基于遙感數據的臨汾生態變化評估研究

潘娟

摘要：生態環境隨著社會的發展產生相應的變化，利用遙感技術進行區域生態環境變化評估，能得到較長時間段上直接客觀的結果。以臨汾市為例，基于1997-2018年間的5期TM遙感影像數據，采用遙感生態指數RSEl，提取綠度、濕度、熱度、干度四個指標，進行指數合成并結合主成分分析方法，定量的對臨汾市生態環境質量進行20年動態評估。研究結果表明，臨汾市遙感生態環境質量指數RSEl呈起伏變化的趨勢。其中2002年比1997年總體平均下降了6.34%; 2008年比2002年總體平均下降了13.0%.2013年比2008年總體平均上升4.27%，2018年比2013年下降了5.46%。變化程度為負值，呈現出變差的趨勢，值得引起重視。因此，臨汾市政府在此時，應該注意到城市可能再次面臨的生態問題，及時給出恰當的反應和應對措施。

關鍵詞：遙感生態指數;生態評估;遙感;臨汾

中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）08-0280-02

1 概述

生態文明的建設，是關系到人類未來又好又快發展的重要前提，因此研究區域的生態環境狀況變化，為區域生態保護和未來各區域更好地進行生態改造提供科學依據很有必要。2013年，徐涵秋在EI指數的前提下，就生態評價在可視化、建模和預測等方面，基于RS技術和GIS技術提出了遙感生態指數RSEIⅢ，該指數集成了多個評價指標，包括植被指數、地表溫度、濕度分量和土壤指數指標等，利用指標集成信息通過計算來動態的評價區域生態變化。通過RS技術獲取的遙感數據可以作為利用GIS技術研究生態變化的數據來源。GIS為RS獲取的數據信息提供數據分析功能，通過分析數據信息來研究生態環境的動態變化。

2 研究區及數據源

2.1 研究區概況

臨汾名字起源于地處汾河兩岸，位于山西省的西南邊陲，東邊是長治和晉城，西邊緊鄰黃河;南邊依靠著運城，北邊與晉中、呂梁地區接壤。是山西省連通附近陜西省與河南省的關鍵要塞，道路七通八達，成為三個省的交通樞紐。

臨汾市的地貌特征表現為四面環山，中部為平原;該市處于半干旱、半濕潤季風氣候地區，為溫帶大陸性氣候;臨汾市土壤發育在水熱條件的影響下，發育較完全，土地利用類型多種多樣，適合林地草地生長的土地面積十分廣闊，但是由于水土流失較為嚴重，森林植被覆蓋率偏低。

2.2 數據源及其預處理

本研究以臨汾市為研究區域，遙感數據均來自地理空間數據云，選用1997年，2002年，2008年，2013年和2018年的Land-sat5 TM的臨汾遙感影像，以及2018年Landsat8 011的臨汾遙感影像，共5期影像數據。由于數據獲取的區域以及數據云量的篩選，每期影像在獲取時間上盡可能地保證研究時間相差不大，來保證植被分布等在相近的時段下生長狀態大致相同，從而來保證生態變化研究結果的可比性。

3 研究方法

3.1 研究方法概述

擬采用1997、2001、2008、2013、2018年Landsat遙感衛星影像數據分析。首先對影像進行預處理，包括將獲取的TIFF數據轉換格式為IMG，然后進行影像輻射校正，再對圖像進行初步的邊緣裁剪拼接，最后按照臨汾市的行政邊界對影像進行不規則裁剪，獲得該區域的遙感影像。然后選用徐涵秋提出的遙感生態指數，利用綠度、濕度、熱度和干度四個指標進行指數合成并結合主成分分析方法，對研究區域進行生態變化的遙感評估，并制作專題圖，定量、客觀地評估研究區域22年間的生態變化。

3.2 技術路線

本文以Landsat遙感衛星影像為例，詳細介紹遙感生態指數（RESI）計算和生態變化分析的流程圖，技術路線如圖1。

3.3 遙感生態指標

3.3.1 綠度指標

歸一化植被指數NDVI （Normalized difference vegetation in-dex）是反映農作物長勢和營養信息的重要參數之一，在使用遙感圖像進行植被覆蓋研究中被廣泛應用[2]。因此，可選其來代表綠度指標。NDVI為近紅外波段與紅光波段的反射值之差與兩者之和的比;

基于landsat5 TM的綠度提取公式為：

NDVI= （p4 - p3）/（p4+ p3）

（1）

3.3.2 濕度指標

濕度指標在生態環境監測中得到廣泛應用。遙感纓帽變換得到的濕度分量反映了地球表面的水體、植被和土壤的濕度情況[3]。因此，本研究中采用的WET指標用濕度分量來替代。

基于landsat5 TM的濕度提取公式為：

WET= 0.0315*b1+0.202l*b2+ 0.3102*b3

+0.1594*b4 - 0.6806*bs - 0.6109*b7

（2）

式中：6，為數據各波段的反射率。

3.3.3 熱度指標

本研究采用的熱度指標（land surface tem-perature LST）用地表溫度替代，地表溫度是環境溫度的主體，是城市熱島的基本體現，它可采用Gyanesh Chander等最新修訂的參數和Landsat用戶手冊的模型[4]來計算，熱度提取公式為：

LST=T/[1+（A×Tlp）×In86]

（3）

式中：T為傳感器處溫度值;K1和K2為定標參數;λ =11.435μm;p=1.438-2m.k.ε6是比輻射率。

3.3.4 干度指標

區域生態環境中，地表裸露面積越大，土地退化越嚴重，裸土指數SI表現的就越高。其次建筑用地的增加，同樣是另一種方式“地表干化”，而建筑用地是城市中重要的土地利用類型，對城市生態環境的影響很大。采用Rikimar和徐涵秋模型計算出裸土指數SI[5]和建筑指數IBIc6]來得到干度指標，