卫星遥感获取全球工业热源时空分布

文摘   科技   2024-09-04 07:30   北京  

*本文为「天空观察实验室」原创内容

工业热源(Industry Heat Sources, IHS)是指钢铁厂、水泥厂、炼油厂、化工厂等在生产过程中消耗大量能源并向大气中释放大量热量和温室气体的工业设施。全球工业热源(GIHS)的时空分布对于评估能源消耗水平、碳排放和空气污染程度至关重要。

马彩虹等人2024年6月在《科学数据(Scientific Data)》期刊发表论文《2012 年至 2021年全球远程工业热源数据集的年度动态》(Annual dynamics of global remote industrial heat sources dataset from 2012 to 2021),该文基于多源卫星遥感大数据,构建了2012-2021年逐年的全球大陆区域工业热源数据集。

以下总结马彩虹论文的部分内容介绍全球工业热源数据集的遥感数据、处理方法、精度和成果分析,最后提供数据集的网盘下载链接。

 一

数据和方法

马彩虹研究团队采用多源卫星遥感数据和基于密度的时空聚类模型,构建了首个长期(2012-2021年)的全球工业热源数据集,2012-2021年全球工业热源数据集构建及分析流程图见图1。

图1 2012-2021年全球工业热源数据集构建及分析流程图(引自参考资料1)

卫星遥感数据:

(1)热异常数据,2012-2021年的索米国家极地轨道伙伴 (Suomi National Polar-orbiting Partnership, NPP)卫星可见光红外成像辐射仪(VIIRS)活动火点/热点(Active Fire/Hotspot, ACF)数据,NPP-VIIRS ACF数据的分辨率为375米。

(2)夜间灯光数据,NPP卫星VIIRS的年度夜间灯光数据(Nighttime Light Data, NTL),NPP-VIIRS NTL数据的分辨率为750米。

研究方法:

(1)遥感数据预处理:1)对活动火点/热点(NPP-VIIRS ACF)数据进行预处理,将其按全球经纬度1°x 1°网格划分,并针对数据量大的网格进行进一步细分;2)将夜光数据(NPP-VIIRS NTL)数据重采样至375米分辨率,并生成2012-2021年的最大夜间灯光数据。

(2)全球工业热源构建:1)基于改进的自适应K均值算法和长期活动火点/热点(NPP-VIIRS ACF)数据构建热源对象;利用多特征和经验阈值算法识别工业热源对象,并去除生物质燃烧对象;2)利用最大夜间灯光数据进一步识别工业热源对象;3)通过在线高分辨率影像图、兴趣点(POI)信息和开放街道地图等数据对工业热源数据进行人工验证。

(3)统计分析:提取研究区域内不同年份的工业热源数量和活动火点/热点(NPP-VIIRS ACF)数量,用于分析工业热源的活动状态和生产规模。
 二

成果精度和分析

构建了2012-2021年全球工业热源数据集,数据集包含25544个工业热源对象的地理位置和属性信息(shp格式存储),每个对象有19个属性值。数据集验证精度为:91.0%至93.5%(总用户精度)。

独立于论文作者的精度评估,随机挑选了1个县(河北省唐山市迁安市)的工业热源点位与高分辨率卫星图像叠加(局部放大图见图2),点位全落在工厂区内或边上,个别点定位有一定偏差,应该是受使用的遥感数据源位置精度所限,但附近有工厂。

图2 全球工业热源数据集局部点位与高分辨率卫星图像叠加显示图

全球工业热源成果分析:

(1)全球工业热源90.0%位于北半球,主要分布在亚洲、欧洲和北美洲,其中约56.2%分布在北纬28-48°之间。

(2)全球陆地区域的工作(开工)工业热源数量最高值出现在2017-2018年;亚洲、欧洲、澳大利亚和近海区域工作工业热源数量在2014-2015年之前快速增加,随后波动下降;北美洲、南美洲和非洲工作工业热源数量2012-2018年缓慢增加,随后急剧下降。

(3) 国家尺度上,美国、沙特阿拉伯、印度和土库曼斯坦的工作工业热源数量在2012-2021年呈上升趋势;中国和俄罗斯的工作工业热源数量呈现下降趋势
图3 全球工业热源数据集(点)图(引自参考资料1)
 三

数据价值和下载链接

2012-2021年全球工业热源数据集,提供了全球工业热源的时空分布,精度较高,是一个很有价值的数据资源。工业热源的位置和分布是监测碳排放、污染气体和工业活动的基础数据,有助于全球环境变化、减少碳排放和改善大气污染的研究,并为制定相关环境政策和能源政策提供科学依据。

全球工业热源数据集是开源的,参考资料1中有官方下载链接。本号提供的网盘下载链接为:https://pan.baidu.com/s/1PV7XAXEKl1AZ1rYFx54agQ,提取码: up7n 。

—END—
参考资料
1.  Ma, C., Li, T., Sui, X. et al. Annual dynamics of global remote industrial heat sources dataset from 2012 to 2021. Sci Data 11, 631 (2024). https://doi.org/10.1038/s41597-024-03461-3 .




欢迎分享至朋友圈!

未经授权,禁止转载!

转载与合作请联系下方二维码

点赞”“在看”,让更多人看到

天空观察实验室
洞察遥感前沿
 最新文章