(成都理工大學(xué) 四川 成都 610000)

一、研究現(xiàn)狀

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)是了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況必不可少的內(nèi)容，是生態(tài)環(huán)境治理的前提和基礎(chǔ)。單一的地面監(jiān)測(cè)具有一定局限性，而遙感具有高時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)方便且易獲取等優(yōu)點(diǎn)，借助遙感技術(shù)進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測(cè)，有助于我們更加全面、準(zhǔn)確地了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境，其在實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等方面發(fā)揮著無(wú)可取代的作用。自20世紀(jì)90年代至今，遙感在理論和技術(shù)等方面日趨發(fā)展、完善，在區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面取得了豐碩成果。

徐涵秋[1]基于遙感技術(shù)提出了一個(gè)包含綠度、濕度、干度和熱度四個(gè)指標(biāo)的遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)。國(guó)內(nèi)學(xué)者們運(yùn)用RSEI對(duì)不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境開(kāi)展了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量量化分析及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，明確指出研究區(qū)發(fā)展過(guò)程中存在的各種生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)而為其發(fā)展提供針對(duì)性建議。徐涵秋[2](2013)以福州主城區(qū)為研究對(duì)象進(jìn)行了生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該地區(qū)2001—2009年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。劉智才等[3](2015)運(yùn)用RSEI分析了杭州1989—2010年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，研究表明21年來(lái)杭州生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，并得出城市建設(shè)用地不斷擴(kuò)張是其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要原因。王曉艷[4](2015)通過(guò)RSEI計(jì)算得出，1988—2007年精河縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，而在2007—2014年有所上升。彭麗媛等[5](2016)基于RSEI對(duì)瑪納斯河流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示1993—2006年其生態(tài)環(huán)境呈變好的趨勢(shì)，為該流域的治理和保護(hù)提供了理論依據(jù)。

二、指標(biāo)體系的建立

(一)指標(biāo)體系的建立原則及優(yōu)點(diǎn)

指標(biāo)的選取遵循以下原則：(1)客觀性；(2)全面性；(3)適用性；(4)代表性；(5)可獲得性。

采用RSEI來(lái)評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，是因?yàn)樵撝笖?shù)與其他方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)評(píng)價(jià)指標(biāo)中不僅包含自然因素，而且充分考慮到了人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響；(2)采用主成分分析法計(jì)算RSEI，不僅減少了主觀因素的影響，而且更加方便；(3)數(shù)據(jù)處理及數(shù)值計(jì)算主要基于遙感影像，經(jīng)濟(jì)便利，也更加科學(xué)。

(二)指標(biāo)體系

(1)綠度指標(biāo)(NDVI)：植被能較直觀反映區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境狀況。歸一化植被指數(shù)(NDVI)是反映植被生長(zhǎng)狀況和植被覆蓋度的重要參數(shù)，因此可以用NDVI來(lái)代表綠度指標(biāo)。計(jì)算公式為：NDVI=(近紅外-紅光波段)/(近紅外+紅光波段)。

(2)濕度指標(biāo)(WET)：纓帽變換得到的濕度分量[6]與水體、植被和土壤濕度密切相關(guān)，因此用濕度分量代表濕度指標(biāo)。Landsat5 TM影像與Landsat8 OLI/TIRS影像的濕度計(jì)算公式略有不同。

對(duì)于Landsat5 TM影像，濕度計(jì)算公式為

Wet=0.0315×ρ1+0.2021×ρ2+0.3102×ρ3+0.1594×ρ4-0.6806×ρ5-0.6109×ρ7，

式中，ρi(i=1,…,5,7)代表Landsat TM影像各波段的反射率。

對(duì)于Landsat8 OLI/TIRS影像，

Wet=0.1511×ρ2+0.1973×ρ3+0.3283×ρ4+0.3407×ρ5-0.7117×ρ6-0.4559×ρ7，

式中，ρi(i=1,…,6,7)代表Landsat8 OLI/TIRS影像各波段的反射率。

(3)干度指標(biāo)(NDSI)：一般情況，NDSI可以增強(qiáng)包括裸土指數(shù)(SI)和建筑指數(shù)(IBI)在內(nèi)的裸露地表信息，所以選用其來(lái)代表干度指標(biāo)。干度計(jì)算公式為：NDSI=(SI+IBI)/2，

其中：SI=[(ρ5+ρ3)-(ρ4+ρ1)]/[(ρ5+ρ3)+(ρ4+ρ1)]，

IBI={2×ρ5/(ρ5+ρ4)-[ρ4/(ρ4+ρ3)+ ρ2/(ρ2+ρ5)]}/{2×ρ5/(ρ5+ρ4)+[ρ4/(ρ4+ρ3)+ ρ2/(ρ2+ρ5)]}。

式中，ρi(i=1,…,5,6,7)表示Landsat TM影像各波段的反射率。

(4)熱度指標(biāo)(LST)：熱度指標(biāo)用地表溫度表示。衛(wèi)星傳感器接收到的熱紅外輻射亮度值Lλ的表達(dá)式為：

Lλ=[εb(Ts)+(1-ε)L↓]τ+L↑，

式中，ε為地表比輻射率，TS為地表真實(shí)溫度(K)，B(TS)為黑體熱輻射亮度，τ為大氣在熱紅外波段的透過(guò)率。溫度為T(mén)的黑體在熱紅外波段的輻射亮度B(TS)為：

B(Ts)=[Lλ-L↑-τ(1-ε)L↓]/τε,

TS計(jì)算公式為：Ts=K2/ln(K1/B(Ts)+1),

對(duì)于TM而言，K1=607.76W/(m2*μm*sr),K2=1260.56K。

對(duì)于TIRS Band10而言，K1=774.89W/(m2*μm*sr),K2=1321.08K。

(5)遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)：為使PC1大的數(shù)值代表良好的生態(tài)質(zhì)量[1]，可用1減去PC1，得到初始的遙感生態(tài)指數(shù)RSEI0，即：RSEI0=1-PC1。

為方便對(duì)比指標(biāo)，需對(duì)RSEI0進(jìn)行歸一化處理，即：

RSEI=(RSEIi-RSEImin)/(RSEImax-RSEImin)。

式中，RSEI為遙感生態(tài)指數(shù)，值域?yàn)閇0-1]，數(shù)值越大，表示生態(tài)質(zhì)量越好[1]。

三、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)家、社會(huì)和公眾愈來(lái)愈重視生態(tài)環(huán)境。國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者將研究方向向生態(tài)環(huán)境靠攏，不斷提出新的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)方法。本文研究的遙感生態(tài)指數(shù)由于具有數(shù)據(jù)易獲得、指標(biāo)代表性強(qiáng)、客觀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被越來(lái)越多的學(xué)者使用，對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，更加全面、客觀地了解區(qū)域生態(tài)，從而為區(qū)域發(fā)展政策的制定提供科學(xué)理論支持，為響應(yīng)“建設(shè)美麗中國(guó)”貢獻(xiàn)微薄之力。需要注意的是，遙感生態(tài)指數(shù)適用于陸地占比較多的區(qū)域，不適合水體為主的區(qū)域；如研究區(qū)水體較多，需對(duì)其進(jìn)行掩膜處理。