Analysis of lake and lake shoreline evolution in Hubei province in recent 30 years based on Google Earth Engine

doi:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2021.10.009

Abstract

Abstract: Based on the remote sensing data processing cloud platform Google Earth Engine（GEE）, combined with normalized differential water body index（NDWI） and JavaScript programming, the rapid identification of large and medium-sized lakes was carried out in Hubei province from 1990 to 2019. Based on this, shoreland extraction, morphological index calculation and driving mechanism analysis of lake evolution were carried out. The results showed that the lake area decreased by 361.64 km² in 1990—2019, with a trend of decreasing first, then increasing and then decreasing. Farmland and pond were the main types of land transferred into and out of lakes. The length of the shoreline fluctuates with a total decrease of 2 406.77 km, and the mean value of the shoreline development coefficient and fractal dimension did not change significantly. The lakes with similar shoreline development coefficient had similar shoreline surrounding environment.

Key words: Google Earth Engine（GEE）, lake shoreline, NDWI, random forest method, Hubei province

CLC Number:

P343.3

LIAO Wen-xiu, CHEN Yi-yun, ZHAO Xi, WEN Xu-chang. Analysis of lake and lake shoreline evolution in Hubei province in recent 30 years based on Google Earth Engine[J]. HUBEI AGRICULTURAL SCIENCES, 2021, 60(10): 46-54.

References

[1] 饶恩明,肖燚,欧阳志云.中国湖库洪水调蓄功能评价[J].自然资源学报,2014,29(8):1356-1365.
[2] 张瑞美,陈献,张献锋,等.我国河湖水域岸线管理现状及现行法规分析——河湖水域岸线管理的法律制度建设研究之一[J].水利发展研究,2013,13(2):28-31.
[3] 王浩,徐新华,付仰木,等.淮河流域河道(湖泊)岸线利用现状及管理对策[J].中国水利,2010(2):32-34.
[4] 姜丽光,姚治君,刘兆飞,等.湖泊动态变化遥感研究综述[J].遥感技术与应用,2013,28(5):807-814.
[5] 文雄飞,蔡斌,陈蓓青,等.基于Landsat卫星数据的洪湖水体遥感监测研究[J].人民长江,2012,43(8):43-47.
[6] 李晓东,肖建设,李凤霞,等.基于EOS/MODIS数据的近10 a青海湖遥感监测[J].自然资源学报,2012,27(11):1962-1970.
[7] 曹乐,聂振龙,姜高磊,等.基于GF卫星解译巴丹吉林沙漠湖泊水量变化[J].人民黄河,2020,42(7):40-45.
[8] 贾祎琳,张文,孟令奎.面向GF-1影像的NDWI分割阈值选取方法研究[J].国土资源遥感,2019,31(1):95-100.
[9] 刘斌,白少云,余珮珩,等.结合高分遥感和多源数据的高原湖泊流域土地利用分析[J].测绘通报,2019(12):77-82.
[10] 张宝林,贾瑞晨,张倩,等.基于遥感的达来诺尔湖泊水域面积变化研究[J].水土保持研究,2011,18(6):196-199.
[11] 白洁,陈曦,李均力,等.1975—2007年中亚干旱区内陆湖泊面积变化遥感分析[J].湖泊科学,2011,23(1):80-88.
[12] 李磊,李艳红,陈成贺日,等.1972—2011年期间艾比湖面积变化研究[J].湿地科学,2014,12(2):263-267.
[13] 玉素甫江·如素力,李兰海,比拉力·依明,等.基于Landsat ETM+的内陆湖泊水体信息提取方法研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2013,41(12):227-234.
[14] 王红娟,姜加虎,李新国.岱海湖泊岸线形态变化研究[J].长江流域资源与环境,2006(5):674-677.
[15] 刘蕾,臧淑英,邵田田,等.基于遥感与GIS的中国湖泊形态分析[J].国土资源遥感,2015,27(3):92-98.
[16] 孙金彦,徐南,董丹丹,等.不同空间分辨率遥感数据识别湖泊的误差分析[J].人民长江,2019,50(4):25-31.
[17] 杜石霞,金宝轩,李石华,等.近40年来抚仙湖面积时空分异遥感动态监测[J].海洋与湖沼,2018,49(1):40-51.
[18] BAYRAM B, SEKER D Z, ACAR U, et al.An integrated approach to temporal monitoring of the shoreline and basin of Terkos Lake[J].Journal of coastal research, 2013, 29(6):1427-1435.
[19] TAHER R A, JAFARI M, FALLAH M, et al. A study on variations of shoreline changes and temporal-spatial potentiality for cloud seeding at Urumia lake[J].Isprs international archives of the photogrammetry remote sensing & spatial information sciences,2015,XL-1-W5(1):15-30.
[20] DURU U.Shoreline change assessment using multi-temporal satellite images:A case study of Lake Sapanca,NW Turkey[J]. Environmental monitoring & assessment,2017,189(8):385.
[21] 余珮珩,冯明雪,刘斌,等.顾及生态安全格局的流域生态保护红线划定及管控研究——以云南杞麓湖流域为例[J].湖泊科学,2020,32(1):89-99.
[22] 谈广鸣,姚仕明,黎礼刚.河湖岸线和内河洲滩资源高效利用与保护中的关键科学技术问题与预期成果展望[J].工程科学与技术,2019,51(3):1-8.
[23] 宋春桥,詹鹏飞,马荣华.湖泊水情遥感研究进展[J].湖泊科学,2020,32(5):1406-1420.
[24] 周志立. 基于GEE平台的近十年来洪湖水质遥感反演研究[D].武汉:湖北大学,2017.
[25] 刘东升. PIE 6.0遥感产品体系及应用服务[J].卫星应用,2020(5):15-21.
[26] GONZALO M G, LUIS G C, JULIA A L, et al.Multitemporal cloud masking in the google earth engine[J]. Remote sensing,2018,10(7):1079.
[27] YU T, DOUGLAS S, CHEN H, et al.Mapping vegetation and land use types in fanjingshan national nature reserve using google earth engine[J].Remote sensing,2018,10(6):927.
[28] ZURQANI H A,POST C J,MIKHAILOVA E A,et al.Geospatial analysis of land use change in the Savannah River Basin using google earth engine[J].International journal of applied earth observation and geoinformation,2018,69:175-185.
[29] LIU X,HU G,CHEN Y,et al.High-resolution multi-temporal mapping of global urban land using landsat images based on the google earth engine platform[J].Remotesensing of environment,2018,209:227-239.
[30] 许璐. 中国东北部边境森林植被覆盖变化研究[D].西宁:青海师范大学,2018.
[31] 陈黔. 基于Google Earth Engine的中国北方四大沙地灌木覆盖度估算[D].贵阳:贵州师范大学,2019.
[32] 冯李,胡文英,李应鑫,等.Google Earth Engine在四川省多年植被覆盖度动态监测中的应用[J].林业资源管理,2019(4):124-131.
[33] 郭永强,王乃江,褚晓升,等.基于Google Earth Engine分析黄土高原植被覆盖变化及原因[J].中国环境科学,2019,39(11):4804-4811.
[34] 赵梦溪. 基于Google Earth Engine的黑龙江省植被覆盖时空变化分析[D].哈尔滨:东北林业大学,2020.
[35] 王华,杨乾鹏,田云杰,等.基于多时相Landsat影像的中亚地区植被覆盖遥感监测[J].干旱区地理,2020,43(4):1023-1032.
[36] 徐晗泽宇. 赣南柑橘果园扩张及其对景观影响的遥感研究[D].南昌:江西师范大学,2018.
[37] 孟梦,田海峰,邬明权,等.基于Google Earth Engine平台的湿地景观空间格局演变分析:以白洋淀为例[J].云南大学学报(自然科学版),2019,41(2):416-424.
[38] 修晓敏,周淑芳,陈黔,等.基于Google Earth Engine与机器学习的省级尺度零散分布草地生物量估算[J].测绘通报,2019(3):46-52,75.
[39] 晋宇. 基于LT-GEE的山西省土地覆被变化检测[D].山西临汾:山西师范大学,2019.
[40] 李睿. 基于Google Earth Engine的桂林市土地利用时空变化分析[D].南昌:东华理工大学,2019.
[41] 刘博远. 基于Google Earth Engine的郴州市土地利用变化及其驱动力分析[D].北京:中国地质大学(北京),2020.
[42] 陈炜,黄慧萍,田亦陈,等.基于Google Earth Engine平台的三江源地区生态环境质量动态监测与分析[J].地球信息科学学报,2019,21(9):1382-1391.
[43] 李洁,黄岩,刘昭贤,等.基于高分辨率遥感影像的徐州市区生态环境质量评估[J].现代测绘,2020,43(1):36-39.
[44] 李洁. 基于Google Earth Engine的全国人居生态环境质量时空演变规律研究[D].江苏徐州:中国矿业大学,2020.
[45] 刘垚燚,田恬,曾鹏,等.基于Google Earth Engine平台的1984—2018年太湖水域变化特征[J].应用生态学报,2020,31(9):3163-3172.
[46] 李丹,吴保生,陈博伟,等.基于卫星遥感的水体信息提取研究进展与展望[J].清华大学学报(自然科学版),2020,60(2):147-161.
[47] 潘文斌,黎道丰,唐涛,等.湖泊岸线分形特征及其生态学意义[J].生态学报,2003(12):2728-2735.
[48] 李新国,江南,王红娟,等.近30年来太湖流域湖泊岸线形态动态变化[J].湖泊科学,2005(4):294-298.
[49] 何昭欣,张淼,吴炳方,等.Google Earth Engine支持下的江苏省夏收作物遥感提取[J].地球信息科学学报,2019,21(5):752-766.
[50] 董欣,刘鹏程.基于GEE的土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究——以京津冀地区为例[J].华中师范大学学报(自然科学版),2020,54(4):670-678.
[51] MUREFU M.基于GEE的非洲湿地分类研究[D].长春:吉林大学,2019.
[52] 李晨露. 基于Google Earth Engine的杭州市永久基本农田利用动态监测研究[D].杭州:浙江大学,2020.
[53] BREIMAN L.Random forests[J].Machine learning,2001,45(1):5-32.
[54] 黄燕,杨娟,陈有明.湖北省湖泊现状与变化遥感研究[J].华南地质与矿产,2019,35(2):270-276.