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。

基于遥感生态环境指数的生态环境质量分析——以甘南藏族自治州为例

加强对甘南藏族自治州近年来的生态环境质量分析与监测,可对该地区生态坏境质量格局建设与保护提供参考。以Landsat8 OLI-TIRS陆地成像仪的遥感影像数据为基础数据,通过构建甘南藏族自治州生态环境质量指数,运用遥感生态指数模型(RSEI)和主成分分析,对比分析研究区2010年7月、2015年7月及2020年7月遥感影像数据,对其生态环境质量做出研究评价。结果表明,虽然甘南藏族自治州生态环境质量较好,但是其生态环境质量格局演变程度较为明显,亟待加强生态环境保护。

基于遥感生态指数的广东石门台国家级自然保护区生态环境质量评价

基于遥感生态指数(RSEI)定量评估了1997—2021年石门台自然保护区的生态环境质量变化,探究该自然保护区建立与管控级别提升前后的生态环境质量变化情况,并运用随机森林算法和相关性分析方法探讨演变的原因。结果表明:石门台自然保护区RSEI值从1997年的0.637动态上升到2011年的0.714,随着自然保护区从省级升至国家级,生态环境质量稳步提高,2021年RSEI达到0.788;保护区生态环境质量变好的区域占比高达64.5%,其中,缓冲区改善较为明显,变差的区域主要集中在实验区人类活动频繁地区以及核心区高海拔山脊地带;RSEI对高程的响应最为明显,300~600 m生态环境质量最好,300 m以下和超过900 m生态环境质量相对较差;当土壤酸碱度为5.3、有机碳质量分数为4.1%、黏土质量分数为32%时,RSEI最高;居民活动从外向内(即实验区-缓冲区-核心区)对生态环境质量的影响程度逐渐降低且带来负面影响;时间上,RSEI与降水呈现正相关性,有23.6%的区域通过显著性检验(P<0.05),局部年份受降水的影响较大。总体上,石门台自然保护区生态环境质量变好趋势明显,今后应加强对高山顶部裸土区域以及低海拔人类活动频繁地区的保护和治理。

长株潭城市群生态环境与城镇化时空耦合协调关系--基于遥感生态指数和夜间灯光指数

城镇化是推动社会经济发展、影响区域生态安全格局的重要因素,生态环境与城镇化的稳定协调是实现区域可持续发展的保证。为平衡城市群在城镇化发展进程中与生态环境的耦合协调关系,以长株潭城市群23个区(县)为研究对象,综合利用土地利用、夜间灯光和MODIS数据,基于Google Earth Engine(GEE)平台,构建2002~2022年夜间灯光指数和遥感生态指数分别表征城镇化水平和生态环境质量,并采用耦合协调度模型探析长株潭城市群城镇化与生态环境耦合协调的等级聚类和时空差异。结果表明:①2002~2022年,长株潭城市群热度变化显著,降低29.26%,且除炎陵县外,其他区(县)生态环境质量均有不同程度下降,呈倒“N”型或“M”型走势,开福区、天心区、天元区等城镇建设活动多的区(县)遥感生态指数下降幅度最大;②长株潭城市群城镇化水平有所提高,夜间灯光指数整体呈上升趋势,但2022年增速低于2017年,区(县)之间发展不均衡,城镇化水平较高的区(县)集中在长沙;③长株潭城市群多数区(县)耦合度在2002~2022年处于从拮抗到磨合过渡的阶段,2012年耦合度整体处于较高水平,但17个区(县)在2017年又落回较低阶段。2022年长株潭城市群大部分区(县)耦合协调度达到协调状态,部分区(县)长期失调,整体耦合协调情况较好,但空间分布不均衡,呈现中北部高、南部低的特征。

基于改进遥感生态指数的金寨县生态环境质量评价

为定量评价区域生态环境质量,客观反映生态环境的变化过程,为区域生态环境保护、治理及发展规划提供科学依据,该研究基于2014、2016、2018和2020年4个时期的Landsat 8卫星影像,引入归一化山地植被指数,集成绿度、湿度、热度和干度4个指标构建改进型遥感生态指数(MRSEI),进行生态环境质量时空分布制图与动态变化分析,探究金寨县周期生态环境状况及变化原因.结果表明:(1)MRSEI具有一定的科学性,能较全面地反映研究区生态环境质量情况及时空分异特征;(2)研究周期内,金寨县全域生态环境质量较高,生态质量“优”和“良”区域占比持续上升,东北部的经济开发区及其周边生态质量较差;(3)研究区MRSEI从2014年的0.668持续提升到2020年的0.869,生态环境质量持续提高.

利用改进型遥感生态指数的岩溶区生态环境质量评价

本文选取绿度(NDMVI)、湿度(Wet)、石漠化(RDI)和热度(LST)4个指数,构建了改进型遥感生态指数(IRSEI),以实现县域岩溶地区的生态环境质量评价。基于2003与2023年的县域尺度遥感影像与其他地理信息数据,通过若干方面定量对比IRSEI与RSEI指数。结果表明,IRSEI包含了更丰富的山地植被与石漠化状况信息,能够更好地表征和评价岩溶地区生态环境质量,适合作为岩溶地区生态环境质量评价的定量指标。研究区在2003—2023年间,生态环境质量改善和退化情况均有发生,但生态环境质量总体下降了7.46%,生态等级由良变为中等。从空间分布来看,罗平县研究区生态质量差的区域主要分布在北部,生态环境质量优的区域主要分布在中部。

基于改进的遥感生态指数的黄河三角洲生态环境质量时空变化分析

在黄河流域生态保护和高质量发展的背景下,为监测黄河三角洲整体生态环境变化,为区域未来发展提供合理建议,以黄河三角洲为研究区,选取5期Landsat影像为数据源,在遥感生态指数(RSEI)模型基础上,用盐度指数(SI)代替干度指标,同时引入空气质量指标(DI)构建改进的遥感生态指数(MRSEI),并结合景观指数,借助空间自相关分析方法,通过地理探测器进行驱动因子分析,定量评价黄河三角洲生态环境时空分异特征。结果表明:(1)与RSEI相比,MRSEI更接近生态环境状况指数(EI)值,评价结果与真实地表情况更为接近,更适用于黄河三角洲生态环境质量评价。(2)黄河三角洲生态环境表现为略微变差,生态指数均值由0.53降到0.51。生态环境质量差的区域主要集中在沿海滩涂附近,生态环境质量较好的区域分布在西南部与黄河沿岸地区,随着距海岸距离缩小生态环境质量逐渐降低。(3)不同等级的遥感生态指数斑块破碎度都不断上升,景观格局趋于破碎化。(4)各时期区域生态指数空间分布都存在显著的空间自相关性,局部以高-高聚集与低-低聚集为主,与MRSEI分布变化趋于一致。(5)土地利用是影响区域生态环境空间分异性的主要因素,各因子间的交互作用均表现为双因子增强。

基于改进遥感生态指数的宁夏生态环境质量时空变化

在遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)的基础上引入PM10作为大气环境质量指标,提出了改进的遥感生态指数(Improved remote sensing ecological index,IRSEI),并基于IRSEI分析了宁夏2000-2020年的生态环境质量时空分布格局与演变,以及宁夏生态环境质量的变化趋势,此外还深入讨论了不同的指标归一化方式对IRSEI结果的影响。结果表明,1)2000-2020年,宁夏生态环境质量呈现“先上升,后下降,又上升”的趋势,21年间IRSEI从0.329上升至0.426,总体上升了约29.48%;空间分布上,生态环境质量等级为“优”和“良”的地区主要分布在宁夏北部、南部以及黄河流域沿岸,生态环境质量等级为“差”和“较差”的区域主要分布在宁夏中部。2)宁夏生态环境质量改善面积远大于退化面积,21年间改善面积占比达到54.42%,且极强改善区域集中在宁夏南部,中部以较强改善为主,退化面积占比为14.98%,主要分布在北部城市区域。3)趋势分析结果表明,宁夏生态环境质量呈改善趋势的区域面积占比达到64.02%,显著改善趋势的面积占比为29.18%,但仍有28.81%的区域呈现显著退化和轻微退化趋势,生态环境质量修复与保护应重点关注呈现退化趋势的区域。4)不同的指标归一化方式对IRSEI影响显著,基于各期数据分别进行指标归一化容易高估生态环境质量较差年份的IRSEI,低估生态环境质量较好年份的IRSEI,基于全局极值的指标归一化方式,能更真实客观地反映不同时期的变化和差异。

基于遥感生态指数的哈尔滨市区生态环境变化研究

以哈尔滨市区为研究区,基于2013年、2017年及2021年3期Landsat-8遥感数据,选取干度、热度、湿度和绿度四个指标作为体现生态环境质量的指标,利用RSEI,并结合生态质量等级差值运算法,对哈尔滨市区“十二五”至“十四五”期间生态环境的时空变化情况进行分析评价。结果表明:2013—2021年哈尔滨市区生态环境质量在逐渐上升,西部和南部整体的生态环境质量相对较差,北部的RSEI指数相对其他地区较高。

基于遥感生态指数的神东矿区1990—2022年煤炭开采对生态环境的影响分析

定量分析煤矿开采、土地复垦等人类活动对环境产生的影响可为矿区环境保护提供复垦依据。基于1990—2022年Landsat影像,采用遥感生态指数RSEI评估神东矿区的生态环境时空动态演变特征,并利用随机森林模型建立温度、降雨、潜在蒸散发与RSEI的关系模型,得到气候条件下RSEI的预测值R′SEI,结合残差分析与基于Landsat的干扰和恢复趋势检测(Landtrendr)算法定量评估人类活动的影响。结果表明:①矿区与矿井尺度的整体RSEI均值皆有所上升,但矿井尺度RSEI均值低于矿区尺度;2018—2022年光伏区RSEI下降速率为-0.027,略低于控制区,表明神东矿区整体生态环境得到略微改善,但人为采矿活动导致矿井尺度生态环境质量低于矿区尺度,而光伏区的建设对生态环境起到了改善作用。②神东矿区采矿前(1990—1996年)和采矿后(1996—2022年)R′SEI与实际RSEI的相关系数R^(2)为0.61。矿区生态环境在只受气候因素影响下呈变好趋势。③采矿后(1996—2022年),矿区尺度残差δ均值为0.07,δ<0的部分主要集中在矿区北部矿井集中区及其周边地区,占总面积的39.74%,每当矿区有新矿活动加入,δ<0的面积占比就会大幅增加;矿井尺度整体δ均值在1996—2000年呈下降趋势,2000—2012年呈上升趋势,2012—2022年呈下降趋势。④1990—2022年矿区尺度扰动和恢复强度均值分别为0.45、0.37,矿井尺度扰动和恢复强度均值分别为0.43、0.37,矿井尺度扰动强度低于矿区尺度但恢复强度与其相近;采矿后(1996—2022年),扰动与恢复面积占比都保持先上升后下降趋势,表明矿区扰动和恢复行为总是伴随发生且煤炭开采所产生的扰动可由生态遭到破坏后的自我修复及人类复垦行为进行抵消。矿区扰动持续时间占比最大为1 a,恢复持续时间最大为16 a,表明研究区的采矿扰动为急剧的采矿干扰事件,短暂采矿干扰影响发生之后,便有恢复事件发生,且人为对矿区采取的修复行为具有长期性和持续性。综上所述,煤矿开采行为对矿区生态环境造成较强的负面影响,但人类对矿区生态采取的各种治理措施及环境自身的修复能力可对其进行修复。该研究有助于理解煤炭开采对矿区生态环境的影响,并为神东矿区生态环境质量的恢复与提升提供科学依据。

基于遥感生态指数的渭库绿洲生态环境质量监测

渭库绿洲是塔里木盆地北缘的重要生态屏障,为客观、全面地评价其生态环境质量,分别对绿洲内2010年、2014年、2018年以及2021年6—9月的Landsat5(TM)和Landsat8(OLI)高质量卫星影像进行数据分析与整理,并以此为基础通过Landsat8卫星影像的波段间不同特性计算该区域遥感生态指数(RSEI),评估了绿洲的生态环境质量时空变化规律。结果表明,2010—2021年渭库绿洲内RSEI均值由2010年的0.2545减少至2021年的0.1817,生态环境质量总体呈下降趋势。从空间上来看,生态环境质量较好的区域主要集中在渭库绿洲内、塔里木河沿岸以及北部山区,生态质量较差的区域主要集中在绿洲外围的沙漠和荒漠交错带上。通过RSEI变化监测分析可知,渭库绿洲2010—2021年生态环境没有发生变化的区域占比均在85.00%以上,生态环境显著恶化区域占比均小于0.15%,生态环境显著改善区占比均小于0.30%,生态环境轻微恶化区域占比的平均值为6.25%,生态环境轻微改善区域占比的平均值为5.80%,轻微改善区域面积小于轻微恶化区域面积,这表明渭库绿洲生态环境有向轻微恶化方向发展的趋势。

基于遥感生态指数的新疆米东区生态环境监测与土地利用

基于遥感生态指数,采用主成分分析法分析绿度、湿度、干度、热度等生态指标,结合ArcGIS平台,对新疆米东区2000—2020年生态环境质量变化进行监测,并探究生态环境质量时空变化与土地利用变化之间的关系。通过第一主成分分析发现,绿度指标和湿度指标载荷值越大,生态环境质量越好;干度指标和热度指标载荷值越大,生态环境质量越差,生态指标对生态环境的指示作用与实际情况相符;研究区生态环境质量整体呈上升趋势。通过生态环境质量时空变化和土地利用数据叠加分析发现,区域生态环境质量的变化与土地利用变化有一定关系。研究区生态环境质量改善主要以草地、耕地和林地为主,其中草地和耕地在对生态环境质量的改善中起主要作用。

基于遥感生态指数的济南市生态环境质量动态监测

城市的快速发展往往会引起生态环境质量的变化,为了促使区域社会经济稳健可持续发展对其生态环境质量评估是非常必要的。以济南市作为研究对象,利用2002—2021年Landsat遥感影像数据,通过计算WET、NDVI、LST、NDBSI,运用主成分分析法对各个分量指标进行分析进而构建RSEI模型。结果表明:(1)2002—2021年济南市RSEI均值分别为0.529、0.502、0.565、0.591,呈先下降后上升趋势,总体处于中等水平;(2)生态环境改善地区主要分布在济南市西北部,生态环境退化地区主要分布在中部、北部、东南部;(3)济南市生态环境变化与NDBSI关系最密切,4年平均相关度为0.715,为进一步分析NDBSI指标对环境质量的影响,对其分量指标IBI和SI指标进行数值分析以及空间分析,IBI指标和SI指标4年平均值为0.565、0.356,通过空间分析IBI指标值较高区域范围与RSEI指标较低区域范围具有高度的吻合度,在NDBSI指标中IBI指标是对济南市生态环境质量产生负面影响的主要因素,表明城镇化的快速发展对生态环境造成一定程度的破坏。

基于遥感生态指数的河南连康山国家级自然保护区生态环境质量时空变化研究

基于2013、2017和2021年的Landsat-8 OLI/TIRS影像,计算河南连康山国家级自然保护区的遥感生态指数(RSEI),并结合高程、坡度和坡向等数据探讨RSEI的变化与地形特征的关系。结果表明:(1)研究区2013、2017和2021年的RSEI平均值分别为0.251、0.397和0.597,呈现出逐渐上升态势,生态环境质量持续改善。核心区和缓冲区的生态环境质量不均衡发展趋势加重,实验区则趋于平衡。(2)RSEI变化以轻微改善和显著改善为主,主要集中分布于中部和南部,净改善面积为79.67 km^(2),占比75.30%。(3)中海拔(309~464 m)、坡度5°~35°以及阳坡(南、西南、西、西北)区域是RSEI降低的主要区域,建议加大该区域的保护治理力度,促进保护区生态环境质量的提升。

基于遥感生态指数分析太原市城市生态环境质量变化

利用Landsat遥感影像,基于绿度、湿度、干度、热度,构建遥感生态指数(RSEI),定量揭示太原市城六区2004—2020年生态环境质量空间分布与变化,并对其影响因素进行分析。结果表明:2004年、2010年、2020年RSEI均值分别为0.267、0.324、0.345,呈上升趋势,上升速率为0.046/10a,生态环境质量整体向好的趋势发展。太原市城六区生态环境质量呈“川”字形格局,东西部的好,中部的较差,万柏林区在城六区中生态环境质量最好,小店区的最差。土地利用类型改变和人类经济活动是影响生态环境质量的重要原因。2004—2010年生态环境质量改善面积占比达52.50%,2010—2020年51.45%的区域生态环境质量未发生变化,24.89%的区域向好的方向发展;2010—2020年生态环境质量变差面积占比由2004—2010年的9.69%增加至23.66%,因城市发展政策向南倾斜,使生态恶化区域重点向南发展。

基于RSEI模型的成都市生态环境遥感评价

城市生态环境是评价区域发展的重要指标,而遥感技术可以提供一种高效的监测手段。本文以成都市为例,基于遥感生态指数(RSEI)模型,通过Google Earth Engine(GEE)云计算平台对城市生态环境质量进行监测和评估。文章采取了一种适用于盆地平原地区的遥感生态指数,结合绿度指数(NDVI)、热度指数(LST)、湿度指数(WET)和干度指数(NDBSI)来评估区域的生态环境质量水平。结果表明,该方法可以快速、高效地进行城市生态环境监测,填补了仅基于有限地面环境站点监测的不足,有助于城市生态环境的高质量建设和区域可持续发展。

基于遥感生态指数(RSEI)的泰安市生态环境质量评价

文中选用2006年,2013年,2018年三期Landsat卫星影像来对泰安市进行研究,运用ENVI5.3对环境影响因子(干度,绿度,湿度,热度)进行提取并进行分析处理,对得到的遥感生态指数(RSEI)综合分析来评价泰安市生态质量。结果表明2006-2018年泰安市生态环境质量有一定程度下降,需要加强对生态环境的建设和保护。

基于改进遥感生态指数的新丰江流域生态环境质量时空动态演化研究

针对新丰江流域内城市化建设进程加快导致的生态环境破坏不断加剧的问题,利用遥感技术手段对流域生态环境质量变化进行监测十分必要,从自然因素角度反映区域环境质量的遥感生态指数在自然区域生态环境研究中效果显著,但忽视了人类活动因素对生态环境的影响,不能全面反映人文因素对生态环境的干扰。本文以2010—2020年新丰江流域为研究区域,在遥感生态指数基础上融入具备人类活动属性的兴趣点(POI)数据构建改进遥感生态指数(HRSEI),用于研究区生态环境质量时空分析。研究表明:①该流域在十年间存在较大规模的开发建设,但随着“两山”理论执行力度的加大(2015—2020年),流域内生态环境质量从降低扭转至升高;②融入POI数据后的HRSEI对流域内人为建设活动密集区域的生态环境质量感知适用性更好;③流域内持续存在较大规模的建设活动,但生态环境质量的“下降-上升”演化特征体现了属地内生态管理方式的改进。研究结果可为粤东新丰江流域生态环境治理修复工作提供参考建议。

基于改进遥感生态指数的淮河流域生态环境质量演变研究

淮河流域作为中国重要的经济区域,其生态环境问题一直备受关注.基于Google Earth Engine平台,选取2000-2023年的MODIS影像,提取绿度、湿度、干度、热度等4个生态指标进行耦合,构建改进的遥感生态指数(MRSEI).对淮河流域2000-2023年的生态环境质量变化进行评估,并结合地理探测器分析了自然条件对生态环境的影响.结果表明:2000-2023年淮河流域的生态环境质量呈现先下降后上升的趋势.2000-2023年淮河流域生态环境质量变好的面积占比38.50%,变差的面积占比27.75%.东部地区生态环境质量较稳定,中、西部地区稳定性较差.地理探测器的分析结果显示,干度是驱动研究区生态环境质量变化的主要影响因子,其次是绿度.

基于遥感生态指数(RSEI)的水电开发区生态环境变化分析:以清江中下游地区为例

为了快速监测水能开发过程中区域生态环境变化,协调水电开发与生态环境保护的关系。以清江水电梯级开发时间为节点,选取1987、2004和2015年Landsat TM/OLI影像,从绿度、湿度、热度和干度4个方面分别提取改进型土壤植被指数(MASVI)、湿度分量(WET)、地表温度(LST)和裸土指数(NDSI)4个评价指标,结合主成分分析,生成新型遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),对清江水电开发区生态环境进行评价。结果表明:(1)清江中下游地区1987、2004和2015年RSEI均值分别为0.443、0.664和0.515,呈先上升后下降趋势;(2)生态环境改善地区主要分布在低山丘陵区和平坦平原区,生态环境退化地区主要分布在水利枢纽中心及其附属库区、沿岸喀斯特山地及清江汇入长江口的丘陵区;(3)清江水电开发区生态环境与MASVI和NDSI关系最密切,3 a平均相关度分别为0.879和-0.916。认为提高植被覆盖度以及对裸露、干化地表进行治理是水利枢纽建设区环境恢复的关键。