黄河流域生态环境质量时空格局与演变趋势

黄河流域是我国重要的生态功能区,在我国经济社会发展和生态安全方面的作用举足轻重。如何及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势,对黄河流域生态环境保护和建设具有重要意义。利用Google Earth Engine（GEE）平台,筛选目标年份及其前后各1年的夏季（6-9月）Landsat遥感影像,去除有云像元,掩膜水体信息,采取中值合成提取绿度、湿度、热度和干度4个生态指标,通过主成分分析快速构建遥感生态指数（RSEI）。结果表明：（1）绿度（NDVI）、湿度（Wet）、热度（LST）和干度（NDSI）4个指标在第1主成分（PC1）上的平均贡献率为89.60%,依据PC1构建遥感生态指数（RSEI）在黄河流域是可行的。（2）1990-2019年,黄河流域RSEI总体呈现出"快速变好→缓慢转好"2个阶段,1990-2000年增长趋势平均为0.005/a,增长率为11.69%,生态环境质量等级由差转为较差（10.18万km²）、较差转为中等（5.69万km²）、中等转为良（7.08万km²）贡献较大;2000-2019年增长趋势平均为0.001/a,增长率仅为3.86%,生态环境质量等级由较差转为差（6.10万km²）、良转为中等（4.09万km²）贡献较大。（3）1990-2019年,黄河流域生态环境质量提升的面积占黄河流域总面积的76.38%,其中显著提升的面积占26.14%;生态环境质量降低的面积占黄河流域总面积23.62%,其中显著降低的面积仅占1.46%。30年来黄河流域生态环境质量整体向好,实施生态工程的黄河上中游地区生态环境质量提升最快,而一些国家重点经济开发区生态环境质量有所恶化,使用GEE平台可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势。     

基于Landsat的重庆市生态环境质量动态监测及其时空格局演变分析

长江流域是我国重要的生态屏障之一,重庆市作为长江上游最后一道关口,研究其生态质量发展对于有效保护长江流域生态环境具有重要指导意义。基于2011—2021年间的Landsat影像等数据,计算遥感生态指数(Remote sensing based ecological index, RSEI),并采用Sen(Theil-Sen median)趋势分析法和MK(Mann-Kendall)检验研究其变化趋势以及利用Hurst指数模型分析RSEI的持续特征。利用空间转移矩阵和重心迁移模型研究其在空间上分布特征的变化情况,最后使用降水、风速、近地表气温、海拔等辅助数据为影响因素,结合地理探测器进一步探究RSEI变化驱动力,探讨重庆市2011—2021的RSEI空间分布及演变趋势。结果表明：(1)重庆市多年平均RSEI为0.593,使用等间距法将其划分的等级为差、较差、中等、良、优的面积占比分别为2.48%、8.28%、38.32%、41,87%、9.05%。从整体来看重庆市生态质量水平较高,重庆市年际RSEI以显著趋势波动增长。(2)RSEI等级为差的地区空间上主要集中于重庆西部;较差等级主要围绕...     

陕西省生态环境质量长时序动态监测

生态环境质量可以反映人类社会可持续发展对人类生存环境的影响程度。利用GEE(Google Earth Engine)平台,通过对陕西省的1999—2018年20年的遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index, RSEI)的计算,分析了各指标因子与遥感生态指数的相关性,并对研究区生态环境质量空间变化状况进行了评价。得到以下结论：(1)建立RSEI的模型中,热度指数与地表干度指数与遥感生态指数呈现负相关,植被指数与湿度指数呈现正相关,干度的平均值在遥感生态指标中占比最大,热度最小。(2)陕西省整体的生态环境遥感指数呈现出来升一降一升一降波动上升趋势,分别于1999年上升,2003年下降,再到2005上升,2012年下降。(3)陕西省的生态环境质量主要呈现出,从北到南不断上升,陕北南部的黄龙山与子午岭森林公园高于关中地区,城市地区低于周边地区。(4)1999—2003年,生态环境质量提升与降低面积占比大约都是12%,降低区域主要分布在关中平原。2003—2005年生态环境质量降低面积占比达到了23.8%,其主要分布在陕北毛乌素沙漠地带。2005—2012年生...     

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.     

生态退耕与植被演替的时空格局

综述了多重尺度上生态退耕的时空格局及其对植被演替时空变异影响的研究进展,提出了生态退耕与植被演替的时空格局研究方向.在自然和人文等因子的驱动下,全球兴起了生态退耕的热潮,生态退耕类型正在由人工恢复为主向自然弃耕为主发展.尽管国内外很多学者开始关注不同尺度上生态退耕的时空格局及其影响因子,但是生态退耕的时空变异性研究仍然比较薄弱,尤其缺乏多重尺度上生态退耕时空格局及其驱动因子的综合研究,在很大程度上限制了研究结果外推.研究表明,受到多因子的综合影响,生态退耕后植被演替呈现出复杂多样的时空变化特征;退耕植被演替研究从植物群落结构特征分析为主向群落功能分析发展,从传统的演替过程规律分析转向退耕植被演替的时空变异性分析;相对来说,生态退耕后植被演替的时空分异、影响因子和机制方面的研究比较薄弱.加强多重尺度上生态退耕时空格局与植被演替时空变异的综合研究是将来的研究重点.     

中国生态用地研究:内涵、分类与时空格局

生态用地具有重要的生态系统服务功能,是衡量一个地区国土生态环境质量好坏的"晴雨表"。在综述生态用地概念内涵基础上,划分生态用地类型、构建生态用地分类体系,基于全国土地利用变更调查数据对我国生态用地开展评估。研究表明:(1)生态用地内涵在区域尺度上主要有"生态要素决定论"、"生态功能决定论"和"主体功能决定论"3种观点,生态功能主体性应作为界定生态用地的基本准则。(2)基于生态系统服务主体功能,生态用地分类体系包括湿地、森林、草地和其他生态土地4个一级类型、19个二级类型。其中,湿地、森林、草地可统称为基础性生态用地,其他生态土地为保全性生态用地。(3)2008年我国生态用地总量7.64×106km2,约占陆域国土面积的80%,其中基础性生态用地约为5.31×106km2;基础性生态用地总量和人均基础性生态用地面积在空间上均呈现出"东南低、西北高"的特点;2002年至2008年间,我国生态用地总量与基础性生态用地面积均呈逐年下降态势,年均分别减少0.55×104km2和0.18×104km2,部分地区生态安全状况不容忽视。     

基于RSEI模型的昆明市生态环境质量动态监测

利用遥感技术进行生态环境监测有利于快速了解生态环境的变化过程。以昆明市为研究区,以Landsat TM和OLI影像为数据源,采用主成分分析法,运用集成于绿度、湿度、干度和热度4个指标的遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),对昆明市2000—2018年生态环境质量进行了评价。结果表明:RSEI指数能较好地指示区域生态环境状况,研究区RSEI主要是受干度的影响,其次是湿度和绿度,热度对RSEI模型的影响最小; 2000—2018年,昆明市RSEI 5年平均值为0.51,生态环境质量处于一般状态(0.4～0.6),生态环境质量呈现"上升-下降-上升-下降"的波动变化趋势。其中,2010年受干旱因素影响,生态环境质量较其他年份相对较低;昆明市生态环境质量西部优于东部,其中以西南角的生态环境质量最佳。     

基于谷歌地球引警和改进型遥感生态指数的西安市生态环境质量动态监测

近年来,在经济全球化的背景下,西安市经济迅速增长,生态环境问题日益突出,快速全面地定量监测生态环境质量的时空变化,对指导生态环境保护具有重要意义。基于谷歌地球引警(GEE)平台,筛选2000、2004、2010、2015、2020年及其前后各一年的四季Landsat影像,利用主成分分析基于绿度(NDVI)、热度(LST)、干度(NDSI)、湿度(Wet)和气溶胶光学厚度(AOD)构建改进型遥感生态指数(ARSEI),实现西安市2000—2020年生态环境质量的动态监测,并运用莫兰指数(Moran′s I)探讨西安市生态环境质量的空间自相关。以主成分效果最好的夏季为例,结果表明：(1)构建的ARSEI将大气污染因素考虑在内,第1主成分(PC1)贡献度在83%以上,能较好地集中各指标特征,有助于更加全面地评价研究区生态环境质量;(2)西安市2000—2020年平均ARSEI分别为0.565、0.521、0.572、0.644、0.695,生态环境质量总体呈现先退化后转好的趋势。20年来,生态环境质量较差和极差等级的面积减少了1339.08 km²,主要分布在秦岭以北地...     

基于遥感生态指数和图论知识的宁波市生态安全格局构建

构建生态安全格局、识别生态重要区域是目前区域生态安全研究的重点。本研究以宁波市为例,利用遥感生态指数识别生态源地,利用电路理论模型识别生态廊道和生态夹点,利用图论算法识别最小生成树和割边。结果表明：宁波市共有生态源地203处,土地覆被类型以林地为主,也包括少量的水田和水淹植被;生态廊道共368条,总长度为573.42 km,整体呈西南密、东北疏的趋势;生态夹点91处,夹点主要分布在海涂区域和联系紧密的生态源地之间。根据现状提出优化策略,确定一级廊道187条,二级廊道181条,生态修复优先区50处,远期生态修复区59处。结合图论与电路理论模型的优化策略为生态安全格局的构建提供了科学依据。     

京津冀特大城市群生态安全格局时空演变特征及其影响因素

京津冀特大城市群的快速发展显著提升了地区生活水平,但也对生态环境造成了负面影响。以2000—2015年京津冀城市群面板数据为研究样本,建立"压力-状态-响应(PSR)"城市群生态安全协同会诊指标体系,采用TOPSIS和灰色关联组合方法计量其生态安全综合指数(Comprehensive Index of Ecological Security,CIES),运用因子分析法提取关键因素,并通过多元线性回归方法计算上述因素对生态安全的影响程度。结果表明:(1)京津冀城市群生态安全指数已经达到了预警状态,呈现"北高南低,西高东低"的空间格局,亟需建立三地协同联防联控的生态安全防治机制;(2)2000—2015年京津冀城市群的生态安全指数呈小幅波动状态,规划与政策对城市群生态安全指数具有显著影响效应;(3)13地市生态安全指数的演变趋势存在显著的差异,承德、廊坊仍呈下降趋势;(4)城镇化、社会发展以及技术进步对京津冀城市群生态安全具有显著的正相关性,开发水平、经济发展以及生态病理度则呈负相关性。由此,需要划定并严守城市群生态保护红线,控制空间开发强度与速度,以遏制生态恶化;完善并落实京津冀城市群协同发展的规划体系与相应的配套政策支撑体系,以保障城市群生态安全稳定提升;控制经济发展速度,提升社会发展水平,构建城市群一体化社会服务保障体系;提升生态技术研发水平,加大生态空间保护与修复,以降低生态安全风险,保障城市群生态安全格局。     

寻乌水流域景观格局演变及其生态环境效应

土地利用变化引起的景观格局演变及其生态环境效应研究已成为诸多学者广泛关注的研究热点。为正确认识和评价土地利用变化对景观格局和生态环境的影响,以寻乌水流域为研究对象,选取1995、2005年Landsat5 TM影像和2015年Landsat8 OLI影像进行遥感解译,得到3期的土地利用数据,借助ArcGIS10.2和Frgstats4.2软件,分析土地利用动态变化与景观格局演变特征。同时运用遥感生态指数(RSEI)对寻乌水流域1995—2015年期间生态环境质量时空演变进行评价。结果表明:(1)近20年寻乌水流域园地(增加40.14%)和林地(减少33.91%)面积占比变化幅度最大,水域(减少0.1%)变化幅度最小。土地利用变化单向转换频繁,园地"涨势"和林地"落势"十分明显,整体处于不平衡状态。(2)景观水平上,流域的香农多样性指数(SHDI)、修正Simpon均匀度指数(MSIEI)分别由1995年的0.7083、0.2423上升至2015年的1.114、0.5247,景观聚集度指数(CONTAG)由1995年的72.93下降至2015年的58.13。流域的景观异质性增强,破碎化程...     

生态恢复工程对陕北地区生态系统格局的影响

以生态环境脆弱的陕北地区为研究对象,利用TM遥感影像解译陆表生态系统的分布特征,从生态系统转移矩阵、单一生态系统动态度和综合生态系统动态度等方面探索了生态恢复工程实施20年来研究区生态系统的时空演变规律。同时,利用最小二乘趋势分析法和人类扰动指数分析气候条件和生态恢复工程的驱动机制。研究结果表明：（1）1997-2018年陕北地区生态系统格局发生显著变化,主要表现为林木、草地的面积占比分别增加19.34%和6.91%;耕地面积占比减少22.15%;未利用地面积占比减少5.01%;陕北地区生态系统格局已由生态恢复工程实施前的耕地占主导转化为林木占主导。（2）受退耕还林工程的影响,黄土高原丘陵沟壑区生态系统流转方向主要表现为耕地转化为林木和草地;防风固沙工程促使毛乌素沙漠区域未利用地转化为草地。（3）研究时间段内陕北地区年均气温基本无变化,年降水量显著呈增加趋势,整体向湿润化发展,适合地表植被生长和恢复。在这样的气候背景下,榆林和延安两市生态系统变化速度明显高于铜川市,说明生态恢复工程是研究区生态系统格局演变的主要驱动力,气候背景变化是辅助驱动力。     

基于水体型生态指数的无锡市城区生态质量时空变化分析

水体是构成生态质量的重要指标,传统的城市生态质量评价方法通常掩膜了水体区域,忽略了水对生态质量的影响。基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2013、2015、2017、2019、2021年的Landsat8-OLI影像数据,利用信息熵权重法耦合水体丰度(SPWI)、比率植被指数(RVI)、归一化潜热指数(NDLI)、干度(NDSI)、热度(LST)构建水体型生态指数(WBEI),对江苏省无锡市城区2013—2021年生态质量进行时空变化分析,并利用Moran指数计算无锡市城区生态质量的空间自相关性。结果表明：(1)WBEI融合了水体对生态指数的影响,弥补了传统方法无法反映水体区域生态质量的不足,能更好地反映包含水体区域在内的城市生态质量;(2)2013—2021年,无锡市城区平均WBEI分别为0.4808、0.4416、0.5068、0.4471、0.4682,城区生态质量呈波动变化,总体呈小幅下降的趋势;(3)无锡市城区生态质量极好等级的面积减少67.5251km²,良好与一般等级增加76.8633km²,生态质量...     

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FV...     

黄河中下游影响区生态空间和生态指数变化评估

黄河中下游影响区人地关系复杂,受到自然和人类活动交叠影响,厘清该区域的生态空间及其生态指数变化对实现黄河流域生态保护与高质量发展这一国家战略具有重要意义。对黄河中下游影响区的生态空间时空格局演化和生态状况进行定量分析,具体包括基于土地利用遥感监测数据的生态空间演变分析和基于纯遥感驱动的遥感生态指数RSEI （Remote Sensing Ecological Index）分析,从而完整刻画了2000-2020年黄河中下游影响区生态环境的动态变化格局。研究结果显示：（1）从土地利用类型变化来看,黄河中下游影响区主要土地利用类型是耕地,占研究区的70%;近20年以来耕地和建设用地变化明显,耕地面积减少了2.15%（约9849km²）,建设用地增加了30.75%（约11146km²）,且建设用地的扩张主要以侵占耕地为主;（2）从生态空间类型变化来看,研究区半生态用地面积变化较大,主要向弱生态用地转变,发生在城市地区;天津市、河北省以及山东省的沿海地区生态空间类型由弱生态用地转为生态用地;黄河流域河南段可以明显看出半生态用地向生态用地的转变;（3）从生态级别来看,近20年来生态级别为"差"和"较差"的面积有所减少,由2000年的38.85%减少至2020年的23.01%,生态级别为"中等"和"良"的面积有所上升,由2000年的45.54%增加至2020年的73.71%,生态级别为"优"主要分布在河南省、江苏省和安徽省周边;黄河滩区内外生态环境质量相当,均呈缓慢上升趋势。本研究利用遥感大数据完整地对黄河中下游影响区的生态空间及其对应生态状况进行了长时间序列的监测与评估,为总体认知和把握该区的生态状况提供了基础支撑。     

中国煤矿区主要生态环境问题及生态重建技术

煤炭是我国最主要的一次性能源,而且这种能源结构在相当长的时间内不会改变。煤炭资源的开发对我国经济建设和社会发展起到了重要的支撑作用,但是煤炭的开采和利用引发了一系列的生态环境问题,矿区已成为典型的、严重受损生态系统。矿区生态环境问题,已经成为制约矿区可持续发展乃至区域生态安全的重大隐患。矿区生态环境综合治理已迫在眉睫。综述了我国煤矿区主要的生态环境问题以及具体的治理方法和技术措施,包括矿井水和煤矸石的资源化、污染土地的修复、植被的恢复及水土流失和沙漠化防治技术等。     

厦门市生态安全格局识别与生态管控区分级管控

生态控制区是防止城市建设无序蔓延,保障城市生态安全的重要生态空间。对城市生态控制区进行分级管控能够充分发挥其在维护城市生态安全,促进城市建设与生态保护协同发展等方面的作用。研究基于多源数据融合手段,采用"生态系统服务重要性-生态敏感性-景观连通性"评价结果识别生态源地,采用最小累积阻力模型（Minimum Cumulative Resistance,MCR）判定生态廊道和生态节点,形成了点-线-面交汇的生态安全格局网络,并将其应用于厦门市生态控制区分级划定。研究结果表明,厦门市生态源地共有17处,面积为604.19 km²,约占厦门市陆域面积的35.54%,包括陆域生态保护红线、水源保护地、森林公园等区域;提取主要生态廊道15条,长度为152.84 km,主要为连接生态源地与海洋的山海生态廊道;设置生态节点22个,主要为生态源地范围外的小面积重要保护区域和具有明确生态保护目标的区域。依据生态安全格局将厦门市生态控制区划分为三级管控区域,其中,生态源地、生态廊道以及生态节点划入一级管控区,面积占比为69.48%;一级管控区外的生态重要区和林地划入二级管控区,面积占比为10.15%;生态控制区内的其他区域划入三级管控区,面积占比为20.37%。在此基础上提出了分级管控建议,以期为厦门市实现生态控制区高水平保护与城市高质量发展提供重要参考和借鉴。     

京津冀地区的生态质量定量评价

生态质量的好坏标志着区域经济社会可持续发展的能力以及社会生产和人居环境稳定可协调的程度,如何定量评价区域生态质量状况与变化,协调其与城镇化的关系,日益成为城市生态学研究的热点.本文选择城市化发展迅速、生态环境问题突出的京津冀城市群为研究对象,基于遥感技术反演京津冀城市群植被覆盖度、生物量和人工表面比例、植被面积百分比等生态参数,结合植被破碎化指数,采用主成分分析法,构建了基于遥感参数的生态质量指数综合模型,定量评价了2000—2010年京津冀城市群生态质量及动态变化.结果表明: 本文构建的生态模型可以更客观、综合地定量评估城市与区域的生态质量状况与变化.2000—2010年,京津冀城市群的生态质量指数从2.38上升到2.84,增幅达19.3%.其中,2000—2005年的增幅(12.2%)高于2006—2010年(7.2%).从空间分布来看,生态质量指数的高值区位于京津冀北部,西部、东南部较低.不同城市的生态质量状况及变化趋势不同.承德的生态质量状况最好,并显著高于其他城市;其次为北京、秦皇岛和保定;天津的生态质量最差.承德、北京、秦皇岛和保定的生态质量高于京津冀地区的平均水平;廊坊、天津和沧州的生态质量明显低于平均水平.2000—2010年间,除唐山外,其他城市的生态质量均呈好转趋势.其中,沧州、衡水的生态质量指数提升最显著,增幅分别达520.5%和171.8%.