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区域生态质量评价范文1
关键词:鄱阳湖生态经济区;生态;解译
中图分类号:TP:文献标识码: A:文章编号:1673-9671-(2012)022-0197-01
国务院于2009年12月12日正式批复《鄱阳湖生态经济区规划》,标志着建设鄱阳湖生态经济区正式上升为国家战略。鄱阳湖生态经济区位于江西省北部,覆盖全省38个县(市、区)和鄱阳湖全部湖体。该区域是我国重要的生态功能保护区,是世界自然基金会划定的全球重要生态区,承担着调洪蓄水、调节气候、降解污染等多种生态功能。
当前,土地利用和覆盖变化为全球变化研究中关键而迫切的研究课题。由于卫星遥感技术可以在较短时间内连续获取大范围的空间信息,具有空间宏观性,成为最为有效的对地观测技术和信息获取手段。联合国环境署(UNEP)曾启动“土地覆被评价和模拟(LACM)”项目,旨在采用高分辨率影像探测亚全球尺度的土地利用与变化。
因此,本文旨在利用卫星遥感技术获得鄱阳湖生态经济区土地利用信息,并根据《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192-2006)对鄱阳湖生态经济区生态环境质量进行评价。这将为推进全省生态环境监测、土地利用覆盖\变化信息监测提供有力的技术支撑。
1研究区和卫星影像概况
1.1TM影像概况
TM影像是指美国陆地卫星4~5号专题制图仪(thematic mapper)所获取的多波段扫描影像。有7个波段。影像空间分辨率除热红外波段为120米外,其余均为30米。因TM影像具较高空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度,成为20世纪80年代中后期得到世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源。能满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶10万或更大比例尺专题图,修测中小比例尺地图的要求。本文研究区生态解译采用了14景Landsat TM影像,时相为秋季,波段合成采用432RGB彩色合成。
1.2研究区概况
本文研究区范围为鄱阳湖生态经济区,主要包括南昌、景德镇、鹰潭,以及九江、新余、抚州、宜春、上饶、吉安市的部分县(市、区),共38个县(市、区)和鄱阳湖全部湖体在内,面积为5.12万平方公里,占江西省国土面积的30%,人口占江西省50%,经济总量占江西省60%。鄱阳湖生态经济区范围见图2。
1.3技术方法
通过ARCGIS平台,根据地物影像特征,如色调、大小、阴影、纹理、位置和其他标志,以及技术人员先知经验,采用人机交互方式解译Landsat-TM卫星影像,绘出地物的闭合边界,并赋予属性编号,提取土地利用信息。
1.4生态解译结果
本次遥感解译涉及土地利用/土地覆盖分类体系(2000年)一级分类中6个类型,三级分类中13个类型。
区域生态质量评价范文2
1资料与方法
1•1自然概况
福建省位于东南沿海(115°50′-120°43′E,23°32′-28°19′N),东西宽约540km,南北长约550km,土地面积1•214×104km2,其中山地丘陵占80%以上。福建属亚热带海洋性季风气候,年平均气温15•2~21•8℃,各地年平均降雨量基本在1000mm以上,年日照时数1754~2482h,气候资源得天独厚。福建省背山临海,其陆域基本由海拔1000m以上的山地与浙江、广东隔开,因而地貌上和水系上成为相对独立的地理单元。相对独立的地貌、水系及相应的气候、土壤和植被使得生态环境也表现出很强的相对独立性。福建海域处于东海和南海的交界处,全区多为台湾海峡所占据,由于陆域丘陵山地与台湾山地的制约使海域本身的气候、地貌和生物生态环境特征都具有一定的独立性。由于缺乏金门县的相关数据,在进行生态评价时未将金门县考虑进去。
1•2资料及其来源
采用福建省2006年7-9月全省67个台站的地面气象观测资料计算各地湿润指数和灾害指数,数据包括月平均气温(℃)、月降水量(mm)、月平均10m风速(m/s)、月平均相对湿度(%)、月平均气压(mb)、饱和水汽压(mb)、灾害面积(hm2),由福建省气象台提供。水体密度指数、植被覆盖指数、土地退化指数各评价因子的面积、类别数据来源于福建省各地土地利用数据,由福建省农业资源综合数据库提供。
1•3评价模型的建立
采用模糊综合评价法,通过建立隶属函数,经模糊变换,给每个评价因子赋予一个非负实数,得到评价结果,再与评语集相对照,最终确定评价区域的优劣等级[11]。
1•3•1评价因子集遵循代表性、全面性、综合性、简明性、方便性、适应性原则,选择5个因子为评价因子,则评价因子集V={湿润指数,植被覆盖指数,水体密度指数,土地退化指数,灾害指数},然后采用文献[12]中的数据处理方法对各评价因子进行标准化。各评价因子定义如下:(1)湿润指数为降水量与潜在蒸散量的比值,是判断某一地区气候干、湿程度的指标。湿润指数K=R/ET,该指数能够客观地反映一地的水热平衡状况。按季度进行评价时,季度湿润指数K=Rs/(∑ETi),Rs为季度降水量,∑ETi为该季度三个月潜在蒸散量之和。根据文献[13],月平均潜在蒸散量ETi=22di(1•6+U1/2i)Woi(1-hi)P1/2i(273•2+ti)1/4其中,i是月份编号,Pi为月平均气压(mb),ti为月平均气温(℃),di是月天数,Ui是10m高度观测的月平均风速(m/s),Woi是温度为ti时的饱和水汽压(mb),hi是月平均相对湿度(%)。计算区域生态质量等级时,当K>1时,取K=1。(2)植被覆盖指数指被评价区域内林地、草地及农田三种土地类型面积占被评价区域面积的比重,用于反映被评价区域植被覆盖的程度。(3)水体密度指数指被评价区域内水域面积占被评价区域面积的比重,水域包括河流、湖泊、水库等。(4)土地退化指数指被评价区域内风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占被评价区域面积的比重,是反映生态系统功能退化程度的一个重要指数。(5)灾害指数指单位面积上担负的灾害强度、频率等灾害总量,即评价区域内农田、森林等生态系统遭受气象灾害的面积占被评价区域面积的比重。
1•3•2评价因子权重由于不同的综合评价因子对农业资源可持续利用的影响是不一样的,因此需要对参评因子进行权重系数测定。各层次因子权重参照《生态质量气象评价规范(试行)》[13]、采用专家打分法取得,结果见表1。
1•3•3属性同一化根据不同属性因子对总体生态质量的影响方向不同,对全部因子属性进行正相化处理[14]。5项因子中有2项为负相因子(土地退化指数和灾害指数),其正相化指标=1-负相指标。
1•3•4生态综合评价指数根据权重集Q={0•25,0•3,0•2,0•15,0•1}和评价因子隶属函数值集合R={K,V,W,L,D},可计算得到生态综合评价指数其中,O为算子;i为各区域编号,本文i=1,2,3,…,67,Ai表示福建省各县(市)生态质量的综合评价值。#p#分页标题#e#
1•3•5评语集评价区域的生态质量分为5个等级,评语集Z={优,良,一般,较差,差},各等级评语见表2,等级划分参照《评价规范》[13]。
2结果与分析
2•1湿润指数
福建省2006年7-9月湿润指数分布如图1所示。由图中可见:此时段内福建省湿润指数普遍较高,各地湿润指数均在1•0以上;东部地区湿润指数明显高于西部山区,其中东部如平和、诏安、寿宁、永春、云霄、霞浦、宁德、南靖、长泰等地湿润指数较高,均在4•00以上。湿润指数等级较低的地区基本集中在西部如建阳、顺昌、将乐、长汀、永安等,主要是由于7-9月福建省受台风影响比较多,导致东部降水多于西部。根据《评价规范》[13],当K>1时表示大气降水总体上大于植被生理过程需水量,降水条件一般不成为当地植被生理需水的限制因子,说明福建省该季度降水满足作物生长的需水量,有利于作物及其它植物的生长发育。
2•2水体密度指数
福建省2006年7-9月水体密度指数分布如图2所示。由图中可见,福建省各地水体密度指数因地理位置、海拔差异和人类生产活动强度的差异而有所不同。东部沿海地区水体密度指数较高,如漳州的诏安县、龙海市、福州管辖下的平潭县、福清市和厦门市等地,最高可达0•15,主要是因为沿海天然水体面积大,同时由于加上养殖业的开展,人工沟渠、围塘数量大,使得沿海水体密度明显高于中西部;中部地区作为三溪汇合点的南平市延平区和古田水库所在古田县水体密度指数也比较高,介于0•037~0•05;西北部作为粮食生产基地的光泽县、武夷山市、建阳市等地水体密度指数稍低,其指数范围为0•016~0•025;中部地区的长汀县、连城县、永安市、大田县等地因海拔较高,人工水库、水塘等较少,因而水体密度指数明显偏低,指数介于0•008~0•016。
2•3植被覆盖指数
福建省2006年7-9月植被覆盖指数分布如图3所示。从图3可见,福建植被覆盖度整体较高,多数县(市)植被覆盖指数可达0•40以上,植被覆盖指数最高的县达到0•56。从图3中还可看出,沿海经济发达地区植被指数相对较低,如厦门、晋江、石狮、莆田、长乐等地,内陆植被覆盖指数则明显较高,指数在0•4以上的县(市)有49个,占行政区总数的73•1%,指数值大于0•5的行政区有6个,为武夷山市、松溪县、政和县、大田县、永泰县、华安县。植被指数最高的为武夷山市,原因是其界内包括了武夷山国家级自然保护区。武夷山自然保护区位于福建省西北部的武夷山脉脊部,拥有世界上同纬度带现存面积最大、保存最完整的中亚热带森林生态系统,典型的地带性森林类型为常绿阔叶林群落,植被覆盖度很高。图32006年7-9月福建省植被覆盖指数分布
2•4土地退化指数
土地退化是自然侵蚀和人文因子相互作用的结果,是生态系统退化的重要表征之一。福建省坡地多、雨量大,特别是多陡坡、多暴雨的自然环境为水土流失提供了客观的基础。福建省2006年7-9月土地退化指数分布如图4所示,从图中可见,各县(市)土地退化指数在0•002~0•030,泉州地区的南安市土地退化相对严重,其土地退化指数为0•030,寿宁县、安溪县、华安县、平和县土地退化指数较高,介于0•024~0•030,而武夷山、邵武、建阳、漳平、上杭、龙海、漳浦等地退化指数较低,指数值均在0•009以下。
2•5灾害指数
7-9月福建的主要灾害性天气为台风,分析期影响的台风有:7月14日在霞浦县北壁镇登陆的“碧利斯”,7月25日在晋江市围头镇登陆的“格美”,8月10日在闽浙交界处的浙江省苍南县马站镇沿海(距离边界约10km)登陆的第8号超强台风“桑美”。据灾情统计:“碧利斯”对宁德、福州、莆田、龙岩、泉州、漳州等六个地区造成了严重影响,造成10933•5hm2农作物受灾,4240•0hm2成灾,762•5hm2绝收。“格美”也对6个地区造成严重影响,其中农作物受灾面积29975•2hm2,成灾面积13056•6hm2,绝收面积1288•7hm2。“桑美”持续时间短,主要影响到南平和宁德,受灾面积4921•4hm2,成灾3259•7hm2,绝收819•3hm2。8月中旬-9月天气转好,未出现重大气象灾害。福建省2006年7-9月灾害指数分布如图5所示。由图中可见,各地区灾害指数介于0•000~0•094,灾害指数地区差异明显,漳州地区灾害指数较高,宁德次之,厦门、南平、三明等地灾害指数值较小。
2•6生态综合评价指数
最终计算得到福建省2006年7-9月生态综合评价指数分布结果(见表3)。对照生态质量评价分级标准(表2)可见,此季节内福建省各地生态质量等级差异不明显,生态质量综合评价指数介于0•54~0•67,其中有66个地区的生态质量气象评价等级为良好,多数县(市)综合评价值达到0•60以上,区域生态质量等级接近优。
3结论与讨论
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景观生态质量(LEQ,LandscapeEcologicalQuality)是指景观尺度生态系统维持自身结构与功能稳定性的能力,其衡量标准主要是景观生态系统的稳定性[4]。近年来,随着城市化对区域景观结构影响的日益增加,城市景观生态质量研究越来越受到重视,成为当前景观生态研究的一个热点[5-7]。如胡忠行和李锋等对城市绿地景观系统进行质量评估[8-9];孟伟等从城市多种土地利用角度、对景观质量进行综合评估等[10],研究内容向综合化方向发展。与此同时,景观生态质量的评估方法也呈多样性,并且处于积极探讨过程中。本文基于对区域景观结构特征的理解与认识,通过建立景观生态评估模型,并且利用GIS技术实现其空间化研究,为城市景观规划、建设提供科学参考。
1研究区概况与研究方法
1.1研究区概况南京仙林新市区(32.059°—32.147°N,118.867°—119.013°E)位于南京东北部,紫金山东麓,北抵312国道,南达沪宁高速公路,东西分别以七乡河和绕城公路为界,面积为84.59km2。近年来,受到南京市中心经济的辐射作用,该区自2003年开始建设大学城。短短几年,快速城市化发展得到迅速蔓延。目前,该区景观已经从农村景观逐渐转变为城市景观。土地利用类型发生巨大变化。道路网络十分发达,居民用地、商业用地以及高校建设用地占据优势地位,林地、草地和湿地等原有类型面积不断减少。据南京市政府的统计,目前该区人口高达24万,并且不断增大,预计到2050年人口将达到50万。区域土地利用类型的改变必然使其景观结构发生变化,从而对景观生态质量产生影响。
1.2研究方法
1.2.1基础数据来源和处理采用2003年和2009年两期QuickBird(分辨率为0.61m)影像为基础信息源,经过几何校正、图像处理后,建立遥感解译标志并对遥感信息资料进行判译。图像解译在ArcGIS9.2中完成。由于对研究区自然环境和土地利用现状比较熟悉,大大提高了解译精度,使得各种景观类型野外验证精度达到91%以上。参照建设部1991年颁布的《国家标准GBJ137-905城市用地与规划建设用地标准》中的城市用地分类体系,再根据研究区的具体特征,将研究区景观分为10个类型:自然林地、水塘、草地、河流、耕地、绿地、建筑用地、道路、养殖塘和未利用地。
1.2.2景观生态质量评价指标选取景观生态质量变化主要取决于两方面因素,一是人类对景观结构的干扰;二是景观维持稳定性的程度[11]。根据研究区域特征,选择能够反映人类对景观干扰的指标包括三个:景观破碎度指数、建筑用地干扰指数和道路密度指数。这三个指数的生态意义在于自然景观破碎成形状不同、大小各异的斑块,导致了生态系统内部生境面积变小、阻碍能量流动和物质循环,造成物种丧失[11-13];建筑用地兴起导致了原始土地结构破坏,以及释放出的“三废”也对环境造成破坏;道路的存在,阻隔了原有的物种交流,阻碍了物种迁移和能量流动,而且道路上汽车尾气的排放也污染了环境。另外,构建能够反映景观稳定性的指标三个:高功能景观多度指数、湿地密度指数和土地利用结构指数。它们的生态意义为:高功能组分指的是对生态环境有积极作用的景观类型,本文包括自然林地、河流、水塘、绿地、草地5种。研究区湿地数量众多,生态功能不能忽视,其对调节气候、沉积净化和丰富物种有重要作用;区域景观是由各种土地利用类型根据一定的结构配置而得,结构合理可以使得区域景观生态质量提高。本文根据前人的研究[4],利用公式得到各指标的计算方法,并利用层次分析法(AHP)确定各指标权重,详见表1。
1.2.3各指标数据处理由于各指标系数量纲、性质不同[14]。因此,所有的数据都需先经过无量纲化预处理过程,采用以下方法:对于越大越安全的指标(包括高功能景观多度指数、湿地密度指数、土地利用结构指数)通过公式(1)来计算;对于越小越安全的指标(包括景观破碎度指数、建设用地干扰度指数、道路密度指数)通过公式(2)来计算。式中:xij———实测值;rij———标准化后的数值;ximax,ximin———最大值、最小值。
1.2.4景观生态质量评价模型的建立城市景观生态质量的评价主要从两个方面来看,即受到外界环境的干扰程度以及自身的稳定程度。确定景观生态质量的评价模型如下:LEQ=0.5Di+0.5Si(3)式中:LEQ———景观生态质量评价模型;Di———受干扰程度的评价子模型;Si———景观稳定程度的评价子模型;i———空间采样单元。1.2.5空间数据的处理和量化将两期遥感影像进行网格化(1km×1km)处理,并计算出每个小栅格的各指标数值,再进行插值运算,将干扰程度和稳定程度的各自三个指标根据所设置的权重进行GIS空间叠加,根据等间距空间分级方法对景观生态质量进行分级(见表2),此方法作为一个简单便于理解的分类方法,被众多学者广泛应用于生态安全评价、景观生态健康评价的研究中[15-16],适用于同类研究比较,同样适合景观生态质量评价。分别得到受干扰程度和稳定程度的空间分异图(见图1—2)。根据景观生态质量模型,将受干扰程度评价子模型和稳定程度评价子模型进行空间叠加,根据等距离空间分级方法,得到景观生态质量空间分异图(图3)。
2结果与分析
2.1景观干扰及其变化
城市景观所受到的干扰比较复杂,自然和人为因素均可以对城市发展行为特别是组分变化情况产生显著影响,但是人为因素对于城市景观变化显然具有支配性作用[11]。本文选取景观破碎度指数、建筑用地干扰度指数、道路密度三个指标来诠释研究区所受到的干扰状况,通过GIS空间插值分析以及空间叠加得到干扰指标空间分异图(见图1),图中颜色越深表示外界环境对景观生态影响的程度越大。从图1中可以明显看出,2003年仙鹤片区相对于其他三个区域受干扰程度最深,表明城市化从该区开始,白象和青龙片区大部分区域受干扰程度都在2级(较弱)以下水平;由于城市化影响,到了2009年仙鹤片区作为大学城的集中地变化最为明显,城市化作用最强,建筑用地和道路面积增加破坏了原有的土地利用方式,区域受干扰程度处于4级(较强)以上水平,白象片区和麒麟片区也由以耕地为主导作用的景观变成以建设用地为主导的区域,受干扰程度处于3级(一般)以下水平。青龙区域依然以耕地为主导景观,受干扰程度属于2级(较弱)以下水平。对景观干扰程度评价结果进一步统计分析发现(表2),2003年整个区域受干扰程度达到5级(强)的面积比例为4.2%,受干扰程度达到1级(弱)的区域面积比例为45.2%,整个区域受到干扰程度不强。然而到了2009年,受干扰程度达到5(强)的区域面积比例为9.9%,而集中在1(弱)、2(较弱)、3(一般)、4(较强)的面积比例较均匀。2003—2009年期间,受干扰程度处于3(一般)及以上的面积比例增加96.9%。总的来说,研究区受干扰程度增大,各个区域受干扰程度变化不均衡。#p#分页标题#e#
2.2景观稳定性及其变化
生态系统稳定性是生态评价中最重要的指标之一。本文从研究区特征出发,选取了高功能组分景观多度指数、湿地密度指数、土地利用结构指数三个指标来体现研究区景观生态系统的稳定性特征。由于城市化过程影响,2003—2009年期间景观生态系统的稳定性明显下降。从图2中可以看出,2003年各个片区稳定性都较高,尤其是以白象片区中的自然林地景观稳定性最高,大部分区域稳定性程度处于3级(一般)以上水平;仙鹤片区相对其它三个片区稳定性较弱;2009年各个片区的稳定性较2003年明显减弱,其中稳定性最低的是仙鹤片区和青龙片区,基本处于2级(较弱)以下水平,也是变化相对明显的区域。根据统计数据可以看出,稳定性程度达到1级(弱)的区域面积比例增幅巨大,从2003年的1%增加到2009年的43.7%,稳定程度达到3级(一般)以上的区域面积比例减少了74.0%。总的来说,整个景观的稳定性减弱,并且各个区域变化不均衡。高功能组分景观多度减少、湿地密度由于湿地的个数急剧减少而减小,以及基于高功能组分面积减少而导致了土地利用结构指数的减少,这些原因都造成了稳定性的减弱。
2.3景观生态质量及其变化
景观生态质量的综合评价不应仅仅局限于现状的描述,还要反映出区域生态环境的可持续性,即能对未来环境的演变趋势有一定的预测作用[8]。通过对研究区两期影像干扰程度以及稳定程度的分析,以及所得到的景观空间分异图,利用GIS空间分析得到最终的景观生态质量空间分异图(见图3)。根据图3从各片区的发展特征来看,2003年几个片区交界的林地覆盖区景观生态质量最好,相比而言仙鹤片区景观生态质量较差,其他三个区域都处于3级(一般)以上水平。到了2009年,仙鹤片区景观生态质量明显降低,仙鹤片区大部分区域处于2级(较弱)以下水平,其它三个区域景观生态质量也有所降低,大部分面积都处于3级(一般)以下水平。2003—2009年,景观生态质量水平达到1级(弱)的区域面积比例增加7.3倍,景观生态质量水平达到5级(强)的区域面积比例减少95%左右。达到3级(一般)及以上水平的面积比例从84.9%减少到47.9%。总的来说,景观生态质量随着城市化进程而变差。城市化发展越是迅速的地区景观生态质量变化就越明显,如研究区中的仙鹤片区。景观生态质量变化的不均衡在某种程度上是由于城市化发展的不均衡造成的。
3结论
(1)城市化发展使得区域景观受到严重的干扰,其程度增加趋势明显。2003—2009年,干扰较强和强的级别面积增加了89.34%;干扰弱和较弱的级别面积减少了40.24%。各个片区受到的干扰程度不同,变化程度也不同,城市化发展快的地区表现出干扰程度较大。
区域生态质量评价范文4
关键词 EOS/MODIS;天山北坡经济带;农田;生态质量;气象评价
中图分类号 X826 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)09-0210-03
Abstract Using the satellite data of EOS/MODIS during 2007 to 2015(April to September)as the basic data sources,and combined with meteorological observation data,by using 3S technology,farmland economic belt in north slope of Tianshan Mountains were studied,selecting the four indexes such as moisture index,vegetation cover index,water coverage index and disaster index.The ecological quality of farmland in the area was analyzed through comprehensive index. The results showed that:During 2007 to 2015,economic belt in north slope of Tianshan Mountains counties(cities)of the ecological quality of farmland comprehensive evaluation index between 32.18 and 37.72,nearly nine years of farmland ecological quality of no obvious change,but the overall trend increased,indicating that the ecological environment is improved. This study may be relevant departments to carry out ecological construction and environmental protection plan to provide a scientific basis for decision making.
Key words EOS/MODIS;economic belt in north slope of Tianshan Mountains;farmland;ecological quality;meteorology evaluation
生态环境是以人类为中心的自然要素和社会要素相互联系、相互制约而构成的综合体,是人类生存与发展的物质基础和空间条件[1-4]。气象因子作为生态系统的重要自然属性,很大程度上影响着区域生态环境背景和生态环境适宜度[5-8]。
遥感技术具有宏观、多谱段、多时相等优点。近几年,遥感技术开始应用于生态质量气象评价的研究中,但以MODIS数据为数据源的生态质量气象评价的研究较少[9-12]。本文以2007―2015年4―9月的MODIS数据为主要的遥感数据源,依据《生态气象观测规范(施行)》和《生态质量气象评价规范(试行)》,选取湿润指数、水覆盖指数、植被覆盖指数以及农田(干旱)灾害指数4个指标进行提取研究,结合气象资料开展了天山北坡经济带的农田生态质量气象评价研究。天山北坡经济带区位条件优越,是我国西北地区最重要的粮食基地。因此,客观、准确地评价天山北坡经济带的农田生态环境状况有重要的意义[13]。
1 研究区概况及资料来源
1.1 研究区概况
天山北坡经济带是形成于冲积扇的条带状绿洲城镇带,其东西长约300 km,南北宽约260 km,区域总面积8.8万km2,地貌上属于河流形成的冲积扇或淤积平原,地形由东南向西北略倾斜,南高北低,海拔高度在450~1 200 m之间,有大量的泉水在扇缘带溢出,也是现代主要的绿洲区。年平均气温7.4~9.1 ℃,最低气温-37.2~-33.6 ℃,最高气温32.4~38.2 ℃,年无霜期150~179 d[14]。
1.2 数据资料来源
影像数据来源于新疆地区2007―2015年4―9月的EOS/MODIS 1B数据,由于EOS/MODIS 1B数据存在几何上的畸变[15],所以通过EOS/MODIS用户软件EOSSHOP,对MODIS数据进行几何纠正,生成等经纬度投影的局地文件LD2(Local Data Version2)。气象数据来源于同期气象观测站的平均气温、降水、气压等气象数据。
1.3 研究方法
在生态环境的遥感监测评价中,许多观测项目用作生态环境质量的指标来进行单因子或多因子综合的评价,但并无统一的评价方法。在此,农田生态质量气象评价是运用3S技术方法进行评价。按照中国气象局制定的《生态气象观测规范(施行)》和《生态质量气象评价规范(试行)》中提出的评价指标体系[16-17],计算天山北坡经济带各县(市)生态环境遥感监测评价指数:湿润指数、农田植被覆盖指数、水覆盖指数、农田(干旱)灾害指数以及农田生态质量综合评价指数,突出考虑了气候湿润状况以及环境灾害方面的影响评价。由于不同的因素对农田生态环境的影响程度是不一样的,采用专家打分法,评价指数选择0~1之间的数,然后乘以100为各评价指数最终的分值。各指标计算方法如下:
1.3.1 湿润指数。湿润指数系指降水量与潜在蒸散量之比。计算公式如下:
K=AR/ET×R/ET(1)
式(1)中,AR/ET为湿润指数的归一化系数,R为降水量,ET为蒸散量。
1.3.2 农田植被覆盖指数。将不同土地利用/覆被类型赋以不同的权重,得出地表覆被状态值,作为生态状态的重要表征之一。计算公式如下:
农田植被覆盖指数=Aveg×(0.6×高覆盖农田面积×生长期+0.3×中覆盖农田面积×生长期+0.1×低覆盖农田面积×生长期)/区域面积(2)
式(2)中,Aveg为植被覆盖指数的归一化系数。
1.3.3 水覆盖指数。利用EOS/MODIS遥感资料提取天山北坡经济带内的水体,计算公式如下:
水覆盖指数=A1ak×(1.0×湖库水域面积+0.7×永久性冰雪面积+0.3×季节性积雪面积)/区域面积(3)
式(3)中:A1ak为水覆盖面积的归一化系数。
1.3.4 农田干旱灾害指数。农田干旱灾害指数是指被评价区域内农田生态系统遭受干旱灾害面积占被评价区域面积的比重。干旱指数是由反演出的土壤湿度按不同的权重系数计算出来的。农田干旱灾害等级分级标准及权重见表1。
1.3.5 农田生态质量综合评价指数。根据不同属性指标对农田生态系统的影响方向不同,依据以上4个分指标及其所占权重,计算出天山北坡经济带的农田生态质量综合评价指数,最后根据该指数进行评价,将农田生态质量综合评价指数划分为5个等级,即优、良、中、较差和差,分级标准见表2。
农田生态质量综合评价指数=湿润指数×0.25+农田植被覆盖指数×0.30+水覆盖指数×0.2+(1-农田干旱灾害指数)×0.25(4)
2 结果与分析
2.1 湿润指数
由天山北坡经济带气象观测站的气象资料可以计算出2007―2015年的湿润指数,湿润指数值在0.252~0.457 之间变动。天山北坡经济带年湿润指数值均小于1,表明每年大气降水小于植物生理过程需水量,年降水不足,不利于生态环境改善,但从这近9年湿润指数的线性趋势来看(图1),湿润指数有逐渐增大的趋势,2015年与近9年的湿润指数相比偏多20%,其中9月偏多1.1倍,8月偏多70%,6月偏多40%,7月偏少近60%,5月偏少近30%,4月接近常年。
2.2 农田植被覆盖指数
本研究利用2007―2015年4―9月的MODIS遥感数据,计算了天山北坡经济带的月和年的农田植被指数。从农田植被指数月变化曲线(图2)可以看出,2007―2015年的植被指数变化趋势是一致的,植被指数从4月开始逐渐增加,7月或8月达到最大值,然后开始逐渐下降,但2007年的植被指数明显高于其他年份;从农田植被指数年变化曲线(图3)可以看出,植被指数在0.073~0.046 3之间,其中2007年的植被指数最大为0.073,2008年最小为0.046 3,从年植被指数的线性变化趋势看是逐渐减小的。2015年农田植被指数与近9年相比接近常年略偏少,其中6月、7月偏少10%~20%,4月、5月、8月和9月接近常年。
2.3 水覆盖指数
本文利用2007―2015年的EOS/MODIS遥感资料提取出天山北坡经济带内的水体面积,然后根据公式计算出水覆盖指数。从水覆盖指数年变化曲线(图4)可以看出,2007―2015年的水覆盖指数在0.019 3~0.001 4之间,其中2007年的水覆盖指数达到最大值为0.019 3,2015年的水覆盖指数达到最小为0.001 4,其余年份在这之间波动;从这9年的水覆盖的线性趋势看,水覆盖指数是逐渐减小的,不利于植被的生长。2015年水覆盖指数与近9年相比偏少70%,其中6月、9月偏少60%,8月、5月、7月和4月偏少70%~80%。
2.4 农田干旱灾害指数
灾害指数主要考虑的是区域内农田生态系统遭受干旱灾害面积占区域总面积的比重,主要是根据反演的土壤湿度按不同的权重系数计算出来的。从2007―2015年天山北坡经济带的农田干旱灾害指数变化曲线(图5)可以看出,农田灾害指数是逐渐减小的,除了2010年有异常增加,说明总体干旱状况是逐渐转好的。2007―2015年的农田干旱灾害指数在0.012 7~0.038 6之间,其中2010年的干旱灾害指数最大为0.038 6,2015年的干旱灾害指数最小为0.012 7,其余年份在这之间波动,2015年的干旱灾害指数与近9年相比偏少50%,2015年的干旱灾害指数明显减小,干湿状况明显转好,其中8月偏小99%,5月偏小60%,4月和9月偏小近40%,6月干旱指数为0。
2.5 农田生态质量综合评价指数
根据湿润指数、农田植被覆盖指数、水覆盖指数和农田干旱灾害指数的权重,计算出天山北坡经济带2007―2015年的农田生态质量综合评价指数值介于0.322~0.379之间,都处于中等,从农田生态质量综合评价指数年变化曲线(图6)可以看出近9年的变化不是很大,但总体趋势是逐渐增加的,2015年的农田生态质量综合评价指数与近9年相比接近常年略偏多,其中4月和9月的农田生态质量综合评价等级为良,5月、6月和8月的农田生态质量综合评价等级为中,7月的农田生态质量综合评价等级为较差;2015年天山北坡经济带各县(市)的农田生态质量综合评价指数与近9年同期相比:全年农田生态质量综合评价指数接近常年略偏多,其中6月和8月偏多10%~20%,9月偏多近30%,5月和7月偏少近10%~20%,4月接近常年略偏少。
3 结论与讨论
(1)从各指数看,2007―2015年的湿润指数值在0.252~0.457之间变动,从近9年湿润指数的变化可以看出,湿润指数有逐渐增大的趋势;水覆盖指数在0.001 4~0.019 3之间,近9年水覆盖指数是逐渐减小的,不利于植被的生长;植被指数每年4―9月的变化趋势是一致的,从4月开始逐渐增加,7月或8月达到最大值,然后开始逐渐下降,但2007年的植被指数明显高于其他年份,其他年份变化不是很大,从近9年植被指数的线性变化趋势看是逐渐减小的;农田灾害指数在0.012 7~0.038 6之间,从近9年的变化可以看出农田灾害指数是逐渐减小的(除了2010年有异常增加),说明干旱状况是逐渐转好的。
(2)从总体上看,2007―2015年天山北坡经济带各县(市)的农田生态质量综合评价综合指数分别在32.18~37.72之间,农田生态质量综合评价等级均处于中等,近9年的农田生态质量综合评价状况没有发生明显的变化,但总体趋势是逐渐增加的,说明生态环境是有所好转的,因此要实现天山北坡经济带生态环境的可持续发展,就需长期监测和评价天山北坡经济带的农田生态环境质量状况。
4 参考文献
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区域生态质量评价范文5
摘要:基于生态环境的信息不确定性特点,建立了区域生态环境评价的未确知测度模型。根据未确知测度的大小,确定样本所属的质量级别
>> 一种基于未确知测度方法的房地产投资环境综合评价模型 基于未确知测度评价的区域经济发展潜力研究 虚拟研发团队成员间信任度的未确知测度评价模型设计 未确知测度模型在黑河中游水质分析中的应用 基于熵权―AHP的未确知测度模型在财政大额专项支出绩效评价中的应用 熵权未确知模型在矿井安全评价中的应用 基于粗糙集与未确知模型的能源结构合理性测度 基于未确知测度模型的组织发展架构分析 基于PSR模型的南水北调中线主干渠沿线区域生态环境评价 基于未确知测度的创业企业知识创新风险评价研究 基于未确知测度理论的采空区危险性评价刍议 基于未确知测度的上海水域溢油应急能力评价研究 探究民航机务维修安全管理水平及相关未确知测度的分析 甘肃省农村金融生态环境测度及评价 区域生态环境质量的评价理论和实际应用 多Agent的金融生态环境评价模型构建 区域金融生态环境面临的问题及对策 未确知数学在边坡稳定性评价中的应用 GIS在生态环境评价中的应用 企业信用评价的未确知―AHP方法研究 常见问题解答 当前所在位置:中国 > 政治 > 区域生态环境的未确知测度评价模型及应用 区域生态环境的未确知测度评价模型及应用 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款!安全又可靠! document.write("作者:未知 如您是作者,请告知我们")
申明:本网站内容仅用于学术交流,如有侵犯您的权益,请及时告知我们,本站将立即删除有关内容。 摘要:基于生态环境的信息不确定性特点,建立了区域生态环境评价的未确知测度模型。根据未确知测度的大小,确定样本所属的质量级别及样本间的优劣排序。以巢湖流域为例,运用所建模型对其生态环境质量状况进行了评价。研究表明,未确知测度模型对于多指标的区域生态环境质量评价,理论上是可行的,结果是可信的。关键词:区域生态环境;未确知测度;评价模型;巢湖流域中图分类号:X821,X826
文献标识码:A
文章编号:1001―6929(2004)02―0022―04
区域生态质量评价范文6
1研究地区与研究方法
1.1研究区概况陕西省富县(35°44'6″—36°23'23″N,108°29'30″—109°42'54″E)东与宜川、洛川相邻,西与甘肃省合水县、宁县相连,南与黄陵相靠,北与志丹、甘泉、延安相连(图1),海拔856~1680m,全县辖8镇5乡.该区地形地貌包括以洛河和葫芦河为主的河流阶地,中部高塬沟壑区,塬区北部为丘陵沟壑,东部和西部为土石低山.全县土壤以分布于丘陵沟壑和低山林草地带的灰褐土为主,耕地土壤类型以黄绵土为主.属中纬度半干旱地区,年均气温7.1~9.0℃,年日照时数2032~2428h,年无霜期平均130d,年均降水量500~600mm,多呈高强度的阵性降水过程.
1.2数据源与数据预处理遥感数据为美国地质调查局网站提供的1995年11月13日的Landsat5TM影像和2014年11月3日获取的Landsat8OLI和TIRS影像.非遥感数据包括富县15万地形图、行政区划图、土地利用现状图、土壤图和富县统计文本资料.在ENVI5.0下对两个时期的遥感影像进行辐射定标,将像元灰度值(DN)转换为辐射亮度值.采用FLAASH大气校正工具和中纬度冬季标准大气模型对两期影像的可见光-近红外波段进行大气校正.校正后的可见光-近红外反射率波段和热波段的辐射亮度影像通过波段组合(layerstacking)生成多波段图像文件.基于1∶5万地形图,采用二次多项式和最近邻法对多波段图像进行配准,均方根误差(RMS)控制在0.5个像元以内,同时利用富县行政区划矢量数据提取研究区内多波段遥感图像.
1.3生态质量遥感评价指标在反映生态质量的诸多自然因素中,绿度、湿度、热度、干度与人类的生存息息相关,是人类直观感觉生态条件优劣的最重要指标,遥感生态指数(RSEI)采用植被指数、裸土指数、湿度指数、地表温度分别代表绿度、干度、湿度和热度作为生态指数的评价指标.
1.3.1湿度指标土壤湿度是进行土壤退化等生态环境研究的重要指标.遥感缨帽变换所获取的湿度分量反映了地表水体、植被和土壤的湿度状况,在生态环境监测中得到广泛应用.基于TM和OLI反射率数据的湿度分量(Wet)提取公式。
1.3.2绿度指标植被是对区域生态环境状况最为敏感的指示因子.归一化植被指数(NDVI)利用植物叶面在红光波段强的吸收和近红外波段强的反射特性组合而成,是遥感监测植被覆盖度、生物量、叶面积指数等生理参数的重要指标.
1.3.3热度指标地表温度(LST)与植被的生长与分布、农作物产量、地表水资源蒸发循环等许多自然、人文现象和过程密切相关,是反映地表环境的一个重要参数.对于Landsat5TM6波段,利用热红外波段辐射定标参数将像元灰度值(DN)转换为传感器处的辐射亮度值(L6),通过Planck辐射函数求出包含了大气影响的像元亮度温度(Tb),进而通过比辐射率(ε6)转换为地表温度(Ts),基于TM6的地表温度提取公式如下。
1.3.4干度指标裸土和建筑用地均会造成地表“干化”,因此,干度指标由裸土指数(SI)和建筑指数(IBI)合成,记为裸土指数(NDSI)。
1.3.5指标标准化为了消除量纲以及不同指标数值大小对遥感生态指数结果的影响,采用下式将4个指标数值标准化为[0,1]之间的无量纲.
1.4遥感生态指数生态环境评价的关键是将由遥感调查获得的湿度指数、植被指数、地表温度和裸土指数转化为综合评价指标.本研究对标准化后的评价指标进行主成分分析,以主成分的方差贡献率为权重,富县遥感生态指数(RSEI)可以表示为:代表绿度的NDVI和代表湿度的Wet变量系数为正值,它们共同对生态起正面的贡献;而代表热度和干度的LST、NDSI变量系数为负值,说明它们协同对生态起负面影响.利用式(12)对两个时期的遥感生态指数进行标准化,标准化后的RSEI值越接近于1,说明生态环境越好.在ArcGIS中利用重分类函数,采用自然断点法,按照数值由小到大将遥感生态指数RSEI划分为差、较差、中等、良和优5个生态等级,分别量化为1、2、3、4、5等级数值.
1.5生态环境质量综合指数为定量表达两个时期生态环境的整体状况,客观分析生态环境的动态变化,定义生态环境质量综合指数(ESI)的公式如下。
2结果与分析
2.1研究区的生态质量总体评价1995年,富县遥感生态指数(RSEI)值在0.09~0.99,平均值为0.55,45.8%的地区RSEI在0.4~0.6;2014年,其RSEI值介于0.03~0.99,平均值为0.57,较1995年略有增加,63.8%的地区RSEI在0.4~0.6(表1).根据《生态环境状况评价技术规范》,富县生态环境整体属于良好级别,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富,与卓静[24]的研究结果一致.1995—2014年间,研究区生态等级为差和较差所占的面积比例明显下降,从33.8%下降到16.3%;中等级别和良好级别的面积比例分别由1995年的23.5%和23.0%上升到2014年的30.5%和34.6%;而优等级所占的比例从20.8%下降到18.7%.2014年生态环境质量综合指数ESI由1995年的3.17上升到3.53,表明研究期间富县生态环境得到了较大改善.2014年,富县生态环境质量差的面积为114.2km2,占全县总面积的2.8%,主要分布于县城和富城镇洛阳村,土地利用为城镇和工矿建设用地,少量分布在中部塬面,零星分布在洛河、葫芦河、川子河、余渠沟以及青兰高速以北的埝沟等川道地.生态环境较差的地区主要分布在各大塬面和河谷川道地以及部分沟坡地上,土地利用以农耕地为主,易受城镇乡村建设和农事活动的干扰.中等级别占到富县总面积的30.5%,广泛分布在塬面边缘、塬间沟壑区、低山丘陵、梁峁缓坡和半阳向沟坡地,土地利用以天然草地和灌木林地为主.塬面和川道以外的地区生态环境以良和优等级为主,优等级主要分布在县西北部、东北部和葫芦河南岸的丘陵沟壑区.
2.2富县生态质量动态监测在生态质量指数5个等级的基础上,对富县的生态变化进行差值变化检测(图2).从变化检测的结果来看(表2和表3),1995—2014年间,该区生态环境质量等级下降的面积为688.26km2,生态转好的面积则达1763.14km2,生态环境质量维持不变的面积有1674.79km2,约占富县总面积的41%.研究区生态环境等级为差的地区环境质量明显提高,其中,45.2%的生态质量差的地区增加1个等级,40.3%的地区增加2个等级,但是另有40.3%的生态质量为优的地区下降1个等级,总体上等级上升的幅度和比例高于下降的幅度和比例,生态质量明显得到改善.从空间上看,相对于1995年,生态环境得到改善的地区主要分布在县域中部的高塬和丘陵沟壑地,县东北部的土石低山区和西南的子午岭自然保护区.生态质量变差的地区主要是县西北部的丘陵沟壑区、川子河沿岸和洛河河流阶地,其中,川子河和葫芦河沿岸主要是生态环境质量为优等级的面积下降.
2.3富县乡镇生态环境质量评价生态环境质量综合指数(ESI值)越大,说明生态环境越好;其值越小,说明生态环境越脆弱.2014年各乡镇ESI值(表4)由大到小依次为牛武镇、张村驿镇、寺仙乡、张家湾乡、茶坊镇、直罗镇、北道德乡、交道镇、南道德乡、吉子现乡、富城镇、羊泉镇,表明当前牛武镇的生态环境质量整体状况最好,最差的是羊泉镇.研究期间,全县13个乡镇中,只有张家湾乡生态环境质量综合指数略微下降,由3.62下降到3.57,但整体生态环境质量综合指数在全县仍然靠前.其他12乡镇的综合指数都呈现不同幅度的上升,说明近20年来富县各乡镇的生态环境质量均得到了一定程度的改善.从空间上看,由西北到东南方向,生态环境质量改变的幅度逐渐递增,变化最大的是交道镇和南道德乡,ESI分别提升0.87和0.83,其次是钳二乡、羊泉镇和吉子现乡,变化最小的是张家湾乡.乡镇生态环境质量等级的变化差异较大,羊泉镇和钳二乡差等级的比例减少最多,分别减少了各自乡镇面积的32.5%和31.2%.寺仙乡较差等级的下降比例和良等级增加的比例最高,分别占寺仙乡面积的23.4%和16.9%.张村驿镇、张家湾乡和直罗镇生态质量优等级的比例下降,牛武镇优等级的增加幅度最大,占牛武镇面积的9.7%,而牛武镇差、较差和中等级的比例都有所下降,成为全县生态环境质量最优的乡镇.
2.4生态环境变化成因植被覆盖度因受人类活动干扰的影响,对生态环境质量的等级有明显影响.县域范围内地形、水热条件和土壤类型相对稳定,土地植被覆盖度增加,土壤侵蚀等级明显下降,生态环境质量显著提高.自国家退耕还林还草政策实施以来,全县不仅保质保量完成了1999—2010年15773hm2退耕还林工程的检验,此后每年就天然林保护工程飞播造林、天保工程人工造林、“三北”防护林造林、“三北”防护林封山育林、退耕还林进行补植.基于像元二分模型[25]遥感估算植被覆盖度的结果表明(图2B),1995年研究区67.7%的植被覆盖度在20%~40%,仅1%的植被覆盖度在60%~80%,全县平均植被覆盖度为31.7%;2014年全县平均植被覆盖度为62%,50.1%的地区植被覆盖度在60%~80%.植被覆盖度较高的石泓寺至直罗镇段、葫芦河南岸、张家湾乡海拔1370m以上丘陵梁脊地区、茶坊镇西北部和县城东北部牛武镇也是生态环境质量最优的地区.退耕还林还草工程的实施和集雨工程的推广运用对生态环境质量的改善成效显著.富县已经成为陕北地区土壤侵蚀等级比例下降最快的地区[.
研究区生态环境质量与海拔、坡度无明显相关,不同坡向、地貌形态和土地利用方式下的生态环境差异显著.高塬沟壑区海拔在1000~1390m,塬面地形平坦,土壤为黑垆土,土层深厚,理化性能良好,全县60%以上的耕地和农业人口分布在水源欠缺、水利条件差的塬区,社会经济的发展和土地人口承载压力的加大,使土地利用类型急剧变化,直接造成地表形态与植被的破坏.塬周沟壑发育,沟谷深切,坡度较大的塬边耕地和以灌草覆盖为主的塬间沟壑地容易发生面蚀,生态环境较为脆弱,生态环境质量以差等级为主.河谷川道占地242km2,水利资源丰富,侵蚀轻微,是富县主要的灌溉农业区.该区人类活动强度相对剧烈,如新修基本农田、新建田间配套设施、大面积发展蔬菜大弓棚和日光温室等,随着城镇化的进程和川道地区产业开发的推进,差等级和优等级的面积下降,生态环境质量以中等为主.丘陵沟壑区生态环境以良为主,该区植被为保存较好的次生林区,以灌木林地占优,现代侵蚀缓慢,水土流失较轻.次生林边缘地带,因植被稀疏而水土流失较为严重.县西部子午岭和东缘黄龙山为不连续薄层黄土覆盖的低山土石地貌区.洛河东侧黄龙山山系的北端,地形起伏大,土体厚度和腐殖质层厚度低,但随着人工造林和退耕还林的开展,植被覆盖度大幅增加,局部小气候环境优越,生态环境优等级别所占的面积比例较大,但此区坡耕地由于表层土壤质地疏松,易漏肥和产生水土流失,因此沟底河道生态环境相对较差.县西南部子午岭国家级自然保护区生态环境质量以良为主,植被属暖温带半湿润落叶阔叶林带的北部西段,是森林草原向草原植被的过渡地带,土壤深厚肥沃的阴坡、半阳向沟坡地和梁峁缓坡,森林植被生长良好;阳坡陡壁,基质,坡度较大,有机质含量较少,因此林木稀疏,生长较差.保护区人为活动较为频繁,加之受传统耕作观念的影响,林缘地带仍有非法占用林地和毁林开荒等现象.
3结论