对北极生态环境造成潜在影响，还可能与气候变化效应互相叠加，引发或加剧一系列全球性问题。人造不透水地表是定量刻画人类活动的重要指标，但现有的相关研究和数据产品多集中在中低纬度地区。在高纬度，尤其是极地区域的人造不透水地表研究领域还存在诸多挑战。
针对以上问题，中山大学测绘科学与技术学院程晓和刘冲团队联合国内外多家科研单位，利用超过16万景卫星遥感影像，提出了“扰动感知+监督分类”模式的变化检测技术方法体系，获取并生产了1999~2018全北极陆域范围（树线以北）30 m空间分辨率人造不透水地表年际制图产品（Circumpolar Arctic Man-made Impervious Surface Product）（CAMI）。基于验证样本的精度评价表明CAMI具有较好的准确性，可有效填补已有全球同类产品在北极地区的空白。
图1 北极人造不透水地表时空信息遥感提取技术流程
基于CAMI数据集的分析结果表明，全北极人造不透水地表的面积在过去的20年内增长幅度接近70%。其中，超过七成的新增人造不透水地表位于俄罗斯，这一贡献比例要远超过其他北极国家/地区（加拿大、冰岛、挪威、格陵兰岛、阿拉斯加）。从年均变化来看，俄罗斯的北极人造不透水地表年均增长率甚至高于全球同期水平（基于清华大学发布的GAIA数据）。
图2 全北极人造不透水地表时空分布格局。（a）表示从自然地表转变为人造不透水地表的年份；（b）和（c）分别从国家和经纬度角度展示了人造不透水地表扩张规律
该研究还系统评估了造成北极人造不透水地表迅速扩张的驱动因素。结果显示，工业和交通基础设施建设可以解释超过95%的新增不透水地表面积。但在不同的地区和年份，主导北极人造不透水面扩张的土地利用类型不尽相同。
图2 三种人类活动类型：居民地扩建（H）、工业开发（I）和交通设施铺设（T）对于北极人造不透水地表扩张的贡献程度
该研究从土地覆盖变化角度重新审视了人类活动对于北极陆地生态系统的影响范围和变化趋势，揭示了地区和年际间的时空变化及其驱动机制差异, 为实现北极治理和可持续发展目标提供了更加详细的数据支持。
中山大学测绘科学与技术学院的刘冲副研究员为论文第一作者，程晓教授为通讯作者。研究得到了国家重点研发计划（2019YFC1509104, 2019YFC1509105, 2018YFC1407103）和广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515010924）等项目的支持。CAMI数据集可通过科学数据银行网站开放下载：(https://www.scidb.cn/)。
Liu Chong, Huang Huabing, Zhang Qi, Chen Xuanzhu, Xu Xiaoqing, Xu Hanzeyu, Cheng Xiao. Arctic’s man-made impervious surfaces expanded by over two-thirds in the 21st century. Science Bulletin, 2022, 67(14): 1425-1429, https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.06.001