利用新型遥感生态指数的南宁市环境质量动态变化分析

随着遥感技术的快速发展,利用遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index, RSEI)进行区域生态环境质量监测取得了一定进展,但是RSEI在应用不同区域中很少考虑空气质量对当地生态环境的影响。针对这一局限性,以南宁市为例,在RSEI的基础上,加入能精准监测城区高分辨率空气质量的差值霾指数(Difference Haze Index, DHI),构建新型遥感生态指数(new Remote Sensing Ecological Index, RSEInew),随后对比分析RSEI与RSEInew的平均相关度和PC1,验证了构建的RSEInew模型更具有表征区域生态环境的代表性。利用RSEInew模型对南宁市生态环境质量进行动态变化分析,结果表明,2013—2021年,南宁市生态环境质量得到优化,RSEInew提升了15%,整体生态环境水平处于中等(0.4~0.6)以上。

基于遥感生态指数(RSEI)改进模型的祁连山国家级自然保护区生态环境质量评价

针对遥感生态指数(RSEI)模型特征向量方向不唯一性及光学影像存在坏死像元的问题,基于Google Earth Engine平台选择祁连山国家级自然保护区1986—2021年489景Landsat TM/SR可用性遥感影像,采用RSEI改进模型进行生态环境质量评价,并引入地理探测器中单因子分析和交互式探测分析对RSEI的绿度、湿度、热度、干度、土地利用类型、DEM和人口密度7个影响因子进行成因分析。结果表明:(1)与RSEI模型相比,改进模型避免了特征向量方向的干扰,可以较好地反映生态环境质量变化。1986—2021年保护区生态环境质量呈现先下降后上升的恢复趋势,空间分布呈现东高西低。(2)时空差异分析表明,35 a来保护区生态环境质量以轻度恶化、不变和轻度改善为主,恶化区域主要分布在张掖市肃南裕固族自治县北部以及张掖市与武威市交界处等地区。轻度改善区域在保护区分布零散,其中在核心区分布相对较多。(3)从生态环境质量成因分析来看,7个影响因子中绿度对RSEI的空间分异特征解释力最强,交互式探测结果表明绿度和干度是研究区生态环境质量的关键驱动因素。研究结果表明祁连山国家级自然保区生态环境质量近年来逐步改善,保护区的一系列环境保护举措是有效的。

耦合遥感生态指数模型的山西省及规划矿区生态环境评价

生态环境质量是评价宜居水平的重要指标,定量评价区域生态环境质量的变化规律可为地区生态环境保护和治理提供科学依据。以我国山西省及其规划矿区为研究区域,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台和生态系统服务和权衡的综合评估(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs,InVEST)模型,在原有的遥感生态指数(Remote Sensing Ecology Index,RSEI)加入植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)和生境质量(Habitat Quality,HQ),分别用来表征碳汇水平和生境适宜度水平。选取2000—2018年有代表性的3个年份进行分析,通过构建基于耦合NPP、HQ和RSEI的新型遥感生态指数模型(NH-RSEI),评价山西省生态环境质量的时空异质性,并结合缓冲区分析法、驱动力分析法,对规划矿区的环境变化进行分析。研究表明:2000—2018年,山西省的整体生态水平处于中等偏下但有所改善,改善程度要小于矿区;晋东部的矿区生态环境处于中等偏上且较为稳定,晋西部的矿区生态环境较差但明显改善;矿区对半径6 km以内缓冲区的生态环境质量有较大影响,对于缓冲重叠区的影响具有叠加效应,这种效应随着时间的推移正逐渐减小。NH-RSEI均值与高程、坡度具有很强的相关性,且具有明显的阶段性变化特征,二者是影响NH-RSEI分布的关键因素。本研究为评价大尺度、长序列的生态环境质量提供了一种可靠的途径,对山西省及其规划矿区的生态恢复以及可持续发展管理具有重要意义。

基于遥感生态指数和MCR模型的沙漠丘陵区生态网络构建

人类不合理的土地利用模式使沙漠丘陵区生态环境愈加恶化,构建生态网络对改善生态环境质量,维持生态系统稳定具有重要意义。本文以陕西省神木市为研究单元,引入耦合绿度、湿度、干度和热度四个指标的遥感生态指数(RSEI)进行生态环境质量评价,并以评价结果为依据识别生态源地;综合从地形因素、植被因素、人为因素和水资源因素四个方面选取出8个阻力因子,通过空间主成分分析法(SPCA)构建研究区的综合生态阻力面;运用最小累积阻力模型(MCR)和重力模型提取研究区潜在生态廊道与节点,构建起“点线面”相互交融的生态网络框架。结果显示:①2015、2018年神木市生态遥感指数均值分别为0.4733、0.5075,整体生态环境质量处于中等水平,具有略微好转趋势,呈现出“西北差东南优”的空间分布特征。②以研究期间生态环境质量稳定且优良的区域为依据,确定了31个生态源地,面积共316.59 km^(2),占神木市总面积的4.15%,大部分集聚在研究区东南部,中部和西北部的生态源地破碎分散;源地的主要土地类型为草地、耕地及河流。③提取出神木市潜在生态廊道34条,生态节点22个,廊道总长度634.12 km,其中重要廊道20条,占总长度的57.58%,主要分布在研究区东南部,结合区域特征及研究结果提出了“一环四区”的生态网络框架布局。研究结果可为神木市区域生态安全规划与沙漠丘陵区生态网络构建提供科学参考。

应用遥感生态指数评价生态环境质量

遥感生态指数(RSEI)是一种可靠、高效的城市生态质量评价方法,本文利用Landsat8卫星数据提取湿度、绿度、热度以及干度信息,构建遥感生态指数评价模型,对宁波市生态质量进行研究。结果显示,宁波市2015、2017和2020年RSEI均值分别为0.84、0.83和0.78,评级在一般及以上的面积比例对应为85.94%、85.66%、85.19%,说明2015—2020年宁波市生态质量变化总体较为稳定,略微呈下降的趋势,RSEI类型变化检测以不变为主,变差为次。

基于遥感生态指数的三亚市土地利用变化模拟

良好的生态环境有利于社会经济的健康发展。在城市发展过程中加强生态监测及约束,有利于城市的可持续发展。本研究通过遥感生态指数(RSEI)监测评估2014和2018年的海南省三亚市生态环境质量状况,将RSEI监测结果依据生态环境质量等级划分出不同生态约束条件,结合PLUS模型模拟2030年不同生态约束情景的三亚市土地利用变化。结果表明:2014—2018年间三亚市RSEI从0.656下降至0.632,整体生态环境质量变差,生态环境退化区域主要发生在经济开发热点区域。2030年的模拟显示,自然发展情景中建设用地扩张显著,同时侵占林地和耕地,对生态安全和耕地造成威胁;结合RSEI的2种生态约束情景模拟显示,建设用地扩张和林地下降趋势均得以控制,严格生态约束情景对生态空间的保护作用更为明显。研究结果表示加强生态约束可以有效抑制城市建设用地无序扩张以及维持森林数量,有助于可持续发展的实现。

基于改进遥感生态指数的矿区生态环境监测及驱动因素分析

针对研究区大气环境状况,在遥感生态指数(RSEI,I RSE)绿度、湿度、干度和热度指标的基础上加入了PM_(2.5)浓度,构建新型遥感生态指数(I RSE,new),对2001—2020年矿区生态环境进行监测及驱动因素分析。结果表明:(1)新型遥感生态指数模型能较为真实地反映研究区生态环境状况,20 a间研究区生态环境质量呈现波动变化。2009年前生态环境质量略有下降,之后呈现总体变好趋势,I RSE,new等级以中等和较优为主,生态环境趋于平稳。(2)生态环境退化的区域大多分布在研究区中部和东部,主要归因于城镇的扩张;改善区域主要分布在西部,受益于人类活动干扰较少及政府的生态优先政策等,该地区的生态环境状况有了显著改善。(3)单独分析研究区水体环境质量状况发现,水体与陆地变化区域生态环境等级为中等偏优,整体生态环境良好。(4)矿区生态环境质量受降雨、气温、坡度和人类活动等驱动因素的共同作用,政府对生态环境的治理与保护措施取得了积极成效。

基于遥感生态指数模型的环境保护与动态监测

针对当前生态环境保护中单一生态因子无法客观、详尽地反映生态环境变化问题。利用基于遥感生态指数模型,采用遥感生态指数模型计算土壤湿度、裸土、地表温度和植被等生态保护指数。再以此为依据制定生态环境保护补偿机制,通过模型确定生态环境的动态变化影响因素,给出各因素允许波动范围,从而为动态变化监测提供条件,实现在城市化进程中维持生态环境的平衡与发展。

森林生态系统立地指数的遥感分析

森林生态系统立地指数分析和立地质量的评估是森林生态系统经营管理和造林营林的重要理论基础与规划方法,也是研究森林生态系统生产力的重要内容。由于技术的限制,迄今为止,还没有实现森林生态系统立地空间分布格局的分析和开展立地条件随时间动态变化的研究。卫星遥感为大面积研究森林生态系统的生产力及其空间分布格局和动态提供了一条重要的途径。以云杉为对象,利用卫星遥感为研究手段,在岷江上游的四川西北部松潘镇江关流域研究森林生态系统立地指数的空间分布特点,探索有关遥感反演模型的建立,并通过有关精度的评估分析这种高技术应用的价值和潜力。研究结果表明,遥感植被指数NDVI和TNDVI与野外实测云杉立地指数(SI)基本为线性相关。通过对模型模拟结果和实际测定结果的比较研究,发现在1∶1比例的分析图中,NDVI和TNDVI的遥感反演模型都有很好的拟合效果与较高的精度,说明通过遥感植被指数的方法测定森林立地指数具有较高的实用价值。

中国陆地生态系统脆弱带遥感模型

本研究通过对我国陆地生态系统 8个典型样地的植被指数取样实验和图像计算结果发现 ,这 8个样地植被指数随着水、热因子的季节变化 ,在时间和空间上具有一定的“绿波推移”和“景观更替”规律。在中国东部湿润的季风区 (样地 1— 3) ,随着纬度的增高 ,其月平均植被指数与月平均气温有较大的相关。发现降水相对丰沛的地带 ,热量和光照条件的变化成为植被生长和变化的自然限制因子 ;而在中国北方森林—森林草原—典型草原—荒漠草原—荒漠地带上 ,随着从东部 (湿润地区 )到西部 (干旱地区 )干湿条件的更替 ,月平均植被指数与降水多寡有较大的正相关关系。在 8个样地上都呈现出共同的规律 ,即定向风的分布与植被指数的分布在时间和空间上具有逆相分布的“套合关系”。尤其在时间上有相逆套合关系 ,这正是中国北方沙尘暴和沙漠化加剧的自然原因。

黄河流域生态环境质量时空演变及驱动力分析

开展黄河流域生态环境质量时空格局演变及驱动因素研究,为黄河流域生态文明建设和人地和谐发展提供科学决策支持。基于2000-2022年的MODIS数据,利用遥感生态指数(RSEI)评估黄河流域生态环境质量,采用Sen趋势分析法和MK检验全面刻画RSEI的空间演变特征。结合分位数回归模型和残差分析探究自然环境和人类活动对不同分位数RSEI变化的影响机制及相对贡献率。结果表明:2000-2022年,黄河流域RSEI年均值为0.465,年均增速为0.55%。黄河流域中游RSEI上升最为显著。流域RSEI改善的区域面积占比为74.94%,显著改善的区域为内蒙古中部及晋陕两省北部地区。同一因素对不同分位数RSEI的影响效应存在显著分异。随着RSEI分位点的提高,温度、降水及高程等3个变量影响程度均呈下降趋势。自然环境和人类活动共同作用导致黄河流域RSEI变化面积占比为64.00%,由人类活动导致RSEI变化的区域面积占比为20.62%,由自然环境导致RSEI变化的区域面积占比为15.38%。

陕西省生态环境对耕地利用生态效率的响应

[目的]揭示陕西省耕地利用生态效率、生态环境质量的时空分布特征,阐明生态环境质量对于耕地利用生态效率的响应方式,进而为陕西省农业高质量发展提供科学支撑。[方法]以陕西省为研究区域,基于遥感数据,计算了遥感生态指数以表征陕西省生态环境质量;利用SBM模型测度陕西省耕地利用生态效率;采用地理加权回归模型探究了生态环境对耕地利用生态效率的响应。[结果](1)2005年、2010年、2015年和2019年陕西省耕地利用生态效率总体上处于中等水平,有88%以上的地区属于低效率、较低效率和中等效率等级;(2)2005年、2010年、2015年和2019年陕西省生态环境质量在不断提高,黄土丘陵沟壑区和毛乌素沙地等地区生态环境质量有明显改善,空间格局总体上保持“南高北低”不变;(3)陕西省耕地利用生态效率和生态环境存在显著的正相关,相关关系空间分布具有不均衡性。[结论]陕西省生态环境与耕地利用生态效率的协同发展模式并不稳定,还需进一步探索与巩固。

基于RSEI和ANN-CA-Markov模型的伊宁市生态环境质量动态监测及预测研究

伊宁市位于中国新疆西北边陲伊犁河谷内,土地肥沃,水资源和生物资源丰富,具有发展农、林、牧业的优越自然条件,但由于城市化进程过快,导致生态遭受破坏,生态环境质量不断下降,因此依托遥感生态指数(Remote-sensing ecological index,RSEI)及ANN-CA-Markov模型,科学、合理地利用Landsat TM5/OLI-TIRS8遥感数据对开展伊宁市2006—2021年生态环境动态评价及预测具有重要意义。结果表明:(1)绿度和湿度对伊宁市生态水平具有正面影响,干度和热度对伊宁市生态水平具有负面影响,影响伊宁市生态环境质量的主要因素依次为绿度、热度、干度、湿度,符合伊犁河谷地区所表现出来的生态状况。(2)伊宁市RSEI平均值为0.451,总体处于中等水平,生态环境质量变化呈现两极逐渐缩小的趋势,但RSEI指标中等区域及较差区域的面积正在逐年增大,总体生态环境呈现稳中向差的发展趋势。(3)预计2026年和2031年伊宁市北坡地区生态得到一定程度改善,结合《新疆伊宁市城市2018—2035年总体规划》,城区在未来生态环境质量依旧保持在中等水平,城市将继续向外扩张,可耕地面积将继续减少。

基于MRSEI模型的阿勒泰市生态环境时空变化及驱动力分析

为及时、客观、定量地评估新疆阿勒泰市生态环境,研究基于多源遥感数据构建改进型遥感生态指数(MRSEI)结合标准差椭圆和重心迁移模型分析其时空变化特征,并使用地理探测器模型对绿度、干度、湿度、温度和空气质量5个指标进行因子探测。结果表明:(1)2015—2021年,阿勒泰市绿度和湿度指标对于区域内生态环境起显著正相关作用,温度、干度和空气质量这3个指标起显著负相关作用;(2)2015—2021年阿勒泰市MRSEI均值呈上升趋势,空间上,Ⅰ级和Ⅱ级生态指数区域的空间迁移能力较强,Ⅲ~Ⅴ级,即高生态指数区域在空间结构上相对较为稳定。Ⅰ~Ⅳ级生态指数重心总体向北移动,Ⅴ级生态指数重心整体向南移动,表明阿勒泰市南部高生态指数分布增长明显。(3)年份不同,造成生态环境质量改变的主导因子不同,阿勒泰市生态环境质量空间的演变是受到多个因素共同作用的结果。(4)MRSEI和RSEI(遥感生态指数)对阿勒泰市生态监测结果大致趋势一致,两者在空间分布和程度的差异与气溶胶光学厚度(AOD)的空间分布有关,表明了即使在空气质量较好的阿勒泰市AOD对其生态质量在空间分布上仍有影响。2015—2021年,阿勒泰市生态环境受多种因素影响有向南变好的趋势。

基于遥感生态指数的陕西省东庄水库流域生态环境变化监测与评价

[目的]对陕西省东庄水库流域生态环境开展实时准确的监测,为流域开发与保护、城镇经济发展提供数据和理论支撑。[方法]选取2000,2010,2020年Landsat遥感影像,基于谷歌地球引擎(GEE)平台构建湿度、绿度、干度、热度4个指标,通过主成分分析法计算遥感生态指数,对东庄水库流域20 a间生态环境变化进行监测与评价,基于IDRISI软件的CA-Markov模型对2030年东庄水库流域生态环境情况进行模拟。[结果]①20 a间东庄水库流域生态环境整体维持在一个水平,RSEI均值由0.499上升到0.500,生态环境状况略微有上升;②从RSEI各等级变化来看,20 a间东庄水库流域生态环境状况较为复杂,生态环境的改善与恶化长期持续并存,渭北地区1999年以来实施的退耕还林政策对流域生态环境改善起到正向作用,且效用开始凸显。[结论]东庄水库生态环境恶化的区域主要集中在城镇及其周边区域,改善的区域主要集中在林区和丘陵地区。今后仍需继续关注经济高速发展与生态环境治理二者间的平衡问题。

基于遥感生态指数的金川镍矿区 生态环境质量变化分析

金川镍矿经过60余年的开发建设,在支撑当地经济发展的同时,给矿区周围的生态环境造成了不利影响。随着“绿水青山就是金山银山”发展理念的提出,矿区生态环境治理受到了高度关注,因此有必要开展金川镍矿区生态环境质量评价。以Landsat 5和Landsat 8影像数据为数据源,利用主成分分析法构建遥感生态指数(Remote Sensing Ecology Index,RSEI)评估2000-2020年间金川镍矿区的生态环境质量变化情况,运用多元回归模型定量分析各个因子与生态环境之间的关系,结果表明:2000-2020年矿区生态环境呈转好趋势,RSEI均值从0.366增至0.596;2020年相较2000年,生态环境质量较差的面积减小了22.8个百分点,质量优良的面积增加了2.4个百分点;多元回归模型分析结果表明,热度、绿度和干度等因子均是影响生态环境质量的重要因素,而热度因子起到了决定性作用。

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。

新疆阜康绿洲生态系统生物量遥感估算分析

利用阜康绿洲地区2003年8月野外实测53个样方的生物量干重数据和同期的陆地卫星MODIS的1通道,2通道250m遥感图像数据,分析了植被指数NDVI与绿洲植被生物量的相关关系,进而建立该遥感植被指数与绿洲生物量的一元线性和非线性回归模型,并对不同回归模型进行分析比较.研究表明:植被指数NDVI与绿洲生态系统植被生物量之间存在较好的相关性;所建遥感植被指数与绿洲植被生物量的回归模型中,三次方程得到的非线性回归模型(y=-5 593.3NDVI3+7 509.7NDVI2-1 268.9NDVI+191),是最适合用于监测阜康绿洲生态系统植被生物量的监测;利用该模型进行反演同年4月～9月研究区的生物量,并分析得出阜康绿洲生态系统内不同植被生物量在同一时期的空间分布特征;阜康绿洲生态系统内不同植被生物量在不同时期生物量的独特时空分布特征.

林火风险、过程与评估遥感模型与方法研究

世界范围人口数量的急剧增长及人类社会的快速工业化,导致森林生态系统的安全性面临严重威胁。特别是由于人为因素、全球气候变化和政府政策等多种因素共同导致的森林火灾在全球范围内频繁爆发,对森林生态系统和人民生命财产的安全产生着重要影响。因此,基于遥感模型与方法,开展森林火灾风险、过程与评估的相关研究,揭示其时空特征规律,进而制定合理、有效的森林火灾防控和管理措施,已成为本领域当今全球相关研究人员共同面临的科学挑战之一。为此,本文在深入分析目前常规林火风险预测方法相关研究进展的基础上,构建了定量集成基于遥感数据多种指标变量的林火风险预测方法;在传统元胞自动机理论框架下,提出适用于多特征区域林火蔓延过程模拟的元胞自动机模型;在分析目前单时相、差分、相对差分类型光谱指数精度的基础上,构建了基于地表温度和植被特征的新型林火烈度综合评估指数,并从提高林火烈度空间分布制图精度的角度,构建了基于支持向量回归的林火烈度空间分布制图模型。以期为相关的科学研究和应用管理提供一定的理论基础和决策支持。

基于遥感生态指数改进模型的沱江流域生态环境质量时空变化及驱动力研究

[目的]沱江流域面临严重的水土流失、水环境污染和土壤侵蚀等生态环境问题,开展流域生态环境质量评价对推动长江上游生态环境保护和流域社会经济高质量可持续发展具有重要意义。[方法]基于谷歌地球引擎平台,选取2000-2020年的Landsat遥感影像,以绿度、湿度、热度、干度、生物丰度指数构建生态环境质量评价模型,采用变异系数、一元线性回归和空间自相关分析方法对流域内生态环境质量的时空演变格局进行分析,并运用最优参数地理探测器模型(optimal parameter geographic detector model,OPGD)对其驱动力进行探测。[结果](1)2000-2020年,沱江流域生态环境质量多年平均值为0.66,等级以良为主,占比为63.01%。成都周边区县、内江、自贡、泸州等城镇地区生态环境质量较差,呈现南北低中间高的空间分布格局。(2)沱江流域生态环境质量总体呈下降趋势,生态环境质量变差的趋势显著,轻微退化和显著退化面积占比分别为19.75%和5.88%。人口密度大,社会经济发展水平高的城镇化地区,生态环境质量以较高波动为主,占比为18.15%。(3)2000-2020年沱江流域全局自相关莫兰指数范围为0.769~0.870,主要分布在第1象限和第3象限,局部自相关的高-高集聚区和低-低集聚区范围随时间呈显著变化,景观斑块破碎化明显。(4)OPGD结果表明,土地利用类型、坡度、高程、夜间灯光为流域生态环境质量变化的主要驱动因子,人口密度、气温和GDP为次要驱动因子,降水量和坡向因子影响较小。土地利用类型与其他因子交互作用增强对流域内生态环境质量变化的影响。[结论]改进的遥感生态指数模型对开展区域生态环境质量评价提供新方法,研究结果为生态环境保护提供参考。