基于RSEI指數的唐山市豐南區生態環境質量研究

摘要：本文以唐山市豐南區作為研究區，基于Landsat5衛星和Landsat8衛星的2011年、2015年和2020年3期遙感數據，選取綠度（NDVI）、濕度（Wet）、干度（NDBSI）和熱度（LST）4個能直接體現生態環境質量的指標，運用主成分分析法（PCA）構建遙感生態指數（RSEI），對豐南區生態環境的時空變化進行分析。結果表明，2011年、2015年和2020年豐南區RSEI均值分別為0.229 2、0.183 0和0.283 4，2011—2020年豐南區生態環境質量總體向好。

關鍵詞：RSEI；生態環境質量；唐山市豐南區

中圖分類號：X321 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）05-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.033

Abstract： Taking Fengnan District， Tangshan City as the research area， based on remote sensing data from Landsat 5 and Landsat 8 satellites in 2011， 2015， and 2020， this paper selects four indicators that directly reflect the ecological environment quality， namely normalized difference vegetation index （NDVI）， wetness component （Wet）， normalized difference built-up and soil index （NDBSI）， and land surface temperature （LST）， and uses principal component analysis （PCA） to construct a remote sensing ecological index （RSEI） to analyze the spatiotemporal changes of the ecological environment in Fengnan District. The results indicate that the average RSEI values in Fengnan District in 2011， 2015， and 2020 were 0.229 2， 0.183 0， and 0.283 respectively， from 2011 to 2020， the overall ecological environment quality in Fengnan District improved.

Keywords： RSEI; ecological environment quality; Fengnan District， Tangshan City

綠色可持續發展和生態文明建設已經成為我國城市化發展的主流，隨著城鎮化的迅速推進和城市用地的快速擴張，原有的城市綠色空間遭受大幅度的破壞，空間格局變化巨大[1]。生態環境測評方法包括單因子分析法和多因子綜合分析法，由于采用多種指標來評價環境質量，相比單因子分析法，多因子綜合分析法以其全面準確的優點被大多數學者采用[2]。目前應用最廣泛的方法是遙感生態指數（RSEI）。RSEI指數的數據容易獲取，權重非人為設定，可視化結果可以較為合理反映研究區生態環境變化[3]。本文采用遙感生態指數模型對唐山市豐南區2011—2020年的生態環境進行分析，以期探究豐南區生態環境質量變化，為環境保護決策提供相應依據。

1 研究區概況

豐南區位于唐山市南部，是唐山市沿海城區之一，地處唐山灣“四點一帶”建設地區，毗鄰曹妃甸區[4]。研究區屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，年平均氣溫為12.5 ℃，年降水量為500～700 mm，地形以平原為主。豐南區管轄15個鄉鎮、1個街道辦事處，總人口約為52萬人。綜合經濟實力強勁，區域位置優越，它是連接渤海和環京津雙重經濟圈腹地的重要樞紐。

2 數據來源

本文使用的遙感數據來自Landsat5衛星和Landsat8衛星，云量小于10%，其均為夏季影像。數字高程模型（DEM）數據從地理空間數據云網站下載，本研究所用Landsat系列數據的時間跨度為2011年、2015年和2020年，分辨率為30 m。遙感數據使用ENVI5.3軟件進行相應處理。

3 研究方法

本文采用遙感生態指數模型進行研究，選取綠度（NDVI）、濕度（Wet）、干度（NDBSI）、熱度（LST）四個指標，采用主成分分析法量化各個指標對生態環境質量變化的貢獻。遙感生態指數避免了人工干擾，已經得到廣泛應用，其不同指標可以根據相應公式進行計算。

4 研究結果與分析

4.1 綠度指標的變化特征

對研究區各期遙感數據的綠度指標進行標準化處理，所有指數范圍均為0.00～1.00。如圖1所示，差、較差、中等程度的植被覆蓋一直急速降低；優等級的植被覆蓋持續增長；良等級的植被覆蓋呈現先升高后降低的趨勢，2015—2020年，部分良等級的區域轉化為優等級。

4.2 濕度指標的變化特征

由于研究區無水域，因此未進行水域掩膜處理。從濕度指標的均值變化來看，研究區的濕度指標值呈現逐年下降趨勢，表明研究區土壤和植被的濕度整體一直下降。如圖2所示，在研究區范圍內，所有等級的面積占比均呈現出先降低后增高的趨勢，濕度水平為差的等級增加程度較大。

4.3 干度指標的變化特征

從干度指標的均值變化來看，研究區的干度指標值呈現逐年下降趨勢，表明研究區的干度整體一直下降。如圖3所示，在研究區范圍內，等級為差的面積逐年增加，等級為較差和中等的面積逐年降低，等級為優的面積在2015—2020年迅速增加。

4.4 熱度指標的變化特征

如圖4所示，2011—2020年研究區內熱度指標先增后減，總體呈現降低趨勢。在研究區范圍內，等級為差的面積出現大幅度降低，其他等級的面積保持較為平穩的狀態。

5 生態環境質量評價

利用上述公式，使用ENVI軟件進行主成分分析，構建研究區遙感生態指數，同時計算出各時段的主成分分析結果。2011—2020年，研究區第一主成分（PC1）的特征值分別為0.124、0.115、0.100，特征值貢獻率分別為81.99%、67.56%、65.62%。參考《生態環境狀況評價技術規范》（HJ 192—2015）的分級標準，以0.2為間隔，將遙感生態指數劃分為5個等級，即差、較差、一般、良好、優[5]，如表1所示。由圖5分析可知，等級為差的面積在2011—2015年出現較大的起伏變化，而在2020年又回到同2011年持平的水平；等級為較差的面積呈現先上升再下降的趨勢，等級為中等的面積逐年下降；等級為優、良的面積總體呈上升趨勢。總體來說，研究區內生態環境狀況呈現先下降后上升的變化趨勢，等級為差、較差、中等的區域轉化為等級為優、良的比例較多。

６ 結論

本文以唐山市豐南區為研究區，使用一期Landsat5衛星遙感影像及兩期Landsat 8衛星遙感影像，采用遙感生態指數建立生態環境質量評價模型，綜合分析豐南區2011—2020年生態環境質量變化。從RSEI指數變化趨勢來看，10年間，研究區生態環境質量總體明顯變好，但也要注意防治土地荒漠化、裸土面積增多等人類活動帶來的生態退化問題。

參考文獻

1 孫 琦，陳宇燦，魯峻銘，等.京津冀地區城市綠色空間與生態環境質量時空演變規律探討[J].太原理工大學學報，2023（2）：341-349.

2 王麗霞，趙 蕊，劉 招，等.基于RSEI的延河流域生態環境質量監測與預估[J].干旱區研究，2022（3）：943-954.

3 徐涵秋，鄧文慧.MRSEI指數的合理性分析及其與RSEI指數的區別[J].遙感技術與應用，2022（1）：1-7.

4 高 超.農旅融合的休閑農業發展對策探究：以唐山市豐南區為例[J].經濟研究導刊，2021（5）：16-19.

5 環境保護部.生態環境狀況評價技術規范：HJ 192—2015[S].北京：中國環境科學出版社，2015.