基于RSEI指數的光伏電站對荒漠生態環境的影響研究

文章編號：1674-6139（2025）08-0073-06

中圖分類號：X87文獻標志碼：B

ImpactofPhotovoltaic PowerPlants on Desert Ecological Environment Based on RSEI Index

Wen Liju

（Fujian Electric Power Vocational and Technical College，Quanzhou 362OoO，China）

Abstract：Desertareashaveabundantsunshineandarethebestlocationsfortheconstructionofphotovoltaicpowerplants，uttheir developmentandconstructionwillinevitablyhaveacertainipactonthecoloicalenvironmentofthedesert.Inodertopromotestable developmentindesertareas，astudyontheipactanalysisofhotovoltaicpowerstationsondesertecologicalenvironmentbasedonRSEI indexispopodThissudyetenestliateharacteristicsomopologicalandlogicalaures，oilandgetatioara teristics，andhydroogicalcharacteristicsofteresearchareaItobainsremotesensingimagesbforeandaftertecostructioofthe photovoltaicpowerstationintheresearchareatroughtheGEEplatformanditsafiliatedemotesnsingequipmentpreprocessthem， andcalculateteSEndexanditsologicalindicatorsAcordingtothata，teetodproposdinthisrticleectivelyproves theRSEIindexindesertareas，ndicatigtattheonstructionofphotovoltaicpowerstationshasasignfcantpositivempactotedes ert ecological environment.

Key words：heat index；dryness index；photovoltaic power station；greenness index；RSEI index

前言

光伏發電作為清潔能源技術之一，重要性日益凸顯。荒漠地區陽光充足、氣候干燥，為光伏發電提供了得天獨厚的條件[1]。由此可見，在荒漠地區建設光伏電站不但能夠改善能源結構，促進經濟發展，還可以為荒漠化治理提供一定的助力。

光伏電站在荒漠地區建設對生態環境會產生一定的影響[2]。正面影響可改變微氣候，借大規模光伏板鋪設降風速、減風沙活動與沙塵暴頻次達防風固沙，利用板下空間植被、優土壤性質、增有機質促植被恢復生長提升覆蓋率，及改變地表能量收支降溫度、減土壤水蒸發強水土保持優環境質量;負面影響在于大規模建設改生態結構功能，擾野生動物生存繁衍、縮活動棲息范圍，且光伏板受沙塵影響需定期大量投入運維致成本升、增運營壓力，故規劃建設運營需綜合權衡精準施策保生態經濟平衡。所以光伏電站的大規模開發與建設對荒漠生態環境的影響不容忽視，如何科學評估生態影響成為亟待解決的問題[3]

遙感生態指數（RemoteSensingEcological In-dex，RSEI）作為一種綜合評估生態環境質量的有效工具，通過集成多個遙感參數，能夠全面反映生態環境的動態變化[4]。因此提出基于RSEI指數的光伏電站對荒漠生態環境的影響分析研究，為光伏電站的可持續發展與荒漠生態環境的保護提供一定的科學依據。

1 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

選取某荒漠區域作為研究區，其基本概況如下所示。

1.1.1 氣候特征

研究區深受副熱帶高氣壓帶和大陸性氣候的影響，表現出日照充足、熱量資源豐富但降水稀少且變率大的氣候特點。年降水量普遍低于 250mm ，且降水多為陣性，集中在少數幾個季節，導致地表水分極度匱乏。晝夜溫差和年溫差大，風沙活動頻繁，沙暴頻發，尤其在冬季更為顯著。

1.1.2地貌與地質特征

研究區地貌復雜多樣，以山地、高原、丘陵及低洼盆地為主要骨架，形成了獨特的荒漠景觀。山地與高原的隆起不僅塑造了區域的地形地貌，還影響了氣候的分布和降水模式[5]。下陷的湖盆洼地則孕育了沙漠、湖泊和鹽沼等獨特的生態系統。地質構造上，研究區經歷了長期的地質變遷和侵蝕作用，形成了豐富的碎屑物質和獨特的巖石類型，為荒漠地貌的塑造提供了物質基礎。

1.1.3土壤與植被特征

受干旱氣候和地貌特征的影響，研究區的土壤類型以荒漠土為主，包括灰漠土、灰棕漠土和棕漠土等，具有龜裂化、漆皮化、礫質化等特點，有機質含量低，水分保持能力差。植被方面，由于降水稀少且不規則，植被稀疏且呈斑塊狀分布，主要植物類型為旱生和鹽生的灌木、半灌木、肉質植物及短命植物等，通過獨特的生理機制和形態結構適應干旱環境。

1.1.4 水文特征

研究區的水資源匱乏，主要由降水、冰雪消融以及地下水構成。由于降水量少且蒸發量大，地表徑流稀少，河流多為季節性河流或干河床。湖泊和鹽沼等水體多為咸水或鹽水，生態環境脆弱[6-7]。盡管如此，在水源相對充足的地區仍會形成綠洲生態系統，為荒漠中的生物多樣性提供庇護所。

1.2 研究方法

通過GEE平臺及其附屬遙感設備獲取研究區光伏電站建設前、后的遙感影像，對原始遙感影像進行一定的預處理[8]

此研究采用多項式模型對原始遙感影像幾何畸變進行消除（幾何校正），表達式為式（1）：

式（1）中， （x，y） 表示的是原始遙感影像像元坐標； （x^′，y^′） 表示的是幾何校正后的遙感影像像元坐標； n 表示的是多項式的次數; a_ij 與 b_ij 表示的是多項式系數，通過地面控制點求解得到。

應用線性拉伸算法對遙感影像進行增強處理，是一種直接對影像灰度系數進行處理的空間域方法，將遙感影像的灰度范圍線性地映射到一個新的、更寬的灰度范圍。假設遙感影像的灰度范圍為 [c，d] ，目標灰度范圍為 [p，q] ，則線性拉伸的公式表示為式（2）：

式（2）中 ，f（x^′，y^′） 表示的是增強前遙感影像的灰度值； g（x，y） 表示的是增強后遙感影像的灰度值。

以預處理后的遙感影像 g（x，y） 為基礎，計算研究區的RSEI指數，以此來分析光伏電站建設對荒漠生態環境的影響。遙感生態指數（RSEI，Risk-ScreeningEnvironmentalIndicators）是一種基于衛星遙感影像反演計算得到的數據產品，用于評估生態環境質量。濕度指標采用濕度分量表示，主要是對研究區土壤濕度狀況進行檢測，通過纓帽變換計算而得；熱度指標采用地表溫度表示，通過大氣校正法反演獲得；干度指標采用建筑指數與土壤指數的平均值表示，主要是對研究區地表物質的干燥程度進行評估與監測[9]

RSEI指數生態指標計算公式為式（3）：

式（3）中， K₁ 表示的是綠度指標，即歸一化植被指數； y₃ 表示的是紅外波段的反射率； γ₄ 表示的是近紅外波段的反射率； K₂ 表示的是濕度指標，即濕度分量； γ₁ 表示的是藍色波段的反射率； γ₂ 表示的是綠色波段的反射率； γ₅ 表示的是短波紅外1波段的反射率； γ₆ 表示的是短波紅外2波段的反射率;K₃ 表示的是熱度指標，即地表溫度； α₁ 與 α₂ 表示的是遙感設備定標參數； B（T_s） 表示的是黑體輻射亮度； K₄ 表示的是干度指標，即建筑指數與土壤指數的平均值。

通過主成分分析法確定綠度指標、濕度指標、熱度指標和干度指標的權重系數，獲取原始遙感生態指數（RSEI指數）。為了方便分析光伏電站對荒漠生態環境的影響，對原始RSEI指數進行標準化處理，從而獲得最終的RSEI指數，表達式為式（4）：

式（4）中，REST表示的是最終的RSEI指數計算結果，取值范圍為[0，1]； REST₀ 表示的是原始RSEI指數； REST_min 與 REST_max 表示的是原始RSEI指數的最小值與最大值; ω₁，ω₂，ω₃ 與 ω₄ 表示的是綠度指標 K₁ 、濕度指標 K₂ 、熱度指標 K₃ 和干度指標 K₄ 的權重系數。

依據式（4）計算結果判定荒漠生態環境的好壞，具體規則為：當 REST∈[0，0.2] 時，認為荒漠生態環境極差；當 REST∈（0.2，0.4] 時，認為荒漠生態環境較差；當 REST∈（0.4，0.6] 時，認為荒漠生態環境中等；當 REST∈[0.6，0.8] 時，認為荒漠生態環境良好；當 REST∈（0.8，1] 時，認為荒漠生態環境優秀[10] 。

2光伏電站對荒漠生態環境的影響分析

2.1光伏電站對綠度指標的影響分析

將光伏板的布設以南北向為主要鋪設方向，形成大規模的陣列，確保光伏板能夠最大限度地接收陽光照射，提高光電轉換效率。該光伏電站總占地面積200公頃，確保電站能夠產出大量的電能，滿足周邊地區的能源需求。在維護設施方面，電站配備了先進的清潔機器人和自動化檢測系統，定期對光伏板進行清潔和維護，確保表面保持清潔，提高發電效率。同時，電站還建立了完善的運維中心，配備專業團隊進行24小時監控和維護，確保電站的安全穩定運行。通過種植適合荒漠環境的耐旱植被，如梭梭草、紅柳等，采用了滴灌等節水灌溉技術作為植被恢復工程，有效改善荒漠地區的生態環境。

光伏電站建設前、后荒漠綠度指標—歸一化植被指數變化情況見圖1。

圖1 綠度指標一歸一化植被指數示意圖

如圖1所示，無論是在光伏電站建設前還是建設后，荒漠區域的綠度指標一一歸一化植被指數均呈現出夏季最高、春季次之、秋季再減、冬季最低的季節性變化特征。其中，由于夏季降雨相對較多，光照充足，氣溫適宜，共同促進了荒漠區域植被的生長和繁殖，使得綠度指標一一歸一化植被指數達到一年中的高峰;隨著冬季的結束，春季氣溫逐漸回升，土壤開始解凍，植被進入生長期，但受降雨量和光照強度的影響，綠度指標一一歸一化植被指數雖有所上升，但仍低于夏季;秋季是植被生長周期的后期，隨著氣溫的逐漸下降和降雨量的減少，植被開始進入衰敗期，綠度指標—歸一化植被指數相應下降；冬季是荒漠區域最為嚴酷的季節，氣溫極低，降雨稀少，植被基本處于休眠狀態，綠度指標一一歸一化植被指數達到一年中的最低點。

2.2光伏電站對濕度指標的影響分析

光伏電站建設前、后荒漠濕度指標—濕度分量變化情況如下。

在春季，當光伏電站未建設時，濕度分量為20% ；而當光伏電站已建設后，濕度分量提升至25% 。夏季，若光伏電站尚未建設，濕度分量下降至15% ;而光伏電站一旦建成，濕度分量則增加到20% 。秋季，光伏電站未建設時的濕度分量為18% ;而在電站已建設的情況下，濕度分量則提高到22% 。冬季，若光伏電站還未建設，濕度分量最低，為 12% ；而當電站已經建設完畢，濕度分量則略有提升至 15% 。

無論是光伏電站建設前還是建設后，荒漠濕度分量均呈現出夏季最低、冬季相對較高的季節性變化特征。這主要是由于夏季氣溫高、蒸發量大，而冬季氣溫低、蒸發量小所致。荒漠區域光伏電站建設后，各季節的濕度分量均有所增加，這主要是因為光伏板遮擋了直射陽光，減少了地表水分的蒸發，從而提高了近地面空氣的濕度。遮蔭效應在干燥、陽光強烈的荒漠地區尤為明顯。

2.3光伏電站對熱度指標的影響分析

光伏電站建設前、后荒漠熱度指標一地表溫度變化情況見表1。

如表1數據所示，無論是建設前還是建設后，荒漠地表溫度（白天與夜間）均呈現出夏季最高、春季次之、秋季再減、冬季最低的季節性變化特征。整體來看，光伏電站建設后，荒漠白天地表溫度有所降低，夜間地表溫度有所升高。這主要是因為白天光伏板具有遮蔭作用，減少了地表接收到的太陽輻射量，從而降低了地表溫度。特別是在夏季和陽光強烈的白天，降溫效果更為顯著。夜間雖然光伏板不工作，但它們對地面的保溫作用仍然存在。光伏板的材質和顏色可能具有一定的保溫性能，減少了夜間地面的熱輻射損失，從而提高了地表溫度。

表1熱度指標一地表溫度示意表

2.4光伏電站對干度指標的影響分析

光伏電站建設前、后荒漠干度指標一一建筑指數與土壤指數的平均值變化情況見表2。

表2干度指標一建筑指數與土壤指數的平均值示意表

如表2數據所示，光伏電站的建設直接導致了建筑指數的增加。光伏陣列、支撐結構、變電站及配套設施等的引入，使得原本幾乎無人類建筑痕跡的荒漠區域出現了顯著的人造結構。這一變化是建筑指數上升的直接原因，也是干度指標中建筑部分貢獻增加的體現。無論光伏電站建設前還是建設后，土壤指數均保持在較高水平，表明該荒漠區域整體上處于干燥狀態。然而，建設后土壤指數略有下降，暗示了土壤濕度可能有所改善。光伏電站建設后，干度指標在多數季節中有所下降。

2.5光伏電站對RSEI指數的影響分析

光伏電站建設前、后荒漠RSEI指數變化情況見圖2。

圖2 RSEI指數示意圖

如圖2所示，在建設光伏電站之前，荒漠地區的RSEI指數通常較低，表明該區域的生態環境質量較差。這主要是由于荒漠地區降水量少、植被覆蓋度低、土壤干燥且易于風蝕等原因所致。生態指標表現：在綠度指標方面，荒漠地區植被稀少，歸一化植被指數較低；在濕度指標方面，土壤干燥，濕度分量也較低；在熱度指標方面，地表溫度較高;在干度指標方面，建筑指數與土壤指數的平均值也較高。值得注意的是，RSEI指數的變化可能受到季節因素的影響。例如，在夏季干旱季節，光伏電站的遮蔭效應和灌溉措施對土壤濕度的改善作用可能更為顯著；而在冬季降水較多的季節，此種改善作用可能相對較弱。

3 結束語

在深入剖析光伏電站建設前后荒漠區域RSEI指數生態指標的變化后，發現對荒漠生態環境帶來了多維度的有利影響，有效提高了綠度指標一一歸一化植被指數、濕度指標一濕度分量與干度指標一一建筑指數與土壤指數，降低了熱度指標—地表溫度，從而實現了RSEI指數的大幅度提升。研究表明，光伏電站的建設，能夠成為荒漠化治理與生態修復的有效途徑之一。光伏板的鋪設不僅為荒漠地帶引入了現代化的能源生產方式，遮蔭效應與潛在的灌溉系統還悄然促進了土壤濕度的提升與植被的逐步恢復。這種生態正效應，在RSEI指數的持續上升中得到了直觀體現，標志著荒漠生態環境質量的實質性改善，揭示了光伏電站對荒漠生態環境的積極影響。

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