中国北方地区生态环境质量时空变化及其对气候变化与人类活动的响应

中国北方地区地域辽阔,干旱面积分布较广,风沙危害、水土流失等问题严重,是典型的气候敏感区及生态环境脆弱区。然而,该区域近几十年来生态环境质量演变及其对气候变化与人类活动响应的规律还不清晰,研究这些规律对加强北方地区生态文明建设及维护生物多样性具有重要意义。本文基于中国历史高分辨率生态环境质量数据(CHEQ),以及气候指标、夜间灯光等遥感数据,利用趋势分析、变异系数、偏相关分析、多元回归分析、重标极差分析等方法,探究了北方地区2001—2018年生态环境质量时空变化特征及其对气候变化与人类活动的响应。结果表明:①2001—2018年CHEQ指数总体呈小幅下降趋势,空间上呈东高西低、南北高中部低的分布特征;②近18年来,北方地区生态环境质量改善的区域仅为18.66%,而退化面积比例为40%;③生态环境质量与气温和人类活动呈显著负相关关系(P<0.05),而与降水呈显著正相关关系(P<0.05);④气候变化对生态环境质量变化起主导作用的区域占研究区面积的90%。本文在弥补现有研究不足的同时,可以为快速掌握北方地区绿色经济发展下生态环境质量的变化规律和提高生态文明建设的效果提供科学依据,为“绿水青山就是金山银山”的科学政策提供理论支撑。     

基于RSEI的生态环境质量评价及驱动力分析——以闽江流域(福州段)为例

生态环境对社会经济可持续发展至关重要。为了研究闽江流域(福州段)生态环境的变化情况,本文以2010、2015和2021年的遥感影像为基础,通过主成分分析构建遥感生态指数(RSEI),对闽江流域(福州段)近12年的生态环境质量进行评价和监测,并结合地理探测器对其变化原因进行分析。结果表明：(1)闽江流域(福州段)2010、2015和2021年的RSEI指数分别为0.62、0.70和0.68。(2)大部分地区的RSEI指数等级为良和优;生态变好的面积大于生态变坏的面积,生态环境整体向好发展。(3)干度和热度是生态环境质量时空变化的关键驱动因子。     

基于Google Earth Engine的巢湖流域生态环境质量时空动态变化及影响因素分析

本文以巢湖流域为研究区,基于2000—2020年Landsat TM/OLI系列遥感数据,通过Google Earth Engine云计算平台构建遥感生态指数(RSEI),采用空间自相关与地理探测器等方法对巢湖流域生态环境质量进行大尺度、长时序动态监测分析与评价。结果表明：(1)研究区RSEI均值由2000年的0.70提升至2020年的0.74,整体上呈现改善趋势,研究区生态环境等级以优、良为主。(2)研究区全局Moran’s I指数均大于0,巢湖流域生态环境质量在全局自相关上呈现聚类趋势,具有显著的空间正相关性,20年间“低-低”聚集区呈现先增加后减少趋势。(3)研究区生态环境受多因子影响,其中人为因素对2010年巢湖流域生态环境影响较大,进而导致生态环境质量下降。     

赣州市人地关系的耦合响应研究

人类改造自然的速度和强度在不断提高，对区域生态环境的可持续发展构成了重大威胁。基于Modis卫星影像数据，利用遥感生态指数探究了赣州市2001—2015年生态环境质量时空变化特征及其对人类活动的响应，并利用趋势分析法研究了像元尺度上赣州市生态环境质量和人类活动强度的空间变化趋势。结果表明：(1)2001—2015年间，赣州市的生态环境质量呈波动上升趋势，且在所有的区县中，章贡区的RSEI最低，多年平均值为0.518;(2)人类活动强度和耦合协调度在市中心发达地区呈下降趋势，在市中心周围呈上升趋势；(3)人类活动强度与生态环境质量之间表现出负相关关系，人类活动的持续增强，使得耦合协调度呈现先增后减的趋势，表明人类活动强度的提高不会一直对区域环境产生积极影响。     

鄂州市湿地资源景观演变与退化过程分析

以2009年、2015年和2020年鄂州市土地利用数据为基础,分析了湿地景观格局演变过程及其退化程度,探究了整体与局部区域湿地退化的功能特征。结果表明：(1)2009—2020年鄂州市和梁子湖自然保护区的湿地总面积分别减少66.75 km²、8.04 km²;(2)鄂州市湿地景观向破碎化和类型多样化发展,但湖泊湿地优势度增加,空间分布集中,连通度有所提高;(3)湿地退化区域主要分布在花马湖流域和长江沿岸,恢复区域主要分布在五四湖流域和梁子湖自然保护区;(4)湿地生物多样性有所降低,但植被生产力呈增加趋势,梁子湖区域整体湿地保护情况良好,退化程度低于鄂州全市。鄂州市湿地景观受人为活动影响明显,湿地保护政策和生态项目工程的实施有利于湿地资源的恢复与合理利用,对促进区域经济与生态环境协调发展具有重要意义。     

适用于秋冬季节RSEI的三峡库区生态质量评估

遥感生态指数(RSEI)是一种能快速、实时、定量、多时序评估生态环境质量的评价生态指标,但RSEI在秋冬季节生态质量反演表征上存在不足。针对该问题,本文提出了一种适用于秋冬季节的RSEI。首先利用地理探测器分析RSEI的4个指标是否适用于秋冬季节的生态质量反演;然后采用植被覆盖度、植被健康指数、表层水分含量指数、地表温度、空气质量指数构建适用于秋冬季节的RSEI,并进行适用性验证;最后对三峡库区秋冬季节的生态环境质量进行反演与时空分析。结果显示：(1)库区生态环境质量总体呈现改善的趋势;(2)库区77%的面积生态环境质量较为稳定;(3)预测库区生态环境总体呈未来改善、持续性改善的趋势。     

基于EVI的锡林郭勒生态脆弱性评价

本文基于综合指数法构建生态脆弱性模型,借助质心迁移、趋势分析对锡林郭勒近20年生态脆弱性的时空演变进行了分析,并探究了自然因素和社会因素对生态脆弱性的驱动影响及时空分异特征。结果表明:①时间上,锡林郭勒生态脆弱性整体有所改善、分区特征显著。矿区、牧区生态治理成效显著;农业区生态脆弱性出现退化,需加强治理。②空间上,锡林郭勒生态脆弱性呈阶梯式分布,生态脆弱性质心逐渐向东偏移。西部地区生态脆弱性持续改善;中、东部地区生态脆弱性相对平稳,局部地区出现退化。③自然因素对空间尺度下的生态脆弱性主导特征显著,社会因素对时间尺度下的生态脆弱性主导特征逐渐增强。     

基于空间距离指数的延河流域生态敏感性时空演变特征

生态敏感性是生态系统对自然环境变化和人类活动干扰的敏感程度,可以反映生态环境问题发生的难易程度和可能性大小。以黄土丘陵沟壑区延河流域为例,选取水土流失敏感性指数、生态风险敏感性指数和生物多样性敏感性指数3个定量评价指标,基于空间距离指数构建流域综合生态敏感性指数(comprehensive ecological sensitivity index,CESI),并结合重心模型探讨1996—2016年间延河流域生态敏感性的时空变化情况。研究结果表明:(1)从时间变化来看,延河流域生态敏感性总体呈下降趋势,CESI由1996年的1.38上升到2016年的1.41,表明延河流域生态环境质量有所改善;(2)从空间分布变化看,延河流域1996—2016年间生态敏感性空间分布情况变化较大,1996年生态敏感性较高地区集中在延河流域上游部分,2006年以后生态敏感性较高地区主要分布在延河流域中游及下游的部分地区;(3)1996—2016年,延河流域各级生态敏感性区域重心向延河流域中游转移,生态敏感性分布由1996年的集中分布转为2016年的集中与分散相结合的分布情况;(4)延河流域生态敏感性受土地利用方式影响较大,延河流域"退耕还林(草)"工程及综合治理工程在生态敏感性转好过程中起关键作用。     

2001—2018年长三角城市群城市化与生态环境耦合协调度变化监测

城市化的发展与生态环境紧密相关,利用遥感方法可准确地进行城市化与生态质量耦合协调度动态监测与分析,为区域的城市化建设、生态治理及发展规划提供必要的参考依据。本文以长三角城市群为例,利用Landsat系列数据和DMSP-OLS夜间灯光数据分别建立表征区域生态环境的遥感生态指数(RSEI)和表征区域城市化水平的灯光指数(CNLI),采用耦合协调度模型探究了2001—2018年长三角城市群城市化与生态环境耦合协调度时空变化特征。结果表明：(1)2001—2018年,长三角城市群城市化水平不断提高,城市化指数由2001年的0.112提高至2018年的0.288;(2)2001—2018年,长三角城市群生态环境质量不断下降,生态等级为优的区域不断收缩,其中上海市与南京市最明显;(3)2001—2018年,耦合协调度总体呈现上升趋势,且各城市空间差异性较大。     

黄土高原生态环境对气候变化与人类活动的双重响应

在气候变化和人类活动日益剧烈的背景下,为评估黄土高原地区生态环境质量时空变化,本文基于GEE平台,以黄土高原为研究区域,选用2000—2020年MODIS产品数据构建RSEI指数,采用趋势分析法、标准差椭圆法、残差分析法等方法分析黄土高原生态环境质量时空变化特征及其对气候变化和人类活动的响应。结果表明：(1)过去21年间,黄土高原RSEI呈升高趋势,其增长速率为0.005/a(p<0.01);(2)空间上,RSEI以增长趋势为主,占全区总面积的92.78%,且在未来一段时间内继续保持改善趋势;(3)迁移上,差等级迁移距离最大,为85.67 km,其次是良等级,为49.05 km,迁移距离最小的是中等级,为30.18 km;(4)气候变化和人类活动均对黄土高原RSEI产生正面影响,且人类活动是主要驱动因素。     

1999-2020年长江经济带(江苏段)生态环境变化监测及人类活动驱动分析

协调区域城镇化与生态环境保护之间的关系,是推动我国长江经济带可持续发展的核心问题之一。针对现有研究中,生态环境变化与人类活动驱动之间的响应关系缺少时空对应的数据支持、影响过程不明的问题,本文充分利用多源卫星遥感技术在处理和提取时空信息上的优势,以长江经济带江苏段沿江县区为例,利用1999-2000年、2009-2010年和2019-2020年3期Landsat系列遥感影像,通过RSEI模型定量分析研究区1999-2020年间区域生态环境时空变化规律,并引入人工不透水面（IS）及夜景灯光（NTL）等时空信息指标,定义各县区IS面积占比和IS区域NTL辐亮度均值,用于定量探究不同区域、不同强度下人类活动（城镇化）对生态环境的影响。研究结果表明：①1999-2020年间,江苏省沿江各区县城镇化区域及其周边区域生态环境质量下降趋势明显。其中,2000-2009年间,研究区各县区IS区域面积快速增加,导致其区域生态环境质量明显下降。而2010-2020年间,部分城镇化区域绿化面积增加,促使其区域生态环境质量缓慢提升。②研究区各县区IS面积占比与其RSEI均值呈现明显函数负相关性,而IS区域NTL辐亮度均值与其RSEI均值的函数负相关性相对减弱,尤其是IS面积占比超0.3的县区,城镇化与生态环境交互耦合关系复杂性增强,其详细函数模型需进一步研究。     

基于主成分分析的生态变化遥感监测——以宝鸡市城区为例

利用遥感技术研究区域生态变化特征,具有实时、快速等优点。采用主成分分析法(principal component analysis,PCA),集成了绿度、湿度、干度和热度4个遥感指标,对2002—2013年间宝鸡市城区(陈仓区、金台区和渭滨区)及其土地利用类型的生态环境质量变化进行了综合评价。结果表明,2002—2013年间研究区生态环境质量等级提升的面积占研究区总面积的39.50%,等级下降的面积占10.96%,生态环境质量综合指数(synthetical ecological index,ESI)提升了0.31,近10 a来生态建设工作已取得显著成效;其中,陈仓区和渭滨区整体生态环境质量得到改善,ESI分别上升了0.38和0.23,而金台区有所下降,ESI降低了0.03;各土地利用类型ESI由高到低依次为林地、未利用地、草地、水域、耕地和建设用地,其中耕地生态环境质量相对稳定,林地、草地和未利用地得到改善,而水域和建设用地变差。     

基于GEE的石嘴山地区生态环境质量时空演变特征研究

以石嘴山市为研究对象，基于GEE平台选取30年的Landsat影像数据，提取绿度、湿度、干度、热度，并加入符合地区特点的盐碱度指标共同构建改进后的遥感生态指数(RSEI),采用长时间序列的趋势分析方法，对1991—2021年石嘴山地区的生态环境变化进行综合评价。1991—2021年研究区的RSEI指数与绿度、湿度呈正相关，与盐碱度、干度、热度呈负相关，生态环境质量呈现出“下降-快速上升-缓慢上升”的趋势。1991—2021年石嘴山市的生态环境质量呈明显改善趋势，生态环境质量显著上升区域面积为4 787.8km²,占比71.0%,显著下降区域面积为117.4 km²,占比1.7%。在1991—2021年，除主城区及周边地区生态环境质量下降以外，其余地区较之前都有明显上升，尤其是在沙湖以及黄河两侧。研究表明区域生态环境质量下降的主要原因是城市扩张，上升的主要原因是内陆湖以及土壤盐渍化改良工程对生态环境的积极改善作用。     

永定客家土楼世界遗产地土地覆盖与生态变化遥感评价

以世界文化遗产客家土楼所在地福建省龙岩市永定区及其规划保护区(湖高区)为研究区,选取1988年、1996年、2002年、2009年和2014年5期Landsat系列卫星影像,应用多分类器集成及新型遥感生态指数(remote sensing based ecological index,RSEI)获取研究区5个时期土地覆盖分类图及RSEI图,采用分类后变化检测方法获得研究区土地覆盖及生态环境变化情况。结果表明:(1)1988—2014年26 a间研究区土地覆盖变化明显,林地、灌木/草地、建设用地面积快速增长,耕地、退化地、开垦地面积大幅减少;(2)RSEI适合用于土楼遗产地生态环境评价;(3)2个研究区的生态质量1988—1996年间均下降,其后均呈逐年上升趋势;(4)从土地覆盖与生态环境的关系来看,生态质量变好区域位于坡耕地、原有中高海拔退化地及开垦地转化为林草地区域;变差区域集中在林草地转化为耕地、退化地和开垦地区域以及城镇周边扩展区域。     

天津市生态环境质量评价与时空演变分析

生态环境质量是衡量一个区域宜居水平的关键指标,动态监测区域的生态环境质量变化,可为保护生态环境提供科学依据和决策支持。为探究天津市近年来生态质量变化,利用天津市2014、2017和2020年的遥感影像,在遥感生态指数(RSEI)指标的基础上,加入人口密度(PD)、气溶胶光学厚度(AOD)两种指标,利用主成分分析法构建改进型遥感生态指数(MRSEI),对天津市的生态环境质量变化进行分析。结果表明：(1)MRSEI有一定合理性,可更加全面地评价生态环境质量。(2)绿度(NDVI)和湿度(WET)与MRSEI呈正相关,而热度(LST)、干度(NDBSI)、PD、AOD与MRSEI呈负相关。(3)天津市2014、2017和2020年的MRSEI分别为0.59、0.54和0.67。(4)天津市生态质量向南扩展。南部生态环境偏差,北部生态环境偏好,但差距正逐渐缩小。(5)林地的MRSEI均值为0.75,灌木为0.73,耕地为0.68,草地为0.57,不透水面为0.43,荒地为0.28。综上,本文基于改进型遥感生态指数更加全面地评价了天津市2014—2020年的生态环境质量,为区域的生态治理提供了参...     

防城港-钦州的海岸线遥感监测与时空分析

海岸线是海陆动态的分界线。国内外对防城港-钦州海岸线的时空变迁研究甚少。基于Landsat系列卫星遥感数据,利用ENVI(environment visualizing images)、ArcMap平台,采用归一化水体指数半自动提取5期海岸线,定量、定性分析海岸线时空演变。研究发现:(1)1999-2018年海岸线增长了53.59 km;(2)2004-2009年因防城港和钦州港填海造陆海岸线剧增了59.954 km;(3)填海造陆时空变化最为明显,2004-2009年港口的填海面积增加3663 hm²;(4)1999-2004年典型海岸养殖区面积增长7021 hm²,之后面积保持平稳,年平均面积为9626 hm²;(5)在研究尺度下,典型的红树林生物区基本维持不变,年均大约1597 hm²;(6)砂质海岸和基岩海岸移动不明显。近20年间,海岸线的变迁因素主要为滩涂围垦、港口扩建、填海造陆。     

基于高分辨率遥感影像的徐州市区生态环境质量评估

以2016、2017和2018年中高分辨率哨兵影像为主要数据源,在Google Earth Engine平台支持下利用变异系数法构建了区域生态环境质量评估模型,并对徐州市区生态环境质量进行了定量评估与分析。结果表明,徐州市大部分区域生态环境质量处于较好的水平,但市区生态环境质量略呈下降趋势。生态环境质量提升的区域集中在徐州市云龙湖周围的老城区一带,生态环境质量下降的区域主要聚集在城市郊区以及大龙湖附近。通过引入皮尔森相关系数分析发现,地表湿度和地表温度是影响徐州市区生态环境质量的主要因素。     

祁连县生态脆弱性评价及时空演变研究

为及时掌握祁连县生态脆弱性真实状况,以RS和地理信息系统(Geographic Information Sys tem,GIS)为技术手段,选取表征气候、地形地貌、植被、土地利用和人文等方面的10个指标构建祁连县生态脆弱性评价体系,运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)和熵权法相结合确定各指标权重,对祁连县2005 2015年间生态环境脆弱性指数(Ecological Vulnerability Index,EVI)进行了定量评价、时空演变分析和驱动力探讨.结果 表明:(1)2005-2015年间,祁连县生态脆弱性以中度和重度脆弱为主.(2)研究区2005、2010和2015年生态脆弱性综合指数分别为3.39,2.78,2.72,整体呈现逐渐好转的趋势.(3)本文在生态脆弱性评价的基础上,从自然因素和人文因素两方面探讨其驱动机制,以期为祁连县后续治理提供更加精准的绿色发展途径.     

鹤岗市生态环境脆弱性演变分析

鹤岗作为煤炭资源型城市,其资源型产业对城市生态环境破坏严重,容易造成严重的环境污染。本文以鹤岗市为研究区域,构建生态环境脆弱性评价模型,选取2000-2014年统计数据,研究鹤岗市生态环境脆弱性演变特征及其主要影响因素,研究表明:1)15年间鹤岗市生态环境脆弱性指数逐渐下降,脆弱性等级从重度脆弱上升为中度脆弱。可分为3个阶段:2000-2010年缓慢下降,2011-2012年急速下降,2013-2014年波动上升。2)从各准则层看,生态压力指数和生态承载力脆弱性指数总体下降,生态恢复力指数波动上升。3)影响因素:生态压力和生态承载力脆弱性与生态环境脆弱性呈正相关,生态恢复力与生态环境脆弱性呈负相关;具体因素有采矿业法人单位数、建成区绿化覆盖率、工业固废综合利用率等。     

干旱区绿洲城市生态变化遥感评价--以武威市凉州区为例

利用主成分分析法耦合4个生态评价指标(绿度、湿度、干度和热度)构建遥感生态指数(RSEI),对干旱区绿洲城市武威市凉州区2000年~2016年的生态环境质量进行评价。结果表明:基于主成分分析的遥感生态指数能客观定量揭示区域生态变化,RSEI均值由从0.447提高到0.458,整体提高了2.46%;武威市凉州区生态环境质量整体稍有改善但变化不大,生态环境质量等级由中等向两极化发展,东北荒漠区大面积开垦耕地使得生态环境有所改善,中部地区城市扩展和新区建设使生态环境质量下降,西南部山区受人为扰动少,生态状况基本不变。