基于GF-1/WFV的天津市濱海新區(qū)生態(tài)環(huán)境評價

引言

生態(tài)環(huán)境評價是衡量一個地區(qū)經(jīng)濟與環(huán)境之間關(guān)系的重要手段。隨著我國對環(huán)境問題的日益重視，如何高效完成生態(tài)環(huán)境的綜合評價成為研究發(fā)展趨勢。基于遙感的技術(shù)優(yōu)勢，國家環(huán)境保護部發(fā)布《HJ/T192-2006生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范（2006）》）推出針對遙感手段的評價方法和生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（EI）。并在《HJ/T192-2015生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范（2015）》）中完善了生態(tài)環(huán)境狀況EI指數(shù)（以下簡稱EI指數(shù)）中各項評價指標。EI指數(shù)通過對生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、人類活動、污染負荷五項指數(shù)加權(quán)計算得到。本文基于GF-1/WFV等遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合RS和GIS技術(shù)，完成對天津市濱海新區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評價，同時對現(xiàn)有的評價方法中的問題進行總結(jié)。

1.研究區(qū)域概況和數(shù)據(jù)來源

1.1區(qū)域概況

本次研究選取天津市濱海新區(qū)為研究區(qū)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(jīng)之地。

1.2數(shù)據(jù)源介紹

使用GF-1/WFV多光譜數(shù)據(jù)對該地生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)進行提取。高分一號衛(wèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)如表1所示。

2 研究方法

2.1 評價指標構(gòu)建

EI指數(shù)通過利用遙感數(shù)據(jù)對研究區(qū)域進行土地利用分類、計算NDVI值、計算NDWI值、對夜間燈光數(shù)據(jù)處理以及對PM2.5濃度格網(wǎng)數(shù)據(jù)處理得到。

2.2 生態(tài)環(huán)境綜合評價

EI指數(shù)表示一個區(qū)域環(huán)境的質(zhì)量，其范圍為0～100。計算得到五項指數(shù)的權(quán)重，權(quán)重分配如表4所示。再根據(jù)EI計算公式得到生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)值，最后參照《規(guī)范（2015）》[3]對生態(tài)環(huán)境分級，分級標準為：EIgt;75為優(yōu)，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(jié)果表明，濱海新區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)呈中部低、南部及北部相對較高的特點。有0.2%的區(qū)域被評為“優(yōu)”，該區(qū)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(tài)環(huán)境狀況較好。而濱海新區(qū)土壤含鹽量高，鹽生植物占優(yōu)勢，植被類型多為堿蓬草、蘆葦?shù)炔荼局参铮值卣急容^少，故環(huán)境評價分級中“優(yōu)”的區(qū)域占比少。

評價結(jié)果為“良”的區(qū)域約占總面積的18.6%，主要分布在南部北大港水庫區(qū)域附近，擁有大面積的濕地和耕地。該區(qū)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(jié)果為“一般”的區(qū)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(qū)域人口活動少，填海造陸導致海岸線東擴生態(tài)環(huán)境狀況一般。

中心城區(qū)的環(huán)境狀況以“較差”居多，占14.5%，僅有0.04%的區(qū)域被評為“差”。該區(qū)域經(jīng)濟和工業(yè)較為發(fā)達，人類活動密集，PM2.5污染較重。

4總結(jié)

本研究以GF-1/WFV數(shù)據(jù)為主，VIIRS夜光數(shù)據(jù)和全球PM2.5格網(wǎng)等遙感數(shù)據(jù)為輔，得到EI指數(shù)。。結(jié)果顯示，該區(qū)域EI指數(shù)值為43.88，與公報中的數(shù)值（44.37）較為接近。

總體而言，研究地有超過85%的區(qū)域被評為“良”和“一般”，“優(yōu)”的區(qū)域極少，不到0.1%。根據(jù)SVM分類方法，區(qū)域內(nèi)被分為“林地”的土地利用類型極少，這與該地區(qū)的土壤類型密切相關(guān)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人類干擾增強、污染加重，濱海新區(qū)大面積的濕地轉(zhuǎn)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(huán)境調(diào)節(jié)功能，生物多樣性下降，生態(tài)環(huán)境遭到破壞[5]。對于區(qū)域環(huán)境的保護與改善問題，應在經(jīng)濟發(fā)展的同時加強對中心城區(qū)污染的控制，合理規(guī)劃濕地的開發(fā)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(tǒng)、完善的體系規(guī)范。人類活動區(qū)域和自然生態(tài)區(qū)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(shù)中，人類活動和污染負荷指數(shù)較難獲取，且環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)較大程度上依賴研究地區(qū)的政府工作報告的問題，有學者在EI指數(shù)的基礎(chǔ)上建立新型遙感生態(tài)指數(shù)（RSEI）。該指數(shù)未將權(quán)重占比較小的“污染負荷指數(shù)”考慮在內(nèi)，解決了該項指標在數(shù)據(jù)獲取上的問題。但該評價體系較適合自然環(huán)境面積占比較大的研究區(qū)域，對于城鎮(zhèn)等污染較嚴重區(qū)域并不適用。

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

在數(shù)據(jù)處理方面，現(xiàn)階段未有針對遙感手段的環(huán)境評價相關(guān)算法軟件系統(tǒng)，在環(huán)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(tài)環(huán)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(tǒng)性、針對性的生態(tài)環(huán)境評價，需要技術(shù)與方法更新的全面推動。