基于多时相RSEI的生态环境质量评价——以新民市为例

以辽宁省新民市作为研究对象,基于2014年、2017年、2020年的相近月份(5—6月)Landsat 8 OLI_TRIS数据,提取4个生态因子[绿度(NDVI)、湿度(WET)、干度(NDBSI)、热度(LST)],采用主成分分析法构建遥感生态指数(RSEI),对研究区域生态环境质量时空演变特征进行评价。结果表明,2014年、2017年、2020年新民市RSEI的均值分别为0.397、0.348、0.506,呈先降后升的趋势。2014—2020年,生态环境质量等级为差和较差的区域主要分布在西北区域,面积占比由62.5%降至33.2%;生态环境质量等级为较好和好的区域主要分布在东南区域,面积占比呈明显的先降低后升高趋势,由21.3%先下降到18.4%后上升到37.0%。4个因子中绿度和湿度对生态环境质量起到正面作用,其中湿度的正面影响较为显著;干度和热度起到负面作用,其中干度的负影响较为显著。

遥感生态指数(RSEI)模型及应用综述

在“双碳”背景下,开展遥感生态评价与监测分析对于及时掌握生态状况、制定科学合理的生态保护政策具有重要作用。早期遥感生态评价指标单一、过程复杂。遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)实现了生态评价效率的提高,得到广泛应用。为深入理解RSEI,文章阐述了该指数的产生背景,介绍了RSEI的计算方法及研究现状,归纳了指数存在的问题及区域适应性调整措施,并对RSEI主要应用方向,即区域生态评价和区域生态变化监测进一步分析,最后指出,未来RSEI虽有广阔发展空间,却仍需围绕影像时空尺度、存储和批处理能力、模型自适应、智能化等方面进行研究。

基于RSEI和MSPA模型的生境质量时空动态演变分析——以安徽金寨霍山两县为例

随着城镇化进程的加快,人类社会与自然界联系日益密切的同时,生态环境问题也日趋显著。当前大多数基于遥感的生境研究都是只采用遥感生态指数(remote sensing ecology index,RSEI)评估生境质量,缺少对生境内部结构的评估。为此,提出一套完整的生境质量评估框架,将RSEI和形态学空间格局分析(morphological spatial pattern analysis,MSPA)结合,从功能和结构2个角度综合对研究区进行生态环境监测和评价。以安徽省的金寨、霍山2县为研究对象,选取3期Landsat遥感影像,首先基于随机森林算法(random forest,RF)进行土地利用分类,然后构建RSEI评估研究区生境质量,最后以生境质量最高的森林作为主体,采用MSPA识别不同景观类型评估森林的结构变化。结果表明,1)研究期间,金寨、霍山2县面积占比最大的林地面积其RSEI均值先增加后略微减少,建设用地和耕地的面积及其RSEI均值一直呈上升趋势;2)研究区的生境质量持续稳定以“优”“良”等级为主,“差”等级区域面积呈减少趋势;3)林地内部的核心区面积呈下降趋势,RSEI均值总体却呈上升趋势。此外,孤岛、支线区面积增加的同时RSEI均值也在提高。据此,研究区的森林内部结构出现破碎化现象,但是生境功能总体呈上升趋势,这与合理的土地利用及森林内部结构的改变联系十分密切。研究结果可为与类似金寨县和霍山县的生态环境建设提供科学的参考价值。

基于RSEI模型的开封市生态环境质量变化动态分析

生态环境质量评估监测是联合国可持续发展目标中的重要内容。本文利用2005年、2014年和2022年,共3期遥感影像数据,应用主成分分析法,将绿度、湿度、干度和热度等4个指标耦合成遥感生态指数(RSEI),对开封市2005~2022年的生态环境质量进行动态分析。结果表明:干度是对生态环境质量影响最大的指标,而热度的影响相对较小;RSEI能够较好地反映开封市的生态环境质量状况;开封市的生态环境质量在研究期间持续改善,RSEI的平均值从0.576增加到0.643,增幅达11.63%,约44.63%的区域生态环境质量得到改善,主要表现为一个等级的提升;生态环境质量分布格局发生较大变化,生态环境等级为良、优的区域大幅增加,主要分布在除开封市主城区西北部以外地区。

基于RSEI的长时序区域生态安全格局构建——以太行山区河北段为例

以太行山区河北段为研究对象,计算遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI),进而识别生态源地,选取土地利用类型、归一化植被指数、高程、坡度等多源空间数据进行综合阻力评价,采用电路理论模型提取生态廊道和生态夹点,构建“源地-廊道-节点”的长时序区域生态安全格局。结果表明:(1)研究区2002年、2007年、2012年、2017年、2021年的RSEI均值分别为0.507、0.538、0.554、0.493、0.541,20年间RSEI呈现“上升-下降-上升”的变化趋势;(2)研究区源地总面积逐期增加,初期至末期面积增加5705 km^(2),面积占比由2.66%增加至18.56%,源地斑块RSEI均值由0.774上升为0.834;(3)研究区主要生态廊道呈现南北纵向分布,研究末期识别生态源地16个,生态廊道21条,生态夹点5个。

基于RSEI的中小城市生态环境质量时空动态演变分析——以明光市为例

中小城市的迅速扩张导致日渐严重的生态环境问题,通过谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)建立遥感生态指数(Remote Sensing Environmental Index,RSEI),对明光市2013—2021年的生态环境质量时空变化进行评价,并探测其主要驱动因子。结果表明:近10年间,明光市RSEI值呈现上升-下降和总体下降的趋势,在空间上呈现出生态环境较好的区域向南部转移现象,生态质量优(或差)的区域聚集趋势逐渐加强,两级分化趋势愈加显著,有明显的空间分异性;整体生态环境质量状况为:恶化面积(41.63%)>改善面积(33.24%)>保持不变面积(25.12%);探测因子结果显示,明光市RSEI空间分异主要驱动因子为植被与降雨。

基于RSEI的徐州市区转型期生态环境质量时空演变分析

【目的】探寻徐州市区转型期生态环境质量的时空演变规律,为生态保护和相关政策的制定提供依据。【方法】利用2000—2020年5期Landsat数据,构建遥感生态指数(Remote sensing ecological index, RSEI),基于皮尔逊相关性系数、空间自相关等方法分析徐州市区生态环境质量时空演变特征,使用地理探测器探测影响生态环境质量的主要因子。【结果】(1)2000—2020年研究区RSEI值在0.5~0.6范围内波动,生态环境质量不稳定;低等级生态环境质量,主要分布在云龙区、泉山区和鼓楼区,高等级生态环境质量主要分布在铜山区和贾汪区;(2)2000—2020年生态环境质量改善的面积占比35.70%,恶化的面积占比23.23%,生态环境质量与其变化情况呈显著负相关。RSEI等级越高,生态环境质量越容易恶化,等级越低越容易改善;(3)生态环境质量具有明显空间聚类特征,高-高聚类区域分布在铜山区,低-低聚类区主要分布在云龙区、泉山区、鼓楼区及贾汪区,20年来高-高聚类区标准差椭圆方向性明显,始终呈现“西北—东南”向分布格局,低-低聚类区标准差椭圆呈现“西南—东北”向分布格局;(4)地理探测器探测结果显示,所有影响因子结果均显著,主导因子为绿度,双因子交互作用明显。【结论】徐州市区转型后生态环境质量有所改善,生态治理取得一定成效。

基于RSEI的三峡库区乡村聚落生态环境质量动态监测

乡村振兴战略强调县乡融合发展,乡村聚落生态环境质量建设是乡村生态振兴的重要组成部分。遥感生态指数由四个指数构成(湿度、绿度、干度、热度),可以定量评价区域生态环境质量状态。基于TM和OLI遥感影像数据,从县域及农村居民点两个尺度,利用遥感生态指数分析三峡库区典型区域(忠县)2002—2019年的乡村聚落生态质量变化。结果表明:(1)县域尺度上,绿度变化幅度较大,湿度、干度、热度变化幅度小,四个指数体现出生态质量总体好转;(2)大部分区域绿度为高等级;湿度为中等;干度为较低;热度为中等,建筑用地、东南部地区与整体不同,变化反复无规律。(3)2002年、2010年环境质量以中等等级为主,2019年主要为优。(4)2002—2010年变化较小,2010—2019年变化剧烈,总体质量明显好转。(5)从农村居民点区尺度来看,2002年环境质量较差,2010年有所好转,2019年较差。研究成果可以为研究三峡库区的资源环境承载能力与乡村振兴战略提供数据参考。

基于RSEI的福建省生态环境质量变化特征研究

为定量评估福建省生态环境质量变化特征,利用遥感生态环境指数(RSEI)分析了1990~2022年福建省生态环境质量时空演变特征及其对环境因素和土地利用变化的响应。结果表明:①1990~1995年福建省生态环境质量呈“东南优西北差”的空间格局,从2000年开始生态环境质量较差的区域逐渐增加,2010年后生态环境质量得到改善。②1990~1995年、2005~2010年、2010~2015年生态环境质量以中等以上等级转移为中等等级为主,其他年份以中等以下等级转移为中等以上等级为主,耕地区域生态环境质量以中等以下等级转移为中等以上为主。③1990~2010年福建省生态环境质量呈“北部增加—南部减小”的趋势,以高波动变化为主,2011~2022年呈“内陆增加,沿海减小”的趋势,以低波动变化为主。④地表温度上升和湿度增加对生态环境质量变化起到正影响作用,干燥度对生态环境质量的影响呈“南负—北正”的趋势。绿度指数对生态环境质量以负影响为主。⑤除林地和耕地面积呈减小趋势,其他类型均为增加趋势,且不透水面面积增加最为明显,影响了整体土地利用类型演变格局。福建省生态环境质量呈下降趋势,这表明福建省在生态环境维持与治理方面应有针对性进行政策调整,后期需要进一步规范福建省土地利用结构并进一步加强自然灾害的防护策略,以实现经济和生态环境共发展。

基于RSEI鄱阳湖生态经济区生态质量评价

本文以陆地卫星(Landsat)影像为基础,运用遥感技术提取绿度、湿度、干度和热度四个指标,通过主成分分析方法构建了2002—2022年的鄱阳湖生态经济区遥感生态指数(RSEI),全面评估了该地区生态质量的时空变化。研究表明:2002—2020年,鄱阳湖生态经济区RSEI指数呈增长趋势,大部分区域的RSEI等级为良和优,占比从76.86%提高到了82.46%,变化最明显的地区主要集中在鄱阳湖流域的湖泊湿地。本研究为进一步实现鄱阳湖生态经济区的生态环境和经济的协调发展提供了科学依据。

改进RSEI的兰北新城生态环境质量评价

遥感生态指数(RSEI)是生态环境质量评价的重要手段。基于兰北新城2000、2010、2016、2022年4期Landsat遥感影像,本文运用主成分分析(PCA)耦合绿度、湿度、热度及改进的干度指标信息,构建了适用于干旱半干旱区的RSEI,利用分级研究、差值运算等方法对兰北新城2000—2022年生态环境质量变化进行了定量评价。结果表明:2000、2010、2016、2022年兰北新城RSEI均值分别为0.395、0.499、0.564、0.467。2000—2010年,南北两山绿化工程的持续推进使植被覆盖度增大,生态环境质量上升;2010—2016年植被覆盖、房屋建筑和人工堆掘地面积都在增大,生态环境质量提升状况大于恶化状况,总体向好;2016—2022年,城市扩张加剧,房屋建筑和人工堆掘地持续增加,生态环境质量稍有下降。总体来说,2000—2022年,兰北新城生态环境质量得到了提升。

基于GEE和RSEI的韶关市生态环境质量长时序变化及评价

为了解韶关市2002-2022年生态环境质量变化情况的特征,利用Google Earth Engine(GEE)平台获取MODIS产品库2002-2022年6-8月的影像,综合考虑湿度、绿度、干度和热度等多种生态环境要素,以每5年为时间节点,对韶关市生态环境质量进行了研究。分析结果表明:2002-2007年,韶关市RSEI有较大程度降低,韶关市的生态环境质量存在较大程度的恶化;2007-2022年,韶关市RSEI逐渐提高,韶关市生态环境质量逐步上升且趋于稳定。选取高程、坡度、降水量和人口密度4个指标与RSEI作相关性分析,发现RSEI与高程、坡度和降水量呈正相关,人口密度呈负相关,且生态环境质量好的区域主要分布在人类扰动性活动较少的林地地带。总体而言,2002-2022年,韶关市的生态环境质量经历了从恶化到改善再到稳定的螺旋上升状态,生态环境质量得到了改善。研究结果为未来改善韶关市的生态环境质量和低碳可持续的发展提供了科学依据。

习近平生态文明视阈下基于RSEI技术的伊敏矿区生态环境质量研究

从习近平生态文明思想出发,采用现代遥感技术的遥感生态指数(RESI)评价模型和改进型遥感生态指数(MRSEI)对内蒙古伊敏露天矿区生态环境变化进行评估,以期为矿区和谐和可持续发展提供基础数据和科学依据。结果表明:2010年9月至2018年4月矿区产坑周围的NPP值范围呈下降趋势,反映了该地区生态环境变差。在东部以及南部的房屋建筑区NPP值变化也呈相同的趋势,NPP值较低的区域逐年扩大。该地区人与自然关系异化严重,在合理开采资源的同时应重视保护当地自然生态环境,促进人与自然和谐发展。

基于RSEI的交通枢纽城市生态环境质量动态评价——以郑州市为例

选取交通枢纽典型城市郑州市为研究区,以长时间序列Landsat系列遥感影像为数据源,通过构建遥感生态指数(remote sensing based ecological index,RSEI),对郑州市生态环境质量进行动态监测与评价.结果表明:近20 a郑州市生态环境质量得到明显改善,RSEI值由2000年的0.356上升至2020年的0.428,地表湿度和热量是主要影响因素.从空间重心转移来看,RSEI指标良、优等级重心向西北方向移动,逐渐靠近火车站、高铁站、飞机场等重要交通枢纽节点,说明郑州市交通枢纽城市建设和生态保护高质量统筹发展,促进了当地生态环境质量进一步提高.

基于RSEI的喀斯特地貌山区生态环境评价——以思南县为例

以1995、2010、2020年Landsat TM/OLI 3期影像为主要数据源,针对典型的喀斯特地貌山区,借助遥感生态指数(RSEI),对贵州省思南县25年的生态环境状况进行监测和定量评价。结果表明:1)1995—2020年,思南县RSEI均值从0.546到0.616,呈逐渐上升的趋势。利用RSEI差值分析,1995—2020年生态等级增加面积所占比例为39.76%,远远大于生态等级降低所占比例(9.06%),即环境改善的程度远大于环境恶化的程度。2)思南县的生态环境受气候变化和人为活动的共同作用,RSEI等级增加的区域主要在思南县乌江沿岸,得益于退耕还林和乌江流域生态修复,等级降低的区域主要集中在城镇周围,主要原因是近年来政府脱贫政策的实施,大量基础设施建设影响了周围生态环境。

基于RSEI的延河流域生态环境质量监测与预估

利用延河流域1998年、2004年、2010年和2016年4期的Landsat遥感影像,计算遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI),对流域生态环境质量的时空变化进行分析和评价,利用CA-Markov模型对2022年和2028年的生态环境进行模拟和预测。结果表明:(1)RSEI评价指数在延河流域具有较好的适用性,可用于监测和评价流域生态环境的时空变化特征。(2)时间尺度上,RSEI均值从1998年的0.392变化为2016年的0.530,呈逐年上升趋势,空间尺度上,RSEI从东南向西北逐渐增大。以0.2为间隔划分RSEI等级,发现流域生态环境质量等级以较差和中等为主,占总面积的62.4%,主要分布于流域的山谷地带,优良等级的面积占比最小,约为8.1%,主要分布于流域南部的山区地带。(3)自然和人为因素对流域生态环境质量变化的影响存在较大空间差异性。其中海拔在1200~1800 m的区域,生态环境质量变化主要受自然因素影响;而海拔低于1200 m的区域,则主要受人类活动影响。(4)预测到2028年,流域生态环境质量会持续提升,良好和优良等级的面积占比将达到66%,但是流域西北部由于生态环境本底脆弱,仍存在较大的问题。

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。

基于RSEI指数的雄安新区生态质量评价

生态环境是一个地区赖以生存和发展的基础,对雄安新区生态质量监测将会是关系到区域发展的重要内容。本研究基于2013与2019的Landsat8/OLI影像,综合湿度、干度、热度、绿度等指标,通过空间主成分分析方法(Principal Component Analysis,PCA)从而达到将四个指标的主要信息集中在少量主成分上,从而构建RSEI(remote sensing ecological index,RSEI)综合指数指标,借助遥感技术手段从空间和时间角度分析雄安新区设立前后生态质量变化与变化原因,并定量讨论不同土地利用类型与RSEI指数之间的联系。结果表明:(1)绿度与湿度对生态质量起积极影响而干度与热度相反,其中干度影响力最大;(2)2013—2019年间雄安新区整体生态质量呈下降趋势;(3)统计变化区域相关情况可知,雄安新区生态质量变化程度较大区域占总面积约10%,整体生态质量变化程度不高;(4)不同土地利用类型RSEI指数取值呈现聚集分布。裸土地、建设用地分布在低值区,水域和植被分布在高值区。雄安新区设立后两年间生态质量呈下降趋势,在今后规划建设中应加大生态环境保护力度,构建科学合理空间布局,以支持雄安新区经济可持续发展,建立绿色智慧新城。

基于RSEI的三峡库区重庆段水土保持生态功能区生态环境质量动态监测

集成绿度、湿度、热度和干度共4个指标构建遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index, RSEI),可快速定量评价区域生态环境状况,客观反映生态环境的变化过程。以1994年、2000年、2007年、2013年、2019年Landsat TM/OLI影像为数据源,采用遥感生态指数评价了三峡库区重庆段水土保持生态功能区生态环境质量状况,并预测2025年研究区生态环境质量。结果表明:构建的RSEI指数能够反映三峡库区重庆段水土保持生态功能区的生态环境质量状况,1994—2019年RSEI值由0.525上升至0.653,上涨幅度达24.38%,生态环境质量改善面积为6 265.673 km2,所占比例为59.78%,退化区域面积为604.789 km2,面积占比为5.77%,生态环境总体质量改善效果明显并趋于稳定;从空间分布来看,研究区改善区域较广,主要集中于奉节县和云阳县全境;而退化区域集中于研究区主要的城市建成区和管辖范围内具有一定规模的村镇,以及巫山县北部和东南部地区,研究区整体改善明显;预测的2025年RSEI仍持续上升,但上升速率明显放缓,因此研究区在后续的生态环境建设中,仍应进行持续性生态治理及保护。研究结果实现了水土保持生态功能区生态环境质量的快速监测,可为其生态治理提供科学依据。

基于RSEI模型的平朔矿区生态环境变化研究

矿区生态环境问题涉及到社会经济可持续发展,一直是社会普遍关注的问题。本文选取1987年、1998年、2007年、2013年、2018年五期遥感影像为数据源,提取绿度、湿度、干度、热度指标,采用主成分分析法计算各指标贡献率,构建RSEI模型,研究平朔矿区32年的生态环境质量及其变化趋势。结果表明:1987—2007年,受煤炭开采的影响,平朔矿区生态环境质量下降,RSEI指数由0.564下降至0.512;2007—2018年,平朔矿区大力开展生态恢复治理工作,生态环境逐渐改善,RSEI指数逐渐上升至0.576,生态质量优与较优等级的面积分别提高了4.14%和3.65%。平朔矿区北部地区生态质量较好,安家岭露天矿、安太堡露天矿周边及南部地区生态质量较差,经过生态恢复治理后,矿区周边及南部地区生态环境得到改善。本文建议后续仍应着重开展南部地区生态治理工作,注重整体土地利用的协调性。