基于GF-1/WFV的天津市濱海新區生態環境評價

引言

生態環境評價是衡量一個地區經濟與環境之間關系的重要手段。隨著我國對環境問題的日益重視，如何高效完成生態環境的綜合評價成為研究發展趨勢。基于遙感的技術優勢，國家環境保護部發布《HJ/T192-2006生態環境狀況評價技術規范》（以下簡稱《規范（2006）》）推出針對遙感手段的評價方法和生態環境狀況指數（EI）。并在《HJ/T192-2015生態環境狀況評價技術規范》（以下簡稱《規范（2015）》）中完善了生態環境狀況EI指數（以下簡稱EI指數）中各項評價指標。EI指數通過對生物豐度、植被覆蓋、水網密度、人類活動、污染負荷五項指數加權計算得到。本文基于GF-1/WFV等遙感數據，結合RS和GIS技術，完成對天津市濱海新區生態環境狀況評價，同時對現有的評價方法中的問題進行總結。

1.研究區域概況和數據來源

1.1區域概況

本次研究選取天津市濱海新區為研究區域，該地以溫帶季風氣候為主，地貌多為海洋沖擊型平原，地勢東南低，西北高，擁有眾多水庫和鹽田濕地，是鳥類遷徙的必經之地。

1.2數據源介紹

使用GF-1/WFV多光譜數據對該地生物豐度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數進行提取。高分一號衛星配載2米全色、8米多光譜高分辨率相機，以及16米多光譜寬幅相機，其數據具有空間分辨率高、中分辨率視場寬、空間紋理信息豐富等特點，可以很好的對土地覆蓋類型進行分類。研究所需數據如表1所示。

2 研究方法

2.1 評價指標構建

EI指數通過利用遙感數據對研究區域進行土地利用分類、計算NDVI值、計算NDWI值、對夜間燈光數據處理以及對PM2.5濃度格網數據處理得到。

2.2 生態環境綜合評價

EI指數表示一個區域環境的質量，其范圍為0～100。計算得到五項指數的權重，權重分配如表4所示。再根據EI計算公式得到生態環境狀況指數值，最后參照《規范（2015）》[3]對生態環境分級，分級標準為：EIgt;75為優，75gt;EIgt;55為良，55gt;EIgt;35為一般，35gt;EIgt;20為較差，20gt;EIgt;0為差。

3 分析

研究結果表明，濱海新區生態環境狀況指數呈中部低、南部及北部相對較高的特點。有0.2%的區域被評為“優”，該區域位于北部，多為耕地，由于研究選取時間正值盛夏，耕地植被覆蓋率較高，生態環境狀況較好。而濱海新區土壤含鹽量高，鹽生植物占優勢，植被類型多為堿蓬草、蘆葦等草本植物，林地占比較少，故環境評價分級中“優”的區域占比少。

評價結果為“良”的區域約占總面積的18.6%，主要分布在南部北大港水庫區域附近，擁有大面積的濕地和耕地。該區湖泊濕地和沼澤濕地的面積變化主要取決于水庫的蓄水量。評價結果為“一般”的區域占比最大，約66.5%。主要分布在南部和北部長蘆塘沽、漢沽鹽場和人工填海部分。鹽田區域人口活動少，填海造陸導致海岸線東擴生態環境狀況一般。

中心城區的環境狀況以“較差”居多，占14.5%，僅有0.04%的區域被評為“差”。該區域經濟和工業較為發達，人類活動密集，PM2.5污染較重。

4總結

本研究以GF-1/WFV數據為主，VIIRS夜光數據和全球PM2.5格網等遙感數據為輔，得到EI指數。。結果顯示，該區域EI指數值為43.88，與公報中的數值（44.37）較為接近。

總體而言，研究地有超過85%的區域被評為“良”和“一般”，“優”的區域極少，不到0.1%。根據SVM分類方法，區域內被分為“林地”的土地利用類型極少，這與該地區的土壤類型密切相關。隨著經濟的發展、人類干擾增強、污染加重，濱海新區大面積的濕地轉化為建設用地，再加上近年來降水減少以及全球變暖趨勢，使得濕地逐漸喪失其環境調節功能，生物多樣性下降，生態環境遭到破壞[5]。對于區域環境的保護與改善問題，應在經濟發展的同時加強對中心城區污染的控制，合理規劃濕地的開發利用，增加林地面積。

4.1 問題與展望

4.1.1 問題

在評價體系的建立方面，缺乏系統、完善的體系規范。人類活動區域和自然生態區域的評價體系差異巨大，評價指標的選取因人而異。對EI指數中，人類活動和污染負荷指數較難獲取，且環境質量數據較大程度上依賴研究地區的政府工作報告的問題，有學者在EI指數的基礎上建立新型遙感生態指數（RSEI）。該指數未將權重占比較小的“污染負荷指數”考慮在內，解決了該項指標在數據獲取上的問題。但該評價體系較適合自然環境面積占比較大的研究區域，對于城鎮等污染較嚴重區域并不適用。

在數據的選取方面，本次研究對于污染負荷指數的提取，使用的是由SEDAC提供的全球年度PM2.5合成產品，該數據僅更新到2016年。對于該項無法獲得最新的合成數據的問題，若改為使用一級遙感數據處理，龐大的數據量使得評價工作變得復雜。而多數污染負荷指標的獲取主要依賴于政府工作報告的數據。

在數據處理方面，現階段未有針對遙感手段的環境評價相關算法軟件系統，在環境特征提取部分依舊需要人工提取，不僅在解譯時存在主觀差異，而且無法對大量數據進行快速、批量化的處理。

4.1.2 展望

基于以上欠缺，建立系統的、完整的、具有普適性的評價體系，利用遙感手段高效完成對污染負荷指標的提取，以及建立更全面化的生態環境評價應用軟件，成為待未來需要解決的問題。總之，更具系統性、針對性的生態環境評價，需要技術與方法更新的全面推動。