半干旱地区遥感生态指数的构建及应用

基于2001—2018年永登县5幅遥感影像,利用绿度、湿度、盐度、沙度指数耦合构建半干旱地区遥感生态指数(SA-RSEI),并应用SA-RSEI指数对永登县生态环境质量进行定量评价。结果表明:在2001—2018年间永登县生态环境质量由较差提升至一般,生态环境等级优良以上的区域面积占比逐渐上升,较差和差等级面积占比逐渐下降;通过空间相关性分析可知,GDVI和WET为正向指标,DI和SI为负向指标;通过LISA聚类图发现空间分布是聚集的,而不是随机的;高-高聚集区主要集中于连城国家级自然保护区和奖俊埠林场,低-低聚集区主要集中在中部黄土丘陵区。

基于改进遥感生态指数的吐鲁番-哈密地区生态环境质量评价及驱动机制分析

吐鲁番市和哈密市是我国盐渍化危害最严重的地区之一,明晰其生态环境变化趋势和驱动机制对吐鲁番-哈密地区生态文明建设具有重要意义。基于Google earth engine(GEE)平台,筛选2005—2020年6—9月Landsat影像,选取绿度(SVAI)、湿度(Wet)、热度(LST)、干度(NDBSI)和盐度(NDSI)构建改进型遥感生态指数(SRSEI)对吐鲁番-哈密地区生态环境进行评估。结果表明:(1)SRSEI使用SAVI代替NDVI并加入盐度指标(NDSI),与RSEI相比有着更高的第一主成分贡献率,能更全面客观地评价吐鲁番-哈密地区生态环境质量。(2)时间尺度上,2005—2020年吐鲁番-哈密地区SRSEI先下降后上升,均值0.49,并在2020年均值达到0.5575,较差和良的面积占比变化显著,较差占比减少了11.54%,良占比增加了30.15%。且未来生态环境变化趋势还将以改善为主;空间尺度上,北部西山台原和中部莫钦乌拉山生态质量多为优和良,较差区域主要集中在南部噶顺戈壁。(3)年均降水量、年均气温和经济生产总值是驱动SRSEI变化的主要控制因子,q值均大于0.092;与单因子对生态环境影响力相比,双因子交互产生的影响力更强,年均降水量∩经济生产总值是驱动吐鲁番-哈密地区生态环境发生变化的最强交互因子。

基于改进遥感生态指数的干旱内流区生态质量评价--以阴山北麓塔布河流域为例

干旱-半干旱地区生态环境脆弱,开展多要素、长时序生态质量动态变化研究,可为干旱-半干旱区生态建设与区域可持续发展提供科学依据。在遥感生态指数RSEI基础上,根据干旱-半干旱地区特点,耦合了绿度(NDVI)、湿度(WET)、热度(LST)、干度(SI)和盐度(SI-T)五个指标,提出适应干旱-半干旱区域生态质量评价的mRSEI模型,对1986—2022年间塔布河流域生态质量进行动态评价。利用Mann-Kendall突变检验、Theil-Sen(T-S)分析联合Mann-Kendall趋势分析法探究生态质量时空变化;引入欧洲中期天气预报中心发布的第五代再分析数据集(ERA5)的气象数据,在逐像元层面探讨了气候因素与mRSEI的相关关系。研究表明:(1)相较于RSEI而言,mRSEI能更好集成各生态分量包含的信息,且模型更加稳定可靠;(2)mRSEI受到的负面影响主要来自于盐度指标(SI-T),相关系数均值为-0.922,其影响力大于干度、热度指标,表明引入盐度指标对干旱-半干旱区生态质量评价具有重要意义;(3)研究时序内mRSEI介于0.179—0.423,生态质量总体呈下降趋势(Slope=-0.0014,P<0.05);(4)趋势分析结果表明,塔布河流域84.37%的区域生态质量未发生变化,另外15.63%中,生态质量退化面积占比远高于生态质量变好的区域,研究区生态质量总体呈退化趋势。(5)气候因素与mRSEI相关分析结果表明,降水与mRSEI呈正相关(r=0.411—0.807),年均气温与mRSEI呈负相关(r=-0.824—-0.398);时序相关分析结果表明,气温是研究区生态质量的主控因子。(6)人文因素虽然会对塔布河流域生态质量产生扰动,但并不起决定作用。基于改进的遥感生态指数mRSEI,能够科学监测干旱-半干旱区生态质量空间分布、准确把握生态质量变化趋势,可为干旱-半干旱地区生态保护提供理论支撑。

定西半干旱地区生态环境的遥感动态监测分析

对定西地区的定西县、渭源县、陇西县和通渭县的生态环境进行监测。以 1990年和 2 0 0 0年 2期TM数字图像为主要信息源 ,进行屏幕目视解译 ,取得了初步的本底数据。建筑交通及矿区用地增长率为14 .97% ;农业用地增长率为 8.0 2 % ;林地增长率为 11.2 3% ;其它如河滩地、宜林草荒地则相应有所减少。定西地区经过 10 a的发展 ,土地利用和土地覆盖日趋合理 ,但还存在诸如土地利用率不高 ,农业用地比重过大 ,畜牧业用地比重太小 ,以及造林面积大 ,而存林面积小 ,树木成活率低 ,退耕还林还草力度不够等问题。通过对监测结果的分析 ,说明了遥感技术在定西这一特殊地区土地利用 /植被覆盖动态监测中已被有效地应用 ,同时有针对性的提出一些合理化建议 。

基于遥感生态指数的阿克苏地区生态质量时空变化及其驱动力

为及时全面地监测阿克苏地区生态环境质量的时空变化,基于谷歌地球引擎(GEE)平台,利用MODIS多光谱传感器2005年、2010年、2015年、2020年的遥感数据构建遥感生态指数(RSEI),运用Moran指数、地理探测器等方法探究阿克苏地区生态环境质量时空演变及影响因素检测。结果表明:(1)2005—2020年阿克苏地区RSEI由0.24增至0.27,生态环境质量呈波动上升趋势,RSEI高值区主要分布于阿克苏地区北缘以及中部绿洲区,低值区主要分布于沙漠、戈壁等地。(2)2005—2020年,RSEI全局Moran指数为0.80~0.87,表明阿克苏地区RSEI呈较强的正相关;其聚集分布以高—高(H—H)和低—低(L—L)分布为主。(3)各因子对空间异质解释力(q值)在2005—2020年存在不同程度变化,土地利用和降水为关键影响因素。同时,相比单因子,交互探测的影响力均大于单一因子的作用强度。研究结果可为当地生态环境保护提供数据支撑及方法借鉴。

长白山地区遥感生态指数时空变化及其气候响应

利用Google Earth Engine(GEE)云平台,在原有遥感生态指数(RSEI)基础上,选用增强型植被指数(EVI)代替原绿度指标中的NDVI,构建并计算2001—2020年长白山地区植被生长季RSEI,采用回归分析、波动分析、Hurst指数等方法,分析长白山地区RSEI时空变化特征并探讨其气候影响因素。研究表明:(1)2001—2020年长白山地区RSEI波动缓慢上升,生态环境质量整体呈上升趋势。RSEI多年均值空间分布具有明显的分异性,长白山保护开发区生态环境质量较好,通化市、白山市大部较差。(2)近20年长白山地区RSEI稳定性较差,生态环境质量较脆弱。未来生态环境趋势总体向好,但局部地区仍存在持续恶化态势。(3)长白山地区RSEI主要受降水影响较大,与降水呈显著正相关,与气温相关性不强。

基于遥感生态指数的治沟造地区生态环境质量演变研究

本研究以典型治沟造地区为研究对象,选取两期Landsat8卫星影像数据,基于ENVI5.3、ArcGIS10.5遥感数据处理平台和数据分析及制图工具,利用生态环境质量遥感生态指数RSEI(Remote Sensing Based Ecological Index)模型估算方法,综合分析评价研究区2013~2017年间生态环境质量状况。研究表明:研究区两期RSEI指数均值分别为0.6949、0.7079;研究区生态环境质量2013~2017年间,以“一般”为主,处于“较差”和“差”的比重下降,处于“良”和“优”的比重增加,生态等级由低级向中高级转变,生态环境质量呈现变好的趋势;研究区生态环境不变的面积占比过半,生态环境变好面积大于变差面积,生态环境质量总体呈现较好的状态,研究结果可为今后黄土丘陵沟壑区生态环境建设提供科学依据和理论支撑。

和田地区耕地时空演变的生产-生态效应研究

耕地在干旱区土地利用中是贡献显著的重要地类,分析其生产-生态效应时空变化有助于解释耕地变化在区域粮食生产与生态环境保护中的作用,为实现生产-生态协同保护提供参考。本研究基于1990、2000、2010、2020年的土地利用分类数据,运用土地利用转移矩阵、耕地生产水平假设模型、遥感生态指数(RSEI)模型,揭示和田地区耕地时空演变下的生产-生态效应。结果表明:1990—2020年,研究区耕地面积增加了1702.63 km^(2)。8个县(市)耕地面积变化趋势相同,但差异显著,未利用地开垦和林、草地复垦是新增耕地的主要来源;退耕还林还草、建设用地扩张和耕地荒废是耕地减少的主要原因;耕地生产水平向好发展,无生产耕地占比下降12个百分点,中、中高生产耕地总占比增加14个百分点。从耕地生产效应来看,研究区固定耕地生产正效应(面积占比55%)大于负效应(面积占比2%),耕地转移效应(面积占比43%)有效弥补了流失的生产效应面积,然而从各阶段效应来看,固定负效应面积逐渐增加,固定正效应面积逐渐减少,转移效应面积呈现波动下降趋势。研究区耕地等级主要为一般生态等级,耕地生态环境质量呈恶化趋势,固定耕地生态环境质量恶化面积为改善面积的2倍以上;转移耕地恶化面积为改善面积的近1.4倍。阶段性变化中,耕地生态环境质量在前20年得到改善,而后10年出现恶化,其原因在于固定耕地和转出耕地生态环境质量下降。研究表明,研究区耕地变化促进了区域生产的提高,但同时导致耕地生态环境质量逐渐恶化。因此,在未来的国土空间规划与管理中应坚持生产-生态融合发展,优化土地资源配置。

基于RSEI和景观功能的珠三角地区1986—2019年生态安全格局演变过程及其影响因子

以珠三角地区为典型研究区,基于遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)提取生态源地,综合自然、社会和经济多要素评价生态阻力,运用最小累积阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型和景观连通性指数构建生态网络,模拟1986—2019年生态安全格局演变过程并揭示其主要影响因子。结果表明:(1)珠三角地区1986年、2003年和2019年的RSEI均值分别为0.78、0.84和0.74,生态质量呈先升后降趋势,生态阻力均值持续增长9.49%,生态质量和阻力的空间分异均有所加剧;(2)生态连通性随景观格局演变而动态变化,重要节点和重要廊道分布格局由1986年的东翼集中分布逐渐发展为2019年的外围环绕分布;(3)气候变化、快速城镇化和生态政策实施是珠三角地区生态安全格局演变的主要影响因子,气候暖湿化是1986—2003年生态质量改善的重要原因,建设用地增长对于生态安全的负面影响在2003—2019年逐渐显现,“荒山造林”和“退耕还林”等生态政策实施对生态安全格局演变具有重要影响。

基于RS和GIS的黄河河口地区土地利用及景观分析

借助黄河河口地区1996年5月和2004年9月两期的遥感影像,结合监督分类和非监督分类得到了该区两期土地利用数据。在ARINFO软件中计算得到土地利用转移矩阵,并分析两期土地流向及变化度。同时求得能表示景观离散程度、破碎状况、景观形状和多样性的景观结构指数。通过分析指出了整个研究区域总面积有所减少,盐碱地改良后用于了鱼虾养殖,但仍有部分未利用地和水域盐碱化,整个研究区域景观类型丰富且均匀,但居民地和工矿业的发展引起局部破碎度加剧。虽然黄河三角洲还有进一步发展的空间,但部分生态环境指标的恶化需引起重视和保护。

基于RS与GIS的LUCC生态服务功能价值动态核算

采用基于决策树的分层分类与监督分类相结合的方法,提取关中地区1990年2、000年和2007年土地覆盖信息,并运用生态经济学方法构建研究区3期生态服务价值空间格局。结果表明,3期生态系统服务总价值分别为557.39亿元、507.29亿元和533.77亿元。1990—1998年,由于林地、草地局部破坏严重,区域生态服务功能总价值大幅缩减;1999年之后,随着退耕还林还草及配套政策的落实,区域生态有所好转,尤其是2000年之后,生态服务总价明显回升,但就现状而言,依然不容乐观。3期的生态经济承载指数分别为0.436 9、2.678 4和6.430 2,土地生态压力在逐年增大。加强渭河平原区的耕地保护,稳定和推进渭北高原和秦岭—关山区的生态恢复和建设成果,是未来关中地区土地利用管理中的重要环节。

黄河流域东乡族自治县生态脆弱性评价

东乡族自治县是黄河流域典型的生态脆弱民族地区,为研究其生态环境脆弱程度,基于RS和GIS技术提取遥感生态距离指数、归一化植被指标、土地利用等8个指标,采用综合指数法构建生态脆弱性评价模型,定量分析东乡族自治县2009年和2020年的生态脆弱状况。结果表明:研究区2009年、2020年遥感生态距离指数均值分别为0.3677、0.5057,综合生态脆弱性指数分别为3.2118、2.4263,生态脆弱性整体处于中等偏高水平;研究期极度脆弱和重度脆弱类型面积减小,生态环境有极大改善;2009—2020年研究区大部分区域高生态脆弱性等级向低生态脆弱性等级转变,受自然和人为因素的共同影响,生态脆弱性指数表现出较强的空间自相关性。

近15年来长江源区土地利用变化及其生态环境效应

长江源区是我国重要的水源涵养区,也是高海拔地区生物多样性最集中的地区和生态变化最为敏感的地区。基于1986年TM和2000年ETM+卫星遥感数据和野外实地调查,采用GIS软件和景观生态空间分布格局分析方法,对长江源区近15年来土地利用类型的时空变化进行了研究。结果表明:1986～2000年,源区林地和湿地面积减少54.2%和42.69%,建设用地、耕地和未利用土地面积分别增加120%、43.83%和21.1%。全区土地利用的空间位置转换面积大于其数量变化,土地利用类型总变化的面积大小依次是草地>未利用土地>湿地>水域>林地>耕地>建设用地。土地利用动态转化过程以草地转化为未利用土地、湿地转化为草地和未利用地逆转为草地为主要特征。15年里景观破碎化程度加剧,分维数和多样性指数增加,优势度降低,景观异质性增强。长江源区脆弱的生态体系对土地利用变化响应强烈,造成水土流失与沙漠化程度加剧,导致大范围高寒草甸、草原植被退化,湿地萎缩。气候变化和人类经济活动是导致研究区土地利用变化的主要因素。

干旱半干旱区露天煤矿排土场植被修复效果评价与归因

针对干旱半干旱区域不同露天矿排土场植被生态修复情况及其驱动因素,该文以胜利西二矿和神延西湾矿排土场为研究对象,基于长时序多源数据,采用时序和趋势分析法对排土场植被恢复过程进行全周期精细时空监测;通过参照排土压占前的植被,对排土场生态修复效果进行评估;结合多元回归残差定量分析气候变化和人类活动两个主要驱动因子对排土场植被变化的影响,并最终预测了植被未来生长趋势。结果表明,两个矿区排土场归一化植被指数(NDVI)在生态修复期间显著增加,NDVI变化趋势以改善为主;但对植被修复效果进行评估发现,神延西湾矿排土场绝大多数区域植被已恢复至压占前水平,修复效果显著,胜利西二矿仅有少部分区域恢复至压占前的水平。两个矿区排土场植被修复的主要驱动因素均为人类活动,其中神延西湾矿排土场植被改善区人类活动平均贡献率高于胜利西二矿。两个矿区排土场大部分区域的植被将持续性改善,神延西湾矿植被未来改善持续性较胜利西二矿更强烈。该文实验结果可为干旱半干旱矿区植被恢复建设以及生态修复提供参考。

兰州周边地区削山造地遥感监测及生态效应分析

以甘肃省兰州市周边地区为研究区,利用遥感影像数据,通过遥感和地理信息系统空间相结合的技术,提取兰州周边地区削山造地信息和遥感生态指数,研究该地区削山造地时空变化规律及其生态环境效应。遥感监测研究结果表明,兰州周边地区削山造地工程会对生态环境造成破坏,研究成果为兰州削山造地土地资源合理开发利用和生态环境效益评价提供科学研究支撑。

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

三江源是中国陆地生态系统最脆弱和敏感的区域之一,一旦遭到破坏则不可逆转。受三江源地区多云等不利气象条件的影响,很难获取大范围尺度上季相一致的、无云的Landsat遥感影像。本文利用Google Earth Engine平台,对1990-2015年的相同季节的3766景Landsat影像进行像元级融合并重构最小云量影像集,借助GEE的并行云端计算,快速得到了能够反映生态环境质量的遥感生态指数(RSEI),对三江源地区的生态环境质量进行了评价与监测。三江源时空变化与差异分析表明:1990-2000年生态环境质量呈快速下降状态,RSEI平均值从0.588下降到了0.505,生态环境质量变化以轻度恶化为主;2000-2015年生态环境质量下降速度变缓,并于2015年呈现变好态势,生态环境质量变化以不变为主,且轻度恶化面积大幅减少;该地区的生态环境状况呈现出空间分异,自西向东,生态状况变差。基于GEE平台在三江源地区的实验结果表明,GEE可以作为大区域范围的生态环境质量评价与监测的计算平台。

山地遥感生态指数的构建及应用

山地丘陵地区是国家生态安全屏障的主体之一。为避免地形起伏对其生态质量评价产生影响,本研究采用归一化差值山地植被指数(NDMVI)作为绿度生态因子,结合湿度、干度和热度构建基于遥感生态指数(RSEI)改进的山地遥感生态指数(HRSEI),并对典型山地丘陵区福建省龙岩市长汀县和陕西省商洛市山阳县开展生态质量评价,对比HRSEI和RSEI的生态质量等级转移路径,验证HRSEI在山地区域的适用性。结果表明:NDMVI相较于NDVI在山地区域能提取到更多的植被信息,地形起伏越大,NDMVI提取植被信息的能力越强。经过平均相关度和逐步回归方程验证可知,采用HRSEI对山地丘陵区域的生态质量评价具有代表性。HRSEI主要将部分受阴影干扰的植被生态等级从良提升为优,与RSEI的提取结果相比,长汀县和山阳县生态等级为优的面积分别提升了13.75和41.88 km^(2)。结合高分辨率影像可知,生态质量提升的范围对应为被山地阴影影响的高植被覆盖区,说明HRSEI可以有效提升受阴影影响的高植被覆盖区的识别准确度,使其更符合实际。