基于改进的遥感生态指数的合肥市生态环境质量评价.pdf

第4 6卷2期2 0 2 3年6月 辽宁师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fL i a o n i n gN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)V o l.4 6 N o.2J u n.2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 7-0 1基金项目:国家自然科学基金资助青年项目(4 1 3 0 1 6 5 0)作者简介:周振宏(1 9 7 9-),男,安徽望江人,安徽农业大学讲师,硕士.E-m a i l:z h o u z h e n h o n g a h a u.e d u.c n 文章编号:1 0 0 0-1 7 3 5(2 0 2 3)0 2-0 2 1 8-1 0 D O I:1 0.1 1 6 7 9/l s x b l k 2 0 2 3 0 2 0 2 1 8基于改进的遥感生态指数的合肥市生态环境质量评价周振宏,汤伟宏,刘东义,周 敏,胡 琦,王诗琪(安徽农业大学 林学与园林学院,安徽 合肥 2 3 0 0 3 6)摘 要:城市扩张是合肥市近年来的主要特征,精准地评估城市生态环境质量的演变,给我国快速发展城市的生态建设和环境保护提供重要的参考依据.基于2 0 0 0年、2 0 1 0年、2 0 2 0年的遥感影像图,通过改进的遥感生态指数(MR S E I),对合肥市近2 0a的生态质量进行监测和成因分析.结果表明:2 0 0 02 0 2 0年合肥市的生态环境质量先增后减,3a的MR S E I均值分别为0.5 2 5、0.5 3 9、0.5 0 3,整体下降了4.1 9%;研究区内中等级的生态质量占主导地位,占研究区总面积的5 0.6 0%,其中,优良等级呈“V”趋势,而较差等级的面积逐渐增加,说明生态环境出现局部恶化;2 0 0 02 0 2 0年间合肥市生态质量呈总体下降趋势,在未来的经济发展中依然要遵循自然规律,合理地开发和利用自然资源.关键词:MR S E I;主成分分析;土地利用;合肥市中图分类号:X 8 2 1 文献标识码:A生态环境主要包括自然、经济和社会文化环境,良好的生态质量环境对区域可持续发展有着重要意义,影响社会的生态稳定1.随着工业化和土地开发利用程度的不断变化,工业污染和生态环境问题日益突出,打破了原有的生境格局,降低了生态质量.近年来,在城市化进程下,土地利用变化对地区生态环境质量的影响备受关注.目前,在评价区域生态环境时,遥感技术已成为常用的技术手段2,利用模型的构建对区域生态质量的监测和评估展开了大量研究,如:采用E I指数3、D P S I R-TO P S I S模型4、P S R模型5和AH P-G r e y等生态环境评价模型,研究森林6、草地7、城市8、河流9等的生态环境质量.其中,分析城市生态系统的检测大多基于植被指数1 0、不透水层1 1、城市热岛效应1 2等单因素,综合以上评价方法都具有较强的主观性,并不能完全反映城市生态状况.徐涵秋提出的新型遥感生态指数(R S E I),能最直观体现区域的生态环境质量,利用绿度指数(N D V I)、湿度指数(WE T)、热度指数(L S T)、干度指数(N D B S I)这4个因素综合分析生态环境质量,并采用熵权法或主成分分析法来确定各个指标的权重,与单因素相比具有客观性和全面性1 3.由于R S E I指数常以主成分分析结果中的第一主成分来构建生态指数1 4,但只分析第一主成分会导致信息利用不充分,影响数据的准确性,因此,宋美杰1 5、贾浩巍1 6等人针对该问题研究出改进的遥感生态指数(MR S E I).由于第四主成分存在较多的噪声信息,因此利用前3个主成分加权求和的方法来构建MR S E I模型,并根据得出的特征值和贡献率作为权重,计算出MR S E I指数.与R S E I相比,MR S E I指数能将处理过的有效的影像充分利用,并减少噪声的干扰,更准确且定量地监测研究第2期周振宏等:基于改进的遥感生态指数的合肥市生态环境质量评价2 1 9 区生态环境质量.城市扩张与人类活动对合肥市的生态环境产生了影响.目前,虽然有学者利用遥感生态指数对许多地区进行研究,但对于合肥市进行生态质量环境的研究较少.鉴于此,本研究以2 0 0 02 0 2 0年的影像数据为基础反演4个指标,采用主成分分析法构建遥感生态指数(MR S E I),揭示合肥生态环境质量时空演变特征,全面反映合肥市生态环境演变的规律和原因,研究结果对城市资源的合理利用及生态建设和环境保护具有科学的指导意义.1 研究区概况合肥市位于江淮之间、安徽省中部,介于北纬3 0 5 7 3 2 3 2、东经1 1 6 4 1 1 1 7 5 8 之间.东北靠滁州市,东南衔接马鞍山市、芜湖市,西南连安庆市、铜陵市,西临六安市,北接淮南市,全市总面积1 1 4 4 5.1k m2(含巢湖水面7 7 0k m2).截止2 0 2 0年,合肥市常住人口为9 3 7.3 4万人,国内生产总值为1 0 0 4 5.7 2亿元.属亚热带季风性气候,年均气温1 6.2,年均降水量约为1 6 3 9.9 0mm,四季分明,阳光充足,但空气质量比例较差.全市地形自西北向东南倾斜,丘陵、山地、平原、湖泊兼备,平均海拔在1 84 2m,西南临大别山余脉,地表水系较为发达,矿产资源以铁、铜、磷和水泥用灰岩为主,基础储量共为2 0.9 1亿t.2 数据来源与研究方法2.1 数据来源及处理本文影像数据通过U S G S和地理空间数据云平台下载的L a n d s a t影像,空间分辨率为3 0m.筛选出2 0 0 0年6月8日、2 0 1 0年6月4日的L a n d s a t5 TM影像图、2 0 2 0年6月5日的L a n d s a t8O L I/T I R S影像,云量均小于5%,图像质量好,有利于研究结果之间的比较,并利用E NV I5.3软件对影像图进行辐射定标、大气校正等预处理.土地利用数据来自中国科学院资源环境科学数据中心网站,根据研究目的将研究区土地类型划分为耕地、林地、草地、水体、建设用地和未利用地6个类型.自然资源、社会经济和人口数据均来自2 0 0 12 0 2 1年 合肥市统计年鉴 安徽省统计年鉴 巢湖市统计年鉴、合肥市人民政府及合肥市自然资源和规划局官网.2.2 研究方法2.2.1 遥感生态指数法湿度指标、绿度指标、热度指标、干度指标能综合反映生态环境质量,耦合4指标得出遥感生态指数(R S E I).湿度指标能较好地反映地表植被和土壤的湿度状况,利用缨帽变化的方式获取湿度分量(WE T);绿度指标采用归一化植被指数(N D V I)分析地表植被的生长情况;干度指标(N D S I)是由建筑指数I B I和裸土指数S I合成,能反映地表中建筑和裸土的“干化”现象;热度指标直观地表现地表温度(L S T).由于研究区内有水体的分布,会影响湿度指标的运算以及对主成分载荷产生影响,需通过波段运算将水体掩膜处理.以上指标计算公式参见文献1 3.2.2.2 构建MR S E I本文基于E NV I 5.3软件进行波段合成与主成分分析,在指标归一化后,进一步用1减去P C1获得初始MR S E I值.为了便于指标间相互比较,将初始的MR S E I值进行归一化处理,得到的MMR S E I值越大,说明该区域生态环境质量越好.由于上述4个指标的量纲均不一致,需要对其进行归一化计算,并确保它们的权重一致,将范围均设置在0,1 之间,计算公式如式(1)所示1 7:N xi=(xi-xm i n)/(xm a x-xm i n).(1)其中,N xi为标准化后的范围值,xi为4个指标对应的指标值,xm a x为对应指标的最大值,xm i n为对应指标的最小值.2 2 0 辽宁师范大学学报(自然科学版)第4 6卷2.2.3 主成分分析法主成分分析法的优势在于能够客观地确定各个指标的权重,能精确地去除波段运算中多余信息,将多波段影像信息压缩成几个相互独立的波段,这比原始的波段更有效且准确1 8.由于传统的遥感生态指数(R S E I)只强调第一主成分的有效信息,数据可能不会充分利用,因此本研究主要分析前三主成分.利用E NV I 5.3软件对改进的MR S E I进行评价,通过L a y e rS t a c k i n g模块对标准化后的4指标进行合成影像分析处理,将上述的4个指标构建成一个函数并形成一幅新影像,计算的表达式如式(2),从而得到主成分信息的统计结果(表1).IMR S E I=(IN D V I,IWE T,IL S T,IN D S I).(2)表1 主成分分析指标T a b l e1 P r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s i n d i c a t o r s年 份指 标P C1P C2P C3P C4N D V I0.4 50.2 6-0.8 5-0.0 1WE T0.4 90.7 20.4 8-0.1 02 0 0 0N D S I-0.5 3-0.5 30.1 2-0.6 5L S T-0.5 2-0.3 60.1 60.7 5特征值0.2 40.1 00.0 40.0 1贡献率/%6 0.2 22 6.5 01 0.1 53.1 3N D V I0.3 8-0.5 0-0.7 8-0.0 3WE T0.4 4-0.6 50.6 2-0.0 42 0 1 0N D S I-0.6 00.4 70.0 2-0.6 5L S T-0.5 50.3 50.0 20.7 6特征值0.2 30.1 10.0 40.0 1贡献率/%5 9.5 42 9.0 28.8 32.6 1N D V I0.4 90.4 70.6 2-0.4 0WE T0.5 70.4 7-0.6 10.3 02 0 2 0N D S I-0.5 0-0.6 1-0.2 8-0.5 5L S T-0.5 4-0.4 30.4 10.6 7特征值0.2 70.1 20.0 30.0 2贡献率/%6 2.6 92 6.9 16.9 03.5 0 2 0 0 02 0 2 0年,采用主成分分析法能够获得多个主成分数据,并会根据对应的特征值的减小而逐渐减少,在每一年的P C1中,均对绿度和湿度的生态质量环境产生正效应,而对干度和热度均产生负效应.各年的P C1、P C2和P C3累计贡献率之和为9 6.8 7%、9 7.3 9%和9 6.5 0%,说明前三主成分集中了4指标的大部分特征1 9-2 0.MR S E I指数根据前三主成分加权求和得出,其中,根据主成分的贡献率作为权重1 4,计算公式如式(3):IMR S E I=3i=1(iP Ci).(3)其中,i为第i主成分所对应的特征值贡献率.参考已有学者的分级标准2 1-2 2,根据等间距法,以0.2为基准将正规化后的MR S E I分为5个等级,即00.2(差)、0.20.4(较差)、0.40.6(中等)、0.60.8(良)和0.81.0(优),统计各个年份MR-S E I不同等级面积和比例.在此基础上,利用E NV I 5.3软件中的C h a n g ed e t e c t i o n工具对每个时间段进行差值变化检测,得到2 0 0 02 0 1 0年、2 0 1 02 0 2 0年、2 0 0 02 0 2 0年MR S E I等级变化.根据变化结果,以-4-1(变差)、0(不变)和14(变好)顺序划分.第2期周振宏等:基于改进的遥感生态指数的合肥市生态环境质量评价2 2 1 3 结果与分析3.1 模型检验为检验MR S E I的综合程度能否反映各指标,可以统计各年份指标与MR S E I的相关系数以及指标自身之间的相关性来判定模型适宜性(表2).其中,热度分量平均相关度最高,达到0.5 2,绿度、湿度和干度的3a平均相关度则分别为0.4 9、0.4 8和0.5 0.MR S E I在3a内平均相关度最大,为0.7 6,分别比绿度、湿度、干度、热度高5 5.1 0%、5 8.3 3%、5 2%和3 3.3 3%.这说明MR S E I能反映各指标的绝大部分信息,更具有代表性且综合体现研究区生态环境状况.表2 各年份合肥市生态环境评价分量指标与遥感生态指数(MR S E I)相关性T a b l e2 T h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a s s e s s m e n t c o m p o n e n t sa n dt h er e m o t es e n s i n ge c o l o g i c a l i n d e x(MR S E I)i nH e f e i i ne a c hy e a r年 份指 标N D V IWE TN D S IL S TMR S E IN D V I1.0 00.5 50.4 1-0.4 80.7 4WE T0.6 51.0 00.3 3-0.3 90.8 82 0 0 0N D S I-0.4 1-0.3 31.0 00.5 9-0.6 8L S T-0.4 8-0.4 50.8 61.0 0-0.5 9平均相关度0.5 10.4 40.5 30.4 90.7 2N D V I1.0 00.6 2-0.2 8-0.3 30.8 0WE T0.7 21.0 0-0.2 5-0.3 20.8 62 0 1 0N D S I-0.2 8-0.3 51.0 00.9 0-0.7 3L S T-0.3 3-0.4 20.9 01.0 0-0.6 6平均相关度0.4 40.4 60.4 80.5 10.7 6N D V I1.0 00.7 7-0.2 7-0.5 10.8 3WE T0.8 71.0 0-0.3 7-0.3 90.9 12 0 2 0N D S I-0.2 7-0.3 71.0 00.8 1-0.7 7L S T-0.4 1-0.4 90.8 11.0 0-0.6 6平均相关度0.5 20.5 40.4 80.5 70.7 93.2 合肥市MR S E I等级评价统计分析2 0 0 02 0 2 0年4个指标和MR S E I(表3),合肥市3a的MR S E I均值分别为0.5 2 5、0.5 3 9和0.5 0 3,呈阶段性先上升后下降的趋势,增加与下降了5.8 5%和1 0.2 8%.其中,表示生态变好的绿度和湿度均值呈上升趋势,代表生态变差的干度和热度分别呈上升和保持不变的趋势,4个指标的综合作用与MR S E I基本吻合.表3 各年份4个指标和MR S E I的均值T a b l e3 T h ea v e r a g ev a l u eo f 4i n d i c a t o r sa n dMR S E I i ne a c hy e a r年 份参 量N D V IWE TN D S IL S TMR S E I2 0 0 0均值0.4 60.5 50.4 70.4 60.5 3标准差0.2 60.2 70.2 80.2 50.1 32 0 1 0均值0.4 20.5 00.5 30.4 60.5 4标准差0.2 70.2 70.2 80.2 60.1 32 0 2 0均值0.5 00.5 60.5 50.5 10.5 0标准差0.2 70.2 60.2 70.2 60.1 4 为进一步对MR S E I进行定量化与可视化分析,可以直观地反映合肥市近2 0a来MR S E I的变化情况,并对各等分所占比例进行统计(图1,图2).合肥市生态质量环境整体处于中等水平且变化明显,2 2 2 辽宁师范大学学报(自然科学版)第4 6卷2 0 0 0年生态等级为中等以下面积所占比例为1 7.7 3%,2 0 1 0年为1 5.4 7%,2 0 2 0年为2 5.4 7%,面积分别为1 8 5 5.1 3、1 6 0 9.3 7和2 6 3 3.4 7k m2,说明近2 0a间研究区生态环境呈良好的发展态势,主要原因是研究区耕地面积广阔以及退耕还林工程的实施.同时,合肥市作为合肥都市圈中心城市和历史悠久的古城,强调生态环境的保护与建设.但2 0 1 02 0 2 0年间生态环境质量呈下降趋势,这是由于这一时段合肥市不断扩张且处于建设时期,导致建设用地大量增加,因此对周边的生态环境质量产生的威胁也相应增加.通过合肥市规划局官网发现,2 0a间建设用地的增长率为4 8.1 1%,主要是侵占耕地.因此,对合肥市环境进行改善尤为重要.中等级别持续减少,由5 3.8 8%降为4 7.7 0%,减少了7 0 3.8 8k m2,主要转化为较差和良等级.良好生态质量环境呈先增加后减少的趋势,总体减少了3.0 8%.优等生态环境持续减少,近2 0a共减少1 0 7.1 3k m2,主要由于“退耕还林”工程在2 0 1 6年以后就停止实施,干度指标持续增长,生态环境质量有所下降.为了探究研究区生态环境的空间变化特征,将合肥市生态环境进行空间分级.2 0 0 0年生态环境整体处于中等水平,环境恶劣地区(差、较差等级)主要集中在主城区、肥西县、巢湖市北部和庐江县的西部,环境良好(良、优等级)地区主要分布在长丰县、肥东县北部和巢湖市南部;2 0 1 0年研究区生态环境以良水平为主,其中,环境恶劣地区主要集中在主城区、巢湖市和肥东县中部;2 0 2 0年中等水平占比较大,生态环境质量呈北部较差、南部良好的态势,环境恶劣地区主要分布在主城区、长丰县、肥西县和肥东县.图1 2 0 0 02 0 2 0年合肥市生态等级面积及比例F i g.1 A r e aa n dp r o p o r t i o no f e c o l o g i c a l g r a d e i nH e f e i f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0图2 2 0 2 02 0 2 0年合肥市遥感生态指数(MR S E I)等级分布Fi g.2 G r a d ed i s t r i b u t i o no f r e m o t es e n s i n ge c o l o g i c a l i n d e x(MR S E I)i nH e f e i f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0第2期周振宏等:基于改进的遥感生态指数的合肥市生态环境质量评价2 2 3 3.3 合肥市MR S E I动态变化特征为了进一步分析合肥市生态状况时空变化特征,在5个MR S E I生态等级的基础上,利用E NV I5.3软件对研究区生态状况差值变化进行检测(表4).2 0 0 02 0 1 0年间,合肥市生态等级动态变化显著,生态条件变差区域占总面积的5 9.7 4%,主要分布在主城区外围、长丰县北部、肥东县和巢湖市.生态条件改善区域面积2 1 5 3k m2,分布在西边和西南边发展较好的区域.该时期生态系统较稳定,由原先的生态环境与经济发展同步的形式,逐步发展为以经济为主导的城市.表4 2 0 0 02 0 2 0年合肥市MR S E I生态等级变化T a b l e4 2 0 0 02 0 2 0MR S E I e c o l o g i c a l g r a d ec h a n g e s i nH e f e i类别极差2 0 0 02 0 1 0年2 0 1 02 0 2 0年2 0 0 02 0 2 0年级面积/k m2类面积/k m2占比/%级面积/k m2类面积/k m2占比/%级面积/k m2类面积/k m2占比/%变差-42 4.4 63 1 9 4.3 25 9.7 41 7.7 82 4 1 9.4 43 8.3 31 6.5 22 8 3 7.2 54 3.6 2-35 0.6 17 2.5 07 0.0 7-21 7 0.0 22 6 2.5 84 0 9.2 5-12 9 4 9.2 32 0 6 6.5 72 3 4 1.4 2不变0000000000变好11 6 0 6.7 32 1 5 3.0 14 0.2 63 0 1 8.9 83 8 9 2.3 06 1.6 72 7 4 9.0 73 6 6 6.8 65 6.3 823 7 6.3 67 2 0.2 26 9 2.5 031 0 5.6 01 2 0.5 11 5 7.8 946 4.3 13 2.5 86 7.4 1 2 0 1 02 0 2 0年合肥市生态环境整体呈局部退化趋势,生态环境变好的面积为3 8 9 2.3 0k m2,生态环境质量等级为1的区域面积占变好总面积的7 7.5 6%,主要分布在巢湖市和庐江县,生态环境质量等级为-1的面积占退化总面积的8 5.4 1%,其他区域较2 0 1 0年之前都有所下降.2 0 0 02 0 2 0年MR S E I均值呈先上升后下降趋势,且上升幅度(2.6 7%)小于下降幅度(6.6 7%),表明2 0 2 0年生态环境质量较2 0 0 0年有所降低,但整体变差面积较小.总之,近2 0a合肥市生态质量较差的地区主要分布在肥西县、巢湖市、庐江县,由于城镇处于开发建设中,导致区域污染较为严重.两个时期合肥市生态环境质量有明显改善,随着城市退耕还林工程的实施,造林面积增长了2 1.4 4k m2,建成区绿化覆盖面积增加3 2.3 7%,均分布在城市的各个地区,生态环境质量变差区域有小幅度减少.4 讨论与结论4.1 讨 论4.1.1 土地利用变化对生态环境的影响2 0 0 02 0 2 0年,耕地是研究区占地较大的优势地类,在3个时期中占比均在6 8%以上,其次是建设用地.建设用地、水体逐渐增加,耕地、林地、未利用地在不断减少,草地变化较小,其中,建设用地的增长率达4 8%(表5).2 0 0 02 0 1 0年,耕地减少3 9 1.5 7k m2,主要转向建设用地和水域,合肥市区建设用地在逐年扩张,导致植被退化.草地和林地的动态度分别为-0.5 1%、0.1 3%,其中,草地减少了2k m2,主要转向耕地和林地.林地增加了0.6 1k m2,变化幅度较小.水体以1.1 1%的速度增加1 1.3 8k m2,主要由耕地转入,但仍然由2.3 9%和0.2 3%的水域分别转向耕地和建设用地;建设用地的动态度为2 7.9 4%,增长幅度最大,增加了3 8 1.5 8k m2,主要来源于耕地、草地.与上一时段比较,2 0 1 02 0 2 0年各土地利用的动态度和转出量有所减少.耕地减少了2 8 1.2 5k m2,主要转向了水体和建设用地;建设用地、水体分别以1 5.7 7%、0.3 6%的速度增加了2 7 5.4 8k m2和3.7 2k m2,林地面积减少了3.9 7k m2,和2 2 4 辽宁师范大学学报(自然科学版)第4 6卷草地、未利用地一样,变化不明显.表5 2 0 0 02 0 2 0年合肥市各景观类型占比及动态度T a b l e5 T h ep r o p o r t i o na n dd y n a m i cd e g r e eo f e a c hl a n d s c a p e t y p e i nH e f e i f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0项 目2 0 0 0年2 0 1 0年2 0 2 0年2 0 0 02 0 1 0年2 0 1 02 0 2 0年2 0 0 02 0 2 0年面积/k m2比例/%面积/k m2比例/%面积/k m2比例/%变化率/%变化率/%变化率/%耕地8 1 8 4.3 47 1.4 87 7 9 2.7 76 8.0 67 5 1 1.5 36 5.6 0-4.7 8-3.6 1-8.2 2林地4 8 0.7 24.2 04 8 1.3 24.2 04 7 7.3 54.1 70.1 3-0.8 3-0.7 0草地3 9 1.5 53.4 23 8 9.5 33.4 03 9 1.3 13.4 2-0.5 10.4 6-0.0 6水体1 0 2 7.1 18.9 71 0 3 8.4 99.0 71 0 4 2.2 19.1 01.1 10.3 61.4 7建设用地1 3 6 5.7 71 1.9 31 7 4 7.3 61 5.2 62 0 2 2.8 41 7.6 72 7.9 41 5.7 74 8.1 1未利用地0.2 40.0 0 20.2 50.0 0 24.4 90.0 4-0.9 4-0.8 6-0.9 5 从整体上看,2 0 0 02 0 2 0年建设用地的变化程度最为剧烈,以4 8.1 1%的速度增加了6 5 7.0 7k m2,主要侵占耕地.植被均为下降趋势,导致绿度指标和湿度指标降低,但整体变化不明显.而建设用地的增加,使得干度指标和热度指标上升.其中,变化最明显的是合肥市主城区,原因是城镇化扩张、人口增加、社会经济发展等,导致MR S E I等级降低.水体以1.4 7%的速度增长了1 5.1 1k m2,主要以巢湖和人工湖为主.2 0a间,由于政府对环境的保护措施,鼓励退耕还林工程的实施,使得天然林地得到有效保护,但生态质量整体呈下降趋势.4.1.2 自然因素对生态环境质量变化的影响通过年平均气温和年降水量变化可以看出(图3),1 9 9 82 0 2 0年,研究区年均气温呈下降趋势,年降水量呈上升趋势,说明合肥市植被覆盖率在逐渐增加,降低了地表的温度,绿度指标均值由2 0 0 0年的0.4 6增加到2 0 2 0年的0.5 0.由图4可知,合肥市相对湿度呈缓慢增长的趋势,相对湿度由1 9 9 8年的7 5%增长到2 0 2 0年的7 8%,提高了区域的水汽含量和土壤湿度,使得绿度指标和湿度指标均值的上涨.然而由于城市开发建设和频繁的人类活动,导致林地面积减少,建设用地大量增加,干度指标和热度指标逐年上升.其中,干度指标均值由2 0 0 0年的0.4 7增加到2 0 2 0年的0.5 5,说明在人为因素的干扰下,城市的干度不减反增,吸收了地表的水气,引发生态环境质量降低.因此,需要制定相应的政策保护研究区林地和草地.图3 1 9 9 82 0 2 0年合肥市年平均气温和年降水量变化F i g.3 C h a n g e so f a n n u a l a v e r a g e t e m p e r a t u r ea n da n n u a lp r e c i p i t a t i o n i nH e f e i f r o m1 9 9 8t o2 0 2 0第2期周振宏等:基于改进的遥感生态指数的合肥市生态环境质量评价2 2 5 图4 1 9 9 82 0 2 0年合肥市相对湿度F i g.4 R e l a t i v eh u m i d i t y i nH e f e i f r o m1 9 9 8t o2 0 2 04.1.3 人类活动对生态环境质量变化的影响城市快速建设对社会经济可持续发展和生态环境质量起着决定性作用,且易受人类活动的干扰2 3-2 4.由于研究区有较高的G D P和人口密度,在进行人类活动时,会对生态环境产生强烈的影响2 5.从图5可以看出,研究区国民生产总值由1 9 8 8年的3 7 3.6 51 08元增长到2 0 2 0年的1 0 0 4 5.7 21 08元,增加了9.4 9倍;人口由7 5 3.9 4万人增长到2 0 2 0年的9 3 7.3 4万人,其中,2 0 2 0年自然增长率为7.7 8%.根据相关学者研究发现,提高研究区经济的生产力水平以及转变生活方式和转移劳动力,都会导致城市生态环境质量的改变2 6-2 7.近2 0a来,合肥市土地资源大规模的开发,导致干度指标和热度指标均值增长,造成生态失衡,严重威胁了生态环境质量.图5 1 9 9 82 0 2 0年合肥市人口和G D P变化F i g.5 H e f e i p o p u l a t i o na n dG D Pc h a n g e s f r o m1 9 9 8t o2 0 2 04.2 结 论本文耦合了绿度、湿度、干度、热度指标,利用前三主成分特征值的权重和求和的方法,得出改进的MR S E I.通过验证MR S E I的精度后,综合反映合肥市生态环境质量演变,并利用MR S E I对合肥市进行研究得出以下结论:2 2 6 辽宁师范大学学报(自然科学版)第4 6卷(1)2 0 0 02 0 2 0年合肥市生态环境质量呈“V”趋势,以先减少后增加的方向变化,MR S E I均值由2 0 0 0年的0.5 2 5下降到2 0 2 0年的0.5 0 3,总体下降约4.1 9%,整体改变较小,局部恶化.其中,绿度和湿度对MR S E I指数起积极作用,干度和热度消极作用较强.由于城市化快速发展导致建设用地不断增加,植被覆盖度与建设用地等不透水面的变化成为生态环境质量状况优劣的主要消极影响因子.(2)合肥市近2 0a的生态质量呈逐渐局部恶化的趋势.2 0 0 02 0 1 0年研究区生态环境质量明显好转,其中,2 0 1 0年中等和良等级的区域分别占5 0.2 2%和3 4.1 2%.但2 0 1 02 0 2 0年,研究区生态环境质量退化较明显,其中,2 0 2 0年中等和良等级的区域分别占4 7.7 0%和2 6.5 5%,较差和差等级占比较少,总体呈上升趋势.(3)土地利用、自然因素和人为因素的共同作用的结果导致合肥市生态环境质量逐渐变差,但整体上研究区实施退耕还林等环境保护政策略有成效.由于城市处于快速发展状态,今后应合理利用生态资源,提高土地利用率,减小城镇发展和人类破坏对生态环境质量的负面效应,建设绿色设施,加强生态建设工程对环境的正面效应.改进的MR S E I模型对合肥市进行生态环境质量评价,进一步增加了人们对城市生态环境质量定量评价的认识,为预测未来生态环境的变化趋势奠定了基础,为其他城市改善生态环境提供依据.参考文献:1 周亮,车磊,孙东琪.中国城镇化与经济增长的耦合协调发展及影响因素J.经济地理,2 0 1 9,3 9(6):9 7-1 0 7.2 HU XS,XU H Q.An e wr e m o t es e n s i n gi n d e xb a s e do nt h ep r e s s u r e-s t a t e-r e s p o n s ef r a m e w o r kt oa s s e s sr e g i o n a le c o l o g i c a lc h a n g eJ.E n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dP o l l u t i o nR e s e a r c hI n t e r n a t i o n a l,2 0 1 9,2 6(6):5 3 8 1-5 3 9 3.3 姚尧,王世新,周艺,等.生态环境状况指数模型在全国生态环境质量评价中的应用J.遥感信息,2 0 1 2,2 7(3):9 3-9 8.4 徐美,朱翔,李静芝.基于D P S I R-TO P S I S模型的湖南省土地生态安全评价J.冰川冻土,2 0 1 2,3 4(5):1 2 6 5-1 2 7 2.5 冯彦,郑洁,祝凌云,等.基于P S R模型的湖北省县域森林生态安全评价及时空演变J.经济地理,2 0 1 7,3 7(2):1 7 1-1 7 8.6 O C HOA-GAONAS,KAMP I C HL E RC,D EJ ON GBHJ,e ta l.A m u l t i-c r i t e r i o ni n d e xf o r t h ee v a l u a t i o no f l o c a l t r o p i c a l f o r e s tc o n d i t i o n s i nM e x i c oJ.F o r e s tE c o l o g ya n dM a n a g e m e n t,2 0 1 0,2 6 0(5):6 1 8-6 2 7.7 S U L L I VANCA,S K E F F I N G T ON M S,GO RMA L L Y MJ,e ta l.T h ee c o l o g i c a ls t a t u so fg r a s s l a n d so nl o w l a n df a r m l a n d si nw e s t e r n I r e l a n da n d i m p l i c a t i o n s f o r g r a s s l a n dc l a s s i f i c a t i o na n dn a t u r e v a l u e a s s e s s m e n tJ.B i o l o g i c a l C o n s e r v a t i o n,2 0 1 0,1 4 3(6):1 5 2 9-1 5 3 9.8 GU P T AK,KUMA RP,P A THANSK,e ta l.U r b a nn e i g h b o r h o o dg r e e ni n d e xA m e a s u r eo fg r e e ns p a c e s i nu r b a na r e a sJ.L a n d s c a p ea n dU r b a nP l a n n i n g,2 0 1 2,1 0 5(3):3 2 5-3 3 5.9 I V I T SE,C HE R L E T M,MEHL W,e ta l.E s t i m a t i n gt h ee c o l o g i c a l s t a t u sa n dc h a n g eo fr i p a r i a nz o n e s i nA n d a l u s i aa s s e s s e db ym u l t i-t e m p o r a lAVHHRd a t a s e t sJ.E c o l o g i c a l I n d i c a t o r s,2 0 0 8,9(3):4 2 2-4 3 1.1 0 贾坤,姚云军,魏香琴,等.植被覆盖度遥感估算研究进展J.地球科学进展,2 0 1 3,2 8(7):7 7 4-7 8 2.1 1 XU H.A n a l y s i so f i m p e r v i o u ss u r f a c ea n d i t s i m p a c to nu r b a nh e a te n v i r o n m e n tu s i n gt h en o r m a l i z e dd i f f e r e n c e i m p e r v i o u s s u r-f a c e i n d e x(N D I S I)J.P h o t o g r a mm e t r i cE n g i n e e r i n g&R e m o t eS e n s i n g,2 0 1 0,7 6(5):5 5 7-5 6 5.1 2 I MHO F FML,Z HAN GP,WO L F ERE,e ta l.R e m o t es e n s i n go f t h eu r b a nh e a t i s l a n de f f e c ta c r o s sb i o m e s i nt h ec o n t i n e n t a lU S AJ.R e m o t eS e n s i n go fE n v i r o n m e n t