基于遥感生态指数模型的渭南市生态环境质量动态监测与分析

本文基于1995和2015年的Landsat系列遥感影像,利用主成分分析法确定绿度、湿度、干度、热度4个指标的权重,采用遥感生态指数(RSEI)评价模型,对渭南市1995—2015年的生态环境质量进行监测与分析.结果表明: 1995—2015年,渭南市的生态环境质量总体呈上升趋势,RSEI均值由0.489上升至0.556;生态环境改善的地区主要分布在渭南市中部,占总面积的49.6%;生态环境退化的地区主要分布在韩城市部分矿区和渭南市南部区县(秦岭北麓渭南段),仅占总面积的15.4%.研究区生态环境质量受城市规划建设影响较大,但总体上其生态环境质量有所改善,得益于近年来该市对生态环境的关注与投入.     

新兴海岛型城市建设引发的生态变化的遥感分析——以福建平潭综合实验区为例

福建省平潭岛于2010年被正式确立为“福建省平潭综合实验区”,由此引发了新兴海岛型城市的建设高潮.本研究利用遥感生态指数(RSEI),基于2007年Landsat-5影像和2013年Landsat-8影像,分析了平潭综合实验区建设初期的生态状况及其时空变化趋势和变化原因.结果表明： 研究期间,作为生态脆弱的海岛,平潭岛的生态状况整体处于中等水平,在综合实验区建设初期(2007-2013年)有进一步下降的态势,RSEI值从2007年的0.511下降至2013年的0.450,降幅达14%;占全岛面积约36.5%区域的生态状况趋于退化,且主要发生在中部和西南部地区.究其原因主要是由于综合实验区建设带来的大面积成片开发,使得岛内原本不多的植被遭到进一步破坏.平潭岛在综合试验区建设中应及时制定并落实科学有效的生态保护措施,以遏制其生态质量下滑的趋势.     

新兴海岛型城市建设引发的生态变化的遥感分析——以福建平潭综合实验区为例

福建省平潭岛于2010年被正式确立为"福建省平潭综合实验区",由此引发了新兴海岛型城市的建设高潮.本研究利用遥感生态指数(RSEI),基于2007年Landsat-5影像和2013年Landsat-8影像,分析了平潭综合实验区建设初期的生态状况及其时空变化趋势和变化原因.结果表明:研究期间,作为生态脆弱的海岛,平潭岛的生态状况整体处于中等水平,在综合实验区建设初期(2007—2013年)有进一步下降的态势,RSEI值从2007年的0.511下降至2013年的0.450,降幅达14%;占全岛面积约36.5%区域的生态状况趋于退化,且主要发生在中部和西南部地区.究其原因主要是由于综合实验区建设带来的大面积成片开发,使得岛内原本不多的植被遭到进一步破坏.平潭岛在综合试验区建设中应及时制定并落实科学有效的生态保护措施,以遏制其生态质量下滑的趋势.     

江苏重要生态功能区质量演变及红线管控效应

生态保护红线区作为重要生态功能区,对国家生态安全起到了基础保障作用。如何准确有效地评估生态保护红线区生态质量演变以及生态保护红线的作用,对“红线”政策的进一步完善和区域可持续发展具有重要意义。基于Google Earth Engine平台,利用Landsat 5、8长时序遥感影像构建出江苏全域1985—2021年遥感生态指数RSEI,分析了生态保护红线区1985年以来的生态质量演变情况,评估了2013年以来实施的生态保护红线政策在生态保护方面的效用。结果表明：(1)针对江苏全域构建的RSEI模型PC1平均贡献率高于70%,适用于江苏全域及生态保护红线区的生态质量演变分析。1985—2021年RSEI提升的面积占江苏总面积的58.2%,红线区平均RSEI值在0.52—0.63间变化,整体呈现波动上升的趋势;(2)江苏生态保护红线区整体RSEI均值突变年份在2003年,各市红线区RSEI均值突变年份大多集中在1995—2005年间,1990年代苏南和苏中部分城市出现由好向差的突变,2000年代苏北城市出现由差向好的突变;(3)生态保护红线具有屏蔽效应,有效阻挡了建筑用地等不透水面和裸土向保...     

基于遥感生态指数的雄安新区生态质量评估

城镇化建设的持续推进给生态环境带来的压力日益增加,多方位、客观、准确、快速测算区域生态环境质量是生态学研究的一个重点.本研究从绿度、湿度、热度、干度4方面分别提取了归一化植被指数(NDVI)、湿度指数(WET)、地表温度(LST)、归一化建筑-土壤指数(NDBSI)4个分量指标,采用基于ENVI平台的主成分分析技术集成所选指标,基于新型遥感生态指数(RSEI)对1995—2015年雄安新区生态质量进行评估.结果表明: 1995、2004和2015年,雄安新区的RSEI均值分别为0.724、0.710、0.682,生态质量总体呈下降趋势;1995—2015年间,研究区RSEI主要由4、5级向1、2、3级转变,生态质量改善和恶化的面积分别占总面积的8.9%和20.9%,生态改善区域主要位于雄县东部和南部,主要原因在于该区域大面积的林地和园地受到当地政府的高度重视和严格保护,生态质量恶化区域主要位于城镇外围以及白洋淀周边,原因在于白洋淀水域面积的锐减和城市化的不断推进;RSEI与各分量指标的平均相关系数为0.804,均高于各分量指标间的平均相关系数,表明RSEI能较好地综合各分量指标信息,全面准确反映研究区生态质量状况.     

干旱荒漠区生态环境质量遥感动态监测——以古尔班通古特沙漠为例

利用遥感生态指数(RSEI)对区域生态变化进行评价,可以快速、高效、客观地获取研究区生态环境变化状况.本研究以两期Landsat数据为数据源,计算研究区绿度、湿度、热度、干度4个生态因子的遥感生态指数,并基于主成分分析法确定其权重,对古尔班通古特沙漠2006—2017年间的生态环境时空格局进行定性和定量评价.结果表明: 湿度和绿度对古尔班通古特沙漠生态环境质量起正面作用,而热度和干度对生态环境质量起负面作用,其中代表绿度指标的归一化植被指数(NDVI)的贡献最大.2006—2017年间,古尔班通古特沙漠的RSEI有所下降,其均值从0.294下降至0.243,降幅达20.1%,研究区的生态环境状况呈现整体变差的趋势.古尔班通古特沙漠中部生态环境较为稳定,东北部植被覆盖密集区及南缘灌溉区生态环境质量变好,沙漠南部及西北部区域生态环境质量变差.     

黄土高原神府资源开采区生态环境质量时空格局特征

煤炭的开采促进了地区经济发展,同时也影响了当地的生态环境。因资源开采区在监测研究中常忽视了生态环境质量的长时间影响和时空变化。以神府开采区为例,基于Landsat系列遥感数据,使用遥感生态指数、Mann-Kendall检验法、R/S分析法等,对该区2000—2020年间生态环境质量时空格局特征进行时间序列分析和空间格局特征研究。结果表明：研究区域20年的RSEI均值为0.469,生态环境质量多年平均属于中等等级。2000—2020年间神府矿区生态环境质量总体上看有所改善,20年前后波动变化维持在0.523;同时建设用地也不断增加,从107.09km²增加至273.53km²。变化趋势上生态环境质量趋势变优、不显著和变差的面积比例分别约为56.1%、16.3%和27.6%。研究区生态环境可持续性整体上不强,大量区域显示反持续性特征。资源开采活动引发的地质环境问题致使生态环境退化,表现为直接影响区生态环境质量低于间接影响区,平均低2.68%。研究揭示了矿区长时间序列的变化状况与未来变化趋势及可持续性特征,探讨工矿业对生态环境质量的影响,为神府矿区...     

基于遥感信息的黄土高原主要灌溉农业分布区生态安全特征

生态安全是区域经济社会可持续发展的重要保证。本研究基于2000—2018年间的遥感数据,系统分析了黄土高原4个主要灌溉农业分布区(银川平原、河套平原、汾河谷地和渭河平原)植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI)的变化特征。结果表明: 2000—2018年间,研究区FVC整体呈下降趋势,但4个不同灌溉农业分布区FVC变化趋势各异。研究区RSEI整体呈下降趋势,其中,银川平原和渭河平原的RSEI下降明显,分别下降0.06和0.07,河套平原的RSEI无明显变化,而汾河谷地的RSEI整体呈上升趋势。4个区域中,银川平原、汾河谷地的生态稳定性较差,河套平原的生态环境较稳定,而渭河平原的生态环境持续退化。研究结果对区域生态环境保护和农业可持续发展具有重要意义。     

上海和纽约城市不透水面时空变化及其对生态质量影响的对比

城市空间的扩展使得大量的不透水面取代了以植被为主的自然地表景观,尤其是在规模较大的城市,其高比例的不透水面很大程度上影响了城市生态质量.本研究以中、美2个人口规模最大的城市——上海和纽约为研究区,基于上海1989、2002和2015年和纽约近同期的1991、2001和2015年的Landsat影像,利用归一化不透水面指数(NDISI)提取研究区各年份的不透水面信息,通过遥感生态指数(RSEI)评价城市不透水面大幅增长导致的城市生态质量变化,并借助景观指数分析上海和纽约两种不透水面空间分布格局对城市生态质量的影响.结果表明: 20世纪90年代初到2015年,上海和纽约的城市不透水面增长速率和空间变化模式存在显著差异.研究期间,上海不透水面的总增加面积是纽约的17.4倍,年均增长速率是纽约的62.2倍.上海的城市扩张方式主要表现为由城市中心向周边乡村扩展,而纽约的城市无明显扩张,不透水面以填充的方式在城市内部增加.2种不同的不透水面变化模式和空间分布格局对城市生态质量产生了不同影响.上海的RSEI均值从1989年的0.717下降到2015年的0.453,总体降幅达 36.8%;而1991和2015年纽约的RSEI分别为0.552和0.514,下降6.9%,其幅度远小于上海.在不透水面斑块面积大、斑块内部高度连通和聚集的区域,城市生态质量较差.     

中老铁路经济廊带生态质量及其与人类活动的关系

区域生态质量很大程度上受人类活动强度影响,制约着区域经济可持续发展。以中老铁路经济廊带为对象,重点研究区内人类活动强度对区域生态环境的影响。选取1999、2009、2019年遥感影像计算遥感生态指数(RSEI),采用空间自相关及局域G统计量探测研究区生态质量的时空演变规律,并结合同期人口密度构建地理加权回归模型,定量分析区内人类活动强度引起的生态效应。研究表明: 1999—2019年,区内生态质量经历了先升后降的变化,RSEI均值由1999年的0.645升为2009年的0.738,随后又降为2019年的0.721,中部地区生态质量波动较大;基于地理加权回归模型(GWR)拟合人口密度与生态质量的效果明显好于最小二乘法,基于GWR的不同时期R²均高于0.7且拟合效果稳定,2019年拟合度最好(R²为0.785),1999、2009年R²分别为0.726、0.754;中老铁路沿线南部万象一带的生态质量对人类活动较敏感,以中度敏感区为主。对高、中、低度敏感区而言,人口密度每增长10、100、1000倍将相应导致RSEI均值降低0.2、0.4、0.6。经济廊带发展会导致人口密度增加,在规划布局过程中应控制人类活动,防止潜在敏感区及现有敏感区生态质量进一步恶化。     

干旱地区遥感生态指数的改进——以乌兰布和沙漠为例

干旱区以荒漠为主要背景,生态环境脆弱,极易受到自然和人为因素的影响。为了定量评价干旱区生态环境质量,基于遥感生态指数(RSEI),针对干旱区对其进行改进,构建了干旱遥感生态指数(ARSEI),该指数耦合了绿度、湿度、盐度、热度以及土地退化度信息。利用ARSEI和RSEI对乌兰布和沙漠2000—2019年生态环境质量进行动态监测和评价,分析两者的差别及在干旱区的适用性。同时分析乌兰布和沙漠生态环境质量时空变化特征及原因。结果表明: ARSEI比RSEI对干旱区生态环境质量具有更好的适用性,ARSEI增强了土地利用类型变化在生态环境质量评价中的作用。2000—2019年,乌兰布和沙漠生态环境质量整体上为差。等级为优、良、中的部分主要分布在沙漠北部,等级为差的部分主要集中在戈壁和沙地处,较差主要在低覆盖度植被区。2000—2019年,乌兰布和沙漠生态环境质量总体变好,沙漠北部城镇或农场生态环境质量变化复杂,变差和变好交替分布。生态农业和沙产业对生态环境质量有明显的改善作用,这是乌兰布和沙漠生态环境质量变化的主要原因。     

新区开发建设及其生态效应——以雄安新区为例

雄安新区自2017年设立为国家级新区以来,已进行了大量的开发建设,但迄今尚未见对开发建设所产生的生态效应的研究报道。因此,选取2017年和2020年的Landsat 8影像,分别代表雄安新区未开始建设和建设3年后的两个时期来对此进行对比。利用遥感空间信息技术反演出2017—2020年雄安新区开发建设以来主要地表覆盖类型的变化,并采用遥感生态指数(RSEI)对这些地表覆盖类型变化产生的生态效应进行评估。结果表明：(1)雄安新区2017—2020年间的开发建设已使建筑用地面积增加了60.01 km²,水体面积增加了8.95 km²,植被面积减少了69.29 km²。雄安新区现阶段的开发建设主要集中在区内的容城县和雄县,而安新县的开发强度较小。(2)雄安新区2017—2020年间开发建设的生态效应体现在生态改善面积大于退化面积,生态等级良好以上的面积占比有所提升。因此,新区的生态质量总体略有上升,RSEI均值从0.668上升到0.677。但3个县的表现不一,雄县和安新县的生态有所提升,而容城县则略有下降。(3)雄安新区虽经开发...     

经济快速增长区建筑用地变化及其对生态质量的影响——以福建晋江为例

改革开放以来,中国经济增长促进了建筑用地的快速增加,并在很大程度上影响着区域生态质量.本文以东南沿海经济快速增长的福建省晋江市为例,利用遥感技术重点研究经济快速增长导致的建筑用地变化及其对区域生态质量的影响.基于晋江市1996和2015年的Landsat遥感影像,利用建筑用地指数(IBI)提取建筑用地信息,并进行建筑用地变化分析;同时利用遥感生态指数(RSEI)对生态质量进行评价,定量分析城镇建筑用地变化与生态质量变化之间的关系.结果表明: 1996—2015年,晋江市建筑用地面积共增加68.54 km²,增幅达45%,建筑用地扩展强度为0.55.建筑用地的增加导致该市生态质量总体下降,RSEI均值从1996年的0.532下降到2015年的0.460,降幅达13.5%;生态优良等级所占面积的比例从1996年的39%下降到 2015年的21%.建筑用地扩展强度与生态质量呈显著负相关关系.     

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征.结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征.其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧.同时,不同功能区的风险高低排序(人工区＞半自然区＞自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律.此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据.     

黔中喀斯特山地城市土地利用/覆被变化及其生态效应评价——以贵阳市花溪区为例

快速城市化发展对脆弱喀斯特山地城市生态环境造成严重威胁,系统监测评价城市土地利用/覆被格局变化及其生态效应,协调生态保护与城市发展的关系是新时期喀斯特山地城市生态文明示范城市建设的重要命题。以贵阳市花溪区为对象,以2013年和2018年Landsat ETM/OLI遥感影像为主要数据源,运用遥感和GIS技术,采用遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index,RSEI）模型,在系统分析研究区土地利用/覆被类型和生态环境质量时空动态变化的基础上,剖析土地利用/覆被变化的生态效应。结果表明：（1）2013-2018年花溪区土地利用/覆被格局发生明显变化,形成以林地、建设用地和耕地3种类型占优的格局态势,以耕地的大量减少（减少约15353.37 hm²）且90%转为建设用地或林地、灌木地为主要特征,并伴有局部林地退化（约2683.80 hm²）的现象;（2）5年间,花溪区生态环境质量呈下降趋势,RSEI从2013年的0.622下降到2018年的0.499,下降约20%,反映植被覆盖度和不透水建设用地的绿度指标和干度指标对花溪区生态环境质量的贡献最大;（3）土地利用/覆被与生态环境质量的分布和变化在空间上基本吻合;林地面积或林地与灌木地面积的增减对生态环境质量的变化具有显著影响,林地或林地与灌木地面积增加10%,可使生态质量好转面积增加约15%-20%,或减少生态质量恶化面积约4%;而林地的退化面积增加10%,可导致生态质量恶化面积增加约14%。研究可为喀斯特山地城市国土空间格局优化、城市生态环境改善、生态文明城市建设提供科学依据。     

三峡库区生态敏感区土地生态安全预警测度与时空演变——以重庆市万州区为例

以三峡库区生态敏感区典型区万州区为研究对象,基于压力-状态-响应(P-S-R)框架构建土地生态安全预警指标体系,运用熵值法进行土地生态安全预警分析,并通过空间统计学方法对研究区土地生态安全警度的空间分布特征、变异规律及空间关联格局进行研究分析,旨在为区域土地资源利用的规划、管理及其生态保护提供决策参考。结果表明:(1)研究区2000-2014年土地生态安全警度呈连续上升趋势,土地生态安全警度较高区域由万州区中心城区不断向四周扩散,但2000-2009年期间研究区土地生态安全警度提升幅度比2009-2014年期间更为明显,2000-2009年期间是区域土地生态安全警度变化的关键时段。(2)研究区2000-2014年C_0/(C_0+C)呈不断上升趋势,表明非结构性因素对区域土地生态安全警度的影响程度在不断加大,这与研究区14年来经济高速发展、人类对土地资源利用强度加剧以及区域自然灾害频发的实际情况相符。(3)研究区2000年、2009年、2014年全局Moran's I值分别为0.7823、0.7772、0.775,表明土地生态安全预警指数在空间上存在较强的正相关关系,区域土地生态安全警度在空间上具有较强聚集性。(4)研究区"高-高"、"低-低"值区均呈现出2000-2009年范围逐渐增加,而2009-2014年范围逐渐缩小的趋势;且"高-高"值区主要集中分布在中心城区及其邻近区域,"低-低"值区则主要集中分布在研究区西北部和东南部等土地利用程度相对较弱、植被覆盖相对较好地区;中心城区周边的"低-高"值区将是城市发展中优先被占用的区域,在未来的土地利用中,尤其需加强对区域"低-高"值区的重点保护。     

基于连续变化检测和分类算法的动态遥感生态指数构建

沿海地区经济社会高速发展,是生态环境变化的焦点区域。然而,沿海地区云雨天气频发,遥感信息获取能力受限,导致遥感生态质量指数（RSEI）评价结果受成像日期变化而波动,可比性较差。针对以上问题,研究利用连续变化检测和分类（CCDC）算法构建时间序列模型,通过合成任意时刻影像、重构遥感生态指数以及改进指数归一化方式,研发了一种动态遥感生态指数（DRSEI）,细化了RSEI在区域生态质量监测的时间尺度,并应用于沿海城市宁波生态质量时空变化监测。结果表明：（1）RSEI对时间差异较为敏感,当影像年内成像时间相差逾1个月,RSEI差异可达0.147,这种差异会对长期生态质量动态监测的稳定性和准确性造成影响。（2）基于合成影像的DRSEI平均绝对偏差为0.097,接近成像时间相差半个月的RSEI差异（0.072）,误差相对较小,一定程度上减小了真实影像时相差异引起的误差。（3）DRSEI能够表征任意时刻生态质量,通过年际（1986-2019年）和半月际（2019年）DRSEI分析揭示了宁波市生态质量总体下降趋势和时空异质性加剧过程。具体地,1986-2019年宁波市南部和西部森林区域的DRSEI持续上升,而近郊农田快速转化为建成区导致DRSEI不断下降。研究提出的DRSEI能够精确描述区域生态质量变化趋势,准确定位生态质量变化转折点,有望服务海岸带地区的生态质量定期监测与评估工作,支持沿海城市高质量发展与生态环境保护。     

露天煤矿区生态风险受体分析——以内蒙古平庄西露天煤矿为例

煤矿露天开采行为导致矿区岩体剥离、植被破坏和土壤物理化学性质的巨大改变,对采矿区土壤生态系统造成剧烈扰动,使其成为水土流失、滑坡等矿区潜在生态风险的主要受体。以内蒙古平庄西露天煤矿区土壤生态系统为研究对象,通过分析矿区主要景观单元的土壤理化性质、植被演替规律与土壤线虫群落结构特征,研究其生态脆弱性分布与变化规律。结果表明矿区土壤系统的成熟度与稳定度与其形成年限具有相关性,但与农田生态系统和未受扰动的自然生态系统相比,煤矿开采区与排弃物堆放区的土壤结构较差、土壤肥力偏低、动、植物群落成熟度和稳定性较差。受土壤养分条件及土壤微生物数量等因素的限制,其植被自然恢复速度慢,生态系统脆弱,需通过土壤改良、合理选种适生植物、改善土壤养分条件,促进植被重建。     

重庆南川区生态环境变化及其对城市不透水面的响应

城市建筑物的扩张使得不透水面挤占了大量的自然生态空间, 利用遥感技术对生态环境进行监测有助于快速掌握区域生态变化过程。以重庆市生态典型示范区南川为研究区, 利用2002、2011、2016年3期多时相Landsat影像, 通过耦合绿度、湿度、干度、热度四个因子, 计算各个时期的遥感生态指数(RSEI), 并采用归一化不透水面指数提取各个年份的不透水面信息, 借助景观格局指数揭示不透水面时空变化对区域生态的影响, 最后结合人类活动范围以及经济、政策等多角度对区域生态环境变化进行分析。结果表明: (1)研究期内南川区的RSEI均值由0.6791下降至0.5712, 再上升到0.6669, 生态环境总体有所恢复。构成RSEI的四个因子中, 对区域生态影响最大的是绿度指数, 其次为干度指数。(2)2002—2016年间研究区不透水面扩张主要以内部填充为主, 不透水面年增长率约为6.31%。(3)不透水面斑块面积较大、聚集度高、结合度强的区域RSEI值低, 生态等级为优的区域相较生态质量差的区域聚集度低12%左右。(4)生态环境与人类活动范围、生态政策具有一定的相关性, 与道路距离每增大100 m, RSEI值提高约0.0149; 积极的生态政策对区域生态环境具有促进作用。总的来说, 合理利用现有不透水面进行建设, 增加不透水面形态的复杂性和分散性, 保护已有植被, 注重经济增长与生态保护相协调是改善区域生态环境的关键。     

生态修复前后祁连山地区植被覆盖变化

祁连山是我国重要的生态屏障,定量评估气候变化和人类活动对植被变化的影响对祁连山生态保护和修复具有重要意义。以祁连山地区为研究区,分析1986—2020年植被覆盖时空动态变化,计算气候变化及人类活动对植被覆盖变化的贡献率,进而评估生态修复工程对于植被覆盖变化的影响程度。结果表明：(1)1986—2020年间祁连山地区植被覆盖度呈现显著增加趋势,变化趋势为0.022/10a;中高覆盖度主要分布在东南地区,西北地区仍然是以低覆盖度为主,且1999年的退耕还林还草工程施行后,中低覆盖度向中高覆盖度方向转化。(2)祁连山地区植被覆盖变化是气候因素和人类活动共同作用的结果。气候因素对植被覆盖的贡献率为93.40%,人类活动贡献率为6.60%,气候因素是祁连山区植被变化的主导因素,但人类活动在植被变化中的影响程度逐年增加。祁连山地区植被覆盖呈转好趋势,这主要是因为退耕还林还草等生态工程极大地改善了祁连山地区的植被覆盖状况,为后续植被的恢复和生态系统的稳定奠定了良好的基础。