基于夜间灯光遥感数据的中国社会经济关键参量模拟研究

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21世纪是人类文明高速发展期,而社会经济参量是测度人类文明发展的关键指标之一。目前世界各国社会经济统计多是根据本土需求制定统计口径,导致在大尺度上缺乏可对比性;此外,社会经济统计参量均是基于行政单元的,不能反映统计单元内部差异,难以客观全面揭示社会经济参量时空演变规律。对地观测获取的地表夜间灯光遥感影像具有时空连续性和准确客观等特点,与人类社会经济活动直接关联,能够反映超越行政单元的社会经济参量变化规律。因此,利用夜间灯光遥感数据研究模拟社会经济参量,分析社会经济参量时空演变格局,可从空间信息的角度认识社会经济发展时空演变过程,为社会经济调查和规划部门提供决策支持。  本研究选取全球社会经济发展最迅速国家之一——中国作为研究区,采用美国军事气象卫星计划搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)夜间灯光影像和国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射传感器(NPP/VIIRS)夜间灯光影像以及统计年鉴为数据源,研究DMSP/OLS标准化方法,分析中国夜间灯光时空演变格局,模拟经济和人口社会经济关键参量,并对比了两种夜间灯光数据在模拟社会经济参量上潜力。主要结论如下:  (1)中国夜间灯光过去21年主要围绕省会城市增长,形成长三角、珠三角和京津冀夜间灯光绵延区,在全国范围形成了以北京-成都-广州,上海组成的“四边形”夜间灯光集中区。全国七大分区中,华东区和华北区占全国夜间灯光总值超过50%,夜间灯光总值增长速度最快是西北区和西南区。省级夜间灯光总值呈东高西低空间格局,较高的夜间灯光总量主要集中在东部经济发达省份,而夜间灯光增长较快主要集中西部经济欠发到省份。不同尺度下中国夜间灯光空间格局与经济和人口空间格局基本一致,从而初步构建中国夜间灯光与社会经济参量的关联关系。  (2)统计年鉴数据表明,中国各省经济总量在过去的21年增幅显著,分布呈东高西低格局,与此同时,产业结构也发生转移和升级。结合夜间灯光数据,遴选了GDP、第二产业总值和第三产业总值三个敏感经济参量,模拟结果表明,三个敏感经济指标均在空间上扩展较快,形成了京津冀、长三角和珠三角城市群高值集聚区;中国各省人口过去21年呈增长趋势,形成了东高西低的格局,非农人口增长较快,农业人口变化较小。结合夜间灯光数据,遴选总人口和非农业人口作为敏感人口参量,两个敏感人口参量增长较快主要位于京津冀、长三角和珠三角三大城市群区域,2012年在空间上形成以北京-成都-广州-上海组成的“四边形”人口集中格局。  (3)以环渤海地区为对象,利用DMSP/OLS和NPP/VIIRS两种夜间灯光模拟了11种社会经济参量,对它们的模拟潜力和残差进行了对比。结果表明,NPP/VIIRS在模拟市辖区年平均人口、全市生产总值、市辖区生产总值、客运总量、全社会用电总量、工业用电、城乡居民用电、建设用地、居住用地、城市道路10个社会经济参量比DMSP/OLS具有更大的潜力,模拟残差相对较小;DMSP/OLS在模拟全市年平均人口有优势。  总的来看,中国夜间灯光模拟的社会经济参量时空格局与实际情况基本一致,表明夜间灯光在模拟社会经济参量上具有巨大的应用潜力。随着新一代NPP/VIIRS夜间灯光数据广泛使用,综合多源遥感和社会经济统计数据将为社会经济参量高精度模拟提供新的契机。此外,今后还需要进一步挖掘夜间灯光与其它热点社会经济参量(如CO2、能源消费和房屋价格)的关联关系,发挥夜间灯光在模拟社会经济参量中的效用。
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