原标题：基于物候期和GEE云计算平台的中国双季作物种植北界制图研究

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引言

双季作物是中国重要的种植制度，其种植面积占中国耕地的一半以上。在全球气候变化、农业政策和耕作方式变化的影响下，双季作物的种植范围的时空格局并不明晰。双季作物种植北界是双季作物种植制度空间分布的北部界限，也是双季作物种植时空格局动态变化的重要表征。明晰双季作物种植实际北界的时空变迁特征，评估粮食生产安全、缩小粮食需求缺口、改善生态系统和人类健康具有重大意义。目前对于双季作物种植北界的研究主要集中在潜在北界上，而实际北界及其多年变动的研究相对不足。相较于实际北界，潜在北界并不能反映区域真实的耕作制度。

基于此，河南大学的郭研、夏浩铭等人在 Remote Sensing 期刊发表文章，基于作物物候期和 GEE 云计算平台识别作物全生命周期，计算作物复种指数，获取了双季作物种植范围，并利用核密度函数和渔网分割法提取了作物种植北界，分析了双季种植北界的时空格局，揭示了气候变化和人类活动背景下，中国双季作物种植北界演变规律，为农业种植管理和发展规划提供了决策支撑。

研究过程与结果

本文以北京、天津、河北、陕西、山西、山东、河南和湖北八个省份作为研究区，其农田占比达48.36%~50.93% (图1)。

图1. 研究区基于 GlobLand30 2000 (a)、2010 (b)、2020 (c) 地表覆盖图；(d) 2000、2010和2020均为耕地区域；(e) 研究区地形。

首先，本文利用 GEE 云计算平台获取研究区多年时间序列数据集，具体包括：

(1) 影像去云；

(2) NDVI 和 LSWI 指数计算；

(3) NDVI 和 LSWI 时间序列 8d 合成、线性插值、S-G 滤波平滑。

NDVI 时间序列曲线是表征作物完整物候周期最常用的方法，被广泛用于识别作物种植强度的空间格局。作物的物候阶段包括种植、出苗、抽穗、成熟和收获，反映在 NDVI 时间序列曲线中是一个“升高-峰值-降低”的动态过程。双季种植区一年发生两次这种过程 (图2)。同时，在作物播种前和收获后，农田表面主要是作物残留物或裸土。因此，该时期农田像素 LSWI 值通常很低，这可以作为作物收获的信号。

图2. 双季作物 NDVI 的时间剖面 (a, 114.8096°E, 34.4863°N)，(b, 114.7125°E, 35.3407°N)。

本文基于以上规则逐像素统计了年内有效峰值数量，并分别生成了2001年、2005年、2010年、2015年和2020年双季种植强度图 (图3)。

图3. 2001年 (a)、2005年 (b)、2010年 (c)、2015年 (d) 和2020年 (e) 双季作物空间分布格局。

最后，基于获得的各时期双季种植分布图，本文利用核密度估计法提取了 NLDC (图4)，并应用 Fishnet 界限探测法分析了各时期 NLDC 的时空变化特征 (图5、6)。

图4. 2001年、2005年、2010年、2015年和2020年的 NLDC。

图5. 2001年至2005年 (a)、2005年至2010年 (b)、2010年至2015年 (c) 和2015年至2020年 (d) 期间双季作物的南北波动幅度。

图6. 2001年至2005年 (a)、2005年至2010年 (b)、2010年至2015年 (c) 和2015年至2020年 (d) 期间双季作物的东西向波动幅度。

研究总结

本研究首先基于时间序列遥感数据，构建了反映物候和生长季节变化特征的作物生长时间序列曲线，通过确定曲线有效峰值个数提取了研究区双季种植范围。进一步，本研究提出了一种双季种植北界划分方法，利用该方法得到的双季种植北部界线，为作物种植界线的研究提供了一种新的实证研究方法。本研究发现，双季种植的实际北界总体上呈现南移和东移的趋势，与以往研究中潜在种植北界的变化趋势并不一致。本研究的结果揭示了气候变化和人类活动背景下，中国双季作物种植北界演变规律，为农业种植管理和发展规划提供了决策支撑。

原文出自 Remote Sensing 期刊

Guo, Y.; Xia, H.; Pan, L.; Zhao, X.; Li, R. Mapping the Northern Limit of Double Cropping Using a Phenology-Based Algorithm and Google Earth Engine. Remote Sens. 2022, 14, 1004.

Remote Sensing 期刊介绍

主编：Prasad S. Thenkabail, USGS Western Geographic Science Center (WGSC), USA

期刊范围涵盖遥感科学所有领域，从传感器的设计、验证和校准到遥感在地球科学、环境生态、城市建筑等各方面的广泛应用。

2021 Impact Factor 5.349

2021 CiteScore 7.4

Time to First Decision 19.7 Days

Time to Publication 44 Days

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