典型案例：2021年度全国地表形变InSAR监测 | 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022）：中国篇

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聚焦零饥饿（SDG 2）、清洁饮水和卫生设施（SDG 6）、经济适用的清洁能源（SDG 7）、可持续城市和社区（SDG 11）、气候行动（SDG 13）、水下生物（SDG 14）和陆地生物（SDG 15）七大可持续发展目标（SDGs），专注于新方法新指标的探索、可持续发展进程的跟踪评估，以及多指标交叉研究的理论与实践，针对21 个具体目标汇集了39 个典型案例，展示了在典型地区和中国两个尺度上针对SDGs 指标的研究、监测和评估成果，包括30套数据产品、22 种方法模型和32 个决策支持。

这些研究成果展示了中国利用科技创新推动落实联合国“2030 年可持续发展议程”的探索和实践，充分揭示了地球大数据技术对监测评估可持续发展目标的应用价值和广阔前景，开拓了在联合国技术促进机制框架下利用大数据、人工智能等先进技术方法支撑联合国“2030 年可持续发展议程”落实的新途径和新方法，可为各国加强该议程的落实监测评估提供借鉴。

本文节选分享“第五章 SDG 11 可持续城市和社区”之——

典型案例

2021年度全国地表形变InSAR监测

❂对应目标SDG 11.5

到2030年，大幅减少包括水灾在内的各种灾害造成的死亡人数和受灾人数，大幅减少上述灾害造成的与全球国内生产总值有关的直接经济损失，重点保护穷人和处境脆弱群体。

❂案例背景

随着城市化进程的加剧，我国各类地质灾害给经济社会造成重大损失，其中影响最大的是地面沉降。2012 年3 月2 日水利部印发的《全国地面沉降防治规划（2011—2020 年）》指出，近40 年来全国遭受地面沉降灾害的城市超过50 个，分布于北京、天津、上海、江苏、河北、山西、内蒙古等20 个省（自治区、直辖市），因地面沉降造成的经济损失超过3000 亿元，其中上海最严重，直接经济损失为145 亿元，间接经济损失为2754 亿元；华北平原地面沉降所造成的直接经济损失为404.42 亿元，间接经济损失为2923.86 亿元。不断下沉的地表给公路、铁路和建筑等基础设施造成巨大的威胁，加剧城市洪涝灾害，给城市居民生活带来较大的安全隐患，严重制约我国各地区的经济和生态环境可持续发展。

地表形变监测的方法主要有依赖地面布控的水准测量、基于全球导航卫星系统的测量（GNSS 测量）和依靠星载的InSAR 技术。水准测量与GNSS 测量受布控的点位及其所需要的大量人力、物力所限，无法满足全国尺度的地表形变监测。InSAR 技术利用雷达卫星对地重复观测获取数据，具有大范围、持续地表形变的监测能力，但是全国尺度的地表形变InSAR 数据由于处理数据量巨大，对计算资源要求较高，该方面的数据产品一直缺失。借助星载合成孔径雷达大范围地表形变监测的能力，利用地球大数据处理方法来获取中国地表形变，可以提高全国地表形变的整体情况评估的准确性和科学性。

❂所用地球大数据

◎ 2020 年和 2021 年欧洲航天局哨兵 1 号（Sentinel-1）卫星影像及对应的精密轨道数据。

◎ 全国数字高程模型、行政区划矢量数据。

◎ 全球人口（WorldPop） 2020 年 100 m 分辨率的中国人口数量分布栅格数据（Bondarenko et al.，2020）。

❂方法介绍

采用相干目标时序InSAR 技术（Wu et al.，2008）处理所获得的2020 年和2021 年全国Sentinel-1 卫星数据，主要处理步骤包括：逐级扫描地形观测（TOPS）模式SAR 图像预处理、时序干涉图生成和时序InSAR 形变分析。（详细过程略）

在获取2021 年全国地表形变速率结果的基础上，对2021 年全国地表形变空间分布情况进行分析和统计，并与2020 年反演的全国地表形变进行比对，分析了2020～2021 年的全国地表形变年际变化情况。

❂结果与分析

2021 年，全国地表年平均形变速率结果及京津冀、青藏高原、榆林矿区、丹巴县滑坡等局部形变速率结果如图5.7 所示。据统计，2021 年1 月至2021 年12 月，全国34 个省级行政区和140 个以上的地级市出现一定规模、不同程度的地表形变。

图5.7 2021 年中国地表形变速率结果及局部区域细节图（形变速率为卫星视线方向）

在所有地表形变类型中，以过量开采地下水所造成的大面积地面沉降最为常见且影响最为广泛，主要发生在人口聚集的冲积平原（如华北平原、长江三角洲、东北平原）、沿海平原（如珠江三角洲）或冲积盆地（如汾渭盆地）等地势较为平坦的区域，其中以华北平原的京津冀地区最为发育，已形成的城市沉降漏斗区包括北京，天津，河北的廊坊、保定、衡水、邢台、邯郸和唐山等，如图5.7（b）所示，此外城市扩张和大规模施工建设同样是城市沉降的一个原因。中国是地下资源储备大国，由煤矿、油田、天然气等地下资源开采所导致的地表形变也是主要的地表形变类型之一，如图5.7（d）中榆林矿区的地下煤矿开采。除人类活动所导致的地表形变外，青藏高原分布的大面积冻土，在季节性的冻融过程中也会造成地表的形变，青藏高原地表形变速率结果如图5.7（c）所示。在处于中国第一、第二阶梯过渡地带的西南地区，地质构造复杂，地质活动活跃，地表变形主要表现为滑坡、泥石流等地质灾害形式，如图5.7（e）中丹巴县滑坡导致地表形变。

基于2020 年与2021 年的全国地表形变速率产品，对地表形变速率（卫星视线方向）大于30 mm/a 的区域进行提取，并将其视为严重沉降区，提取结果如图5.8（a）～（b）所示。2020 年的严重沉降区的面积约为6261 km²，2021 年的严重沉降区的面积约为6168 km²，同比下降1.49%。全国范围内的地表沉降呈减缓趋势，但个别区域（如长江流域的周边）有沉降加重的趋势，相关部门应配合进行监测和控制。

WorldPop 发布的2020 年100 m 分辨率中国区域人口格网数据是根据联合国秘书处经济和社会事务部人口司编制的联合国官方人口估计数所调整的中国人口数据，它采用WGS84坐标，刻画了每100 m 范围内的人口数据，将其与所获得的严重沉降区进行叠加分析，并选择严重沉降区周边3 km 缓冲作为严重沉降区影响的范围，得出其中暴露人口为8432.63万人。

图5.8 2020～2021 年中国严重沉降区时空变化

华北平原作为全国地面沉降最为严重的区域，其2021 年的严重沉降区约4223.33 km²，占全国严重沉降区的68.47%，与2020 年（68.31%）基本持平，如图5.8（c）～（d）所示。2021 年，华北平原的严重沉降区周边3 km 缓冲区内的暴露人口约为3207.46 万人，占全国总暴露人口的38.04%，按华北平原各省（直辖市）统计的严重沉降区暴露人口如图5.8（e）所示。结果表明：北京、天津、河北、安徽、山东等华北平原内的严重沉降区面积都有所减少，河南和江苏两省华北平原内的严重沉降区域面积有很小幅度的增加。此外，在华北平原多处发现地表抬升的现象，这是地表水回补使得地面回升的表现，推测与地下水利用管控政策和地下水补给措施及该年度降水相关，其中包括南水北调工程对华北地下水的回补作用。

❂成果亮点

基于地球大数据科学工程的超算平台，自主开发适用于大空间尺度地表形变监测的时序InSAR 处理算法，并利用2021 年覆盖中国的Sentinel-1 卫星数据，处理获得了2021 年InSAR 中国地表形变速率数据产品。

分析了2021 年中国地表形变空间分布格局，探明了2020～2021 年中国地表形变特征。结果表明：2020 年严重沉降区的面积约为6261 km²，2021 年的严重沉降区面积约为6168 km²，同比下降1.49%，严重沉降区周边3 km 以内的直接暴露人口约为8432.63 万人。

❂讨论与展望

本案例基于地球大数据科学工程的超算平台，利用相干目标时序InSRA 技术对2021年中国覆盖范围内的所有Sentinel-1 数据进行了处理，获取了2021 年InSAR 中国地表形变速率数据产品；对2021 年中国地表沉降的空间分布特征、诱因进行了总结并制作了相关案例；提取了2020 年和2021 年中国地表严重沉降区，对比了中国沉降最为发育的华北平原的年际地表沉降变化情况。未来计划对全国地表形变进行更长时间尺度的观测和分析，实现地表的持续观测；同时由于地级市的GDP 均是按地级市统计，缺乏GDP 的空间分布，将结合建筑物分布数据，研究GDP 的空间分布表达形式，以实现地面沉降对经济影响的分析，为城市的可持续发展提供更有价值的参考。

本文摘编自《地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022）：中国篇》（郭华东主编. 北京：科学出版社，2023.11）一书“第五章 SDG 11 可持续城市和社区”，有删减，标题为编者所加。

审图号：GS 京（2023）2009 号

ISBN 978-7-03-074647-4

责任编辑：杨婵娟 姚培培

（本文编辑：刘四旦）

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