章程焱, 楊少康, 董曉華, 趙程銘, 薄會(huì)娟, 劉 冀

(1.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院, 湖北 宜昌 443002; 2.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心,湖北 宜昌 443002; 3.水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 武漢 430072)

生態(tài)環(huán)境是關(guān)系到社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，包括影響人類生存與發(fā)展的水資源、土地資源、生物資源等[1]。我國(guó)高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，相繼推出退耕還林還草工程及三北防護(hù)林等一系列生態(tài)修復(fù)工程。這一系列工程使我國(guó)的生態(tài)狀況格局發(fā)生了巨大變化[2]。但如何科學(xué)地針對(duì)區(qū)域生態(tài)狀況建立客觀的生態(tài)評(píng)價(jià)模型，是值得深入探究的問(wèn)題，且評(píng)價(jià)模型的建立對(duì)于認(rèn)識(shí)區(qū)域生態(tài)保護(hù)與建設(shè)具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

隨著3S技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者結(jié)合三者間的優(yōu)勢(shì)，分別從不同角度評(píng)估區(qū)域生態(tài)狀態(tài)開(kāi)展了一系列研究，也提出很多評(píng)價(jià)指數(shù)構(gòu)成的評(píng)價(jià)模型。Sfriso等[3]從生態(tài)安全角度構(gòu)建出MaQI指數(shù)，并對(duì)意大利的海洋生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)；Kim等[4]提出評(píng)價(jià)城市溪流生態(tài)健康的評(píng)估方法，該方法主要利用生理水平生物標(biāo)志物及生物指示劑等來(lái)進(jìn)行建立；國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生態(tài)環(huán)境的研究起步較晚，且大多數(shù)研究是通過(guò)遙感衛(wèi)星信息提取單一的指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，如姚曉潔[5]利用地表熱度(LST)來(lái)評(píng)估城市熱島效應(yīng)；劉珞丹等[6]利用NDVI對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)；其余一些研究者也嘗試使用多個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：如厲彥玲等[7]利用指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)區(qū)域生態(tài)進(jìn)行了環(huán)境質(zhì)量評(píng)估；傅伯杰[8]對(duì)我國(guó)各省區(qū)的生態(tài)狀況也做了定量的分析與評(píng)估；但國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的研究主要是根據(jù)2006年國(guó)家環(huán)保局頒布的《生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)EI來(lái)開(kāi)展[9]，但EI指數(shù)計(jì)算中各指標(biāo)權(quán)重值固定，且以城市為評(píng)價(jià)單元，數(shù)據(jù)來(lái)源于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)更新慢及獲取難的問(wèn)題，因此難以在大空間尺度下對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有大面積覆蓋、可快速獲取等特點(diǎn)，在生態(tài)評(píng)價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用。Yang等[10]基于遙感數(shù)據(jù)并結(jié)合環(huán)境因素建立數(shù)學(xué)模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)濕地生態(tài)的評(píng)價(jià)。徐涵秋[11]2013年提出了遙感生態(tài)環(huán)境指數(shù)RSEI，RSEI為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)估提供了新方法，且由于RSEI的構(gòu)建完全基于遙感影像，指標(biāo)獲取容易且能夠全面、快速、客觀地反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，因此在區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中獲得了大量的應(yīng)用[12-16]。但由于RSEI的計(jì)算需要處理大量的遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)于計(jì)算機(jī)的配置要求較高，為解決這個(gè)問(wèn)題，陳煒[17]及張華[18]等基于Google Earth Engine平臺(tái)，對(duì)三江源地區(qū)及祁連山地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及分析，證明GEE平臺(tái)對(duì)于大區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)具有明顯的優(yōu)勢(shì)[19]。

因此本文基于GEE平臺(tái)，利用MODIS遙感影像數(shù)據(jù)，以整個(gè)長(zhǎng)江上游流域作為研究區(qū)域，構(gòu)建出2000—2020年RSEI指數(shù)，并利用計(jì)算出的RSEI對(duì)長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空演變進(jìn)行研究，以期為長(zhǎng)江上游流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)及高質(zhì)量發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江上游流域位于24°46′—35°91′N，90°47′—113°31′E，長(zhǎng)江源頭至湖北宜昌江段，流域面積約為100萬(wàn)km2。長(zhǎng)江上游是長(zhǎng)江流域重要的生態(tài)安全屏障和水源涵養(yǎng)地，承載著西部大開(kāi)發(fā)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶等重大國(guó)家戰(zhàn)略，然而，由于多年來(lái)的無(wú)序利用和過(guò)度開(kāi)發(fā)，長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境惡化，生態(tài)功能一度不堪重負(fù)，傳統(tǒng)落后產(chǎn)能呈現(xiàn)出體量大、風(fēng)險(xiǎn)高等特征，動(dòng)能疲軟，可持續(xù)發(fā)展面臨極大挑戰(zhàn)，因此黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記公開(kāi)強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境修復(fù)[20]。長(zhǎng)江上游流域自然地理?xiàng)l件差異顯著，橫跨我國(guó)第1，2級(jí)階梯，海拔呈現(xiàn)為東南低西北高，流域地形復(fù)雜，河系眾多，主要包括金沙江、岷江、嘉陵江、烏江等著名河流。流域氣候復(fù)雜，東部為中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候和北亞熱帶季風(fēng)氣候，流域西北部為高原氣候且橫斷山脈為亞熱帶高原季風(fēng)氣候，不僅受西南、東南季風(fēng)影響，又受青藏高原影響。流域內(nèi)多年平均降水量為850 mm左右，多年平均氣溫為11.4℃左右，均表現(xiàn)為東部向西南和西北方向遞減[21]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)自于GEE平臺(tái)提供的美國(guó)國(guó)家航空航天局的MODIS系列數(shù)據(jù)，分別是MOD09A1數(shù)據(jù)、MOD11A2數(shù)據(jù)及MOD13A1數(shù)據(jù)。MOD09A1影像數(shù)據(jù)提供了Terra MODIS波段1至7的500 m分辨率8 d合成的表面光譜反射率估計(jì)值；MOD11A2影像數(shù)據(jù)提供了1 km空間分辨率的8 d平均陸面溫度，為與其他遙感數(shù)據(jù)空間分辨率統(tǒng)一，將該遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣至500 m；MOD13A1影像數(shù)據(jù)使用500 m分辨率16 d內(nèi)的最優(yōu)像素，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)像素位置的植被指數(shù)Vegetation Indices(Ⅵ)。通過(guò)GEE編程調(diào)用研究區(qū)域所需年份生長(zhǎng)季(5—10月)的影像數(shù)據(jù)并使用平臺(tái)官方提供的云掩膜算法去除云像元的干擾，同時(shí)為剔除水體的干擾，采用MNDWI水體指數(shù)剔除水體信息。

2.2 遙感生態(tài)指數(shù)計(jì)算

選用長(zhǎng)江上游流域生長(zhǎng)季綠度(NDVI(Normalized Difference Vegetation Index))、熱度(LST(Land surface temperature))、濕度(WET)、干度(NDSI)4個(gè)指標(biāo)作為構(gòu)建生態(tài)指數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這4個(gè)因素與人類的生存環(huán)境息息相關(guān)，同時(shí)也是人類能夠直觀感覺(jué)生態(tài)條件優(yōu)劣的重要指標(biāo)，因此選用以上4個(gè)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建RSEI遙感生態(tài)指數(shù)對(duì)長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)GEE平臺(tái)，采取主成分分析(PCA(Principal Component Analysis))法[22]構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)來(lái)反映長(zhǎng)江上游流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。在計(jì)算遙感生態(tài)指數(shù)時(shí)，需先將4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行正向歸一化處理[23](MMS(Min Max Scaler))，計(jì)算方法如下：

(1)

式中:I為指標(biāo)值;Imin、Imax分別代表計(jì)算年份該指標(biāo)的最小值、最大值。經(jīng)過(guò)MMS處理后，用4個(gè)歸一化處理后的指標(biāo)構(gòu)建RSEI，RSEI計(jì)算如公式為:

RSEI=PC1[f(NDVI,WET,LST,NDSI)]

(2)

式中:RSEI為遙感生態(tài)指數(shù)；PC1是主成分分析中第1主成分；f表示對(duì)指標(biāo)進(jìn)行MMS處理。NDVI代表綠度,數(shù)據(jù)來(lái)源于MOD13A1遙感影像數(shù)據(jù);LST代表熱度,數(shù)據(jù)選取MOD11A2遙感數(shù)據(jù);WET代表濕度,計(jì)算公式如式(3)所示[24];NDSI代表干度,計(jì)算公式如式(4)所示。

WET=A1ρ1+A2ρ2+A3ρ3+A4ρ4+A5ρ5+A6ρ6+A7ρ7

(3)

式中:WET代表濕度,A1—A7分別取值為0.114 7,0.248 9,0.240 8,0.313 2,-0.311 2,-0.641 6,-0.508 7;ρ1—ρ7分別代表MOD09A1的1—7波段的地表反射率。

NDSI=(SI+IBI)/2

(4)

式中:NDSI代表干度；SI代表裸土指數(shù),其計(jì)算公式如式(5)所示；IBI表示城市建筑指數(shù),計(jì)算公式如式(6)所示。

(5)

(6)

式中:ρ1—ρ7分別代表MOD09A1的1—7波段的地表反射率。

最后，將初步得到的遙感生態(tài)指數(shù)RSEIo進(jìn)行MMS處理，其值處于[0，1]之間得到最終的RSEI值，RSEI值越接近于1，說(shuō)明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好，反之，越接近0，則說(shuō)明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越差。根據(jù)《生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[25]生態(tài)環(huán)境分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將RSEI劃分為5個(gè)等級(jí)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

同時(shí)為了進(jìn)一步分析長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境變化的影響因素，引入了地理探測(cè)器作為分析工具進(jìn)行分析。地理探測(cè)器是一組探測(cè)空間分異性及揭示其背后驅(qū)動(dòng)力的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，其核心思想為假設(shè)兩個(gè)變量之間有重要的影響關(guān)系，那么這兩個(gè)變量也應(yīng)該具有相似的空間分布[26]。地理探測(cè)器包括：因子探測(cè)器、交互作用探測(cè)器、風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)器和生態(tài)探測(cè)器4個(gè)探測(cè)器，其中因子探測(cè)器可以探測(cè)某個(gè)因子是否是形成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主導(dǎo)因子[27]。

3 結(jié)果與分析

3.1 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)構(gòu)建

對(duì)長(zhǎng)江上游流域2000年、2005年、2010年、2015年及2020年生長(zhǎng)季綠度(NDVI)、濕度(WET)、熱度(LST)及干度(NDSI)進(jìn)行主成分分析，其結(jié)果見(jiàn)表2，由表2可知，4個(gè)指標(biāo)中，綠度和熱度的載荷多年均呈正值，說(shuō)明兩者對(duì)RSEI具有正效應(yīng)，兩者多年平均載荷值分別為0.648 3及0.675 5，表明熱度對(duì)RSEI比綠度的貢獻(xiàn)要高。濕度及干度兩者的多年平均載荷值為-0.004 6及-0.000 1，均為負(fù)值，說(shuō)明兩者對(duì)RSEI是負(fù)效應(yīng)，且兩者對(duì)RSEI的貢獻(xiàn)很小。另外，4個(gè)指標(biāo)在第1主成分(PC1)上的貢獻(xiàn)率最高達(dá)到76.2%(2020年)，最低為62.5%(2000年)，多年平均貢獻(xiàn)率為71%，可見(jiàn)PC1集中了各指標(biāo)主要的特征信息，表明依據(jù)PC1利用4個(gè)指標(biāo)構(gòu)建RSEI在長(zhǎng)江上游流域是可行的，具備一定的科學(xué)性及合理性，因此遙感生態(tài)指數(shù)是通過(guò)PC1將4個(gè)指標(biāo)整合而成的。

表1 遙感生態(tài)指數(shù)等級(jí)劃分

表2 4個(gè)指標(biāo)第1主成分分析結(jié)果

3.2 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空格局

3.2.1 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)間變化 長(zhǎng)江上游流域年際RSEI均值變化趨勢(shì)如圖1所示，由圖1可知，2000—2020年長(zhǎng)江上游流域RSEI總體呈顯著波動(dòng)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)(p<0.05)，增長(zhǎng)速率為1.1×10-3/a，表明長(zhǎng)江上游流域整體呈現(xiàn)生態(tài)環(huán)境變好態(tài)勢(shì)。長(zhǎng)江上游流域多年RSEI均值為0.58，其中，RSEI最大值出現(xiàn)在2005年，其值為0.643，最小值為0.512，出現(xiàn)在2007年。流域RSEI在2002—2010年經(jīng)歷了劇烈上升—下降—上升波動(dòng)，時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為2002年、2005年、2007年及2010年。對(duì)于2002—2005年RSEI持續(xù)增長(zhǎng)的原因可能是由于我國(guó)2002年前后在長(zhǎng)江上游流域全面啟動(dòng)退耕還林工程及天然林保護(hù)工程，這兩項(xiàng)工程的實(shí)施，在一定程度上改善了流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[28]。2005—2007年RSEI呈現(xiàn)急劇下降態(tài)勢(shì)，原因可能在于2005年以來(lái)，長(zhǎng)江上游流域暖干化趨勢(shì)顯著，表現(xiàn)出干旱頻次、程度更為劇烈的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化[29]。2007—2010年長(zhǎng)江上游流域RSEI為持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，主要是由于前面兩項(xiàng)工程中的人造林不斷生長(zhǎng)，進(jìn)而有效提高了長(zhǎng)江上游流域綠度，使得生態(tài)環(huán)境得到改善。長(zhǎng)江上游流域按照RSEI增長(zhǎng)速率的不同，可劃分為兩個(gè)階段，第1個(gè)階段是2000—2010年的快速增長(zhǎng)期，其增長(zhǎng)速率為5.9×10-3/a，第2個(gè)階段是2011—2020年增速放緩期，相較于2000—2010年的快速增長(zhǎng)期，其增長(zhǎng)速率較緩，具體速率為3.9×10-3/a。

圖1 長(zhǎng)江上游流域RSEI均值年際變化特征及不同時(shí)間的擬合關(guān)系

3.2.2 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間變化 長(zhǎng)江上游流域2000—2020年的RSEI的空間分布如圖2所示，選擇2000年、2005年、2010年、2015年、2020年進(jìn)行分析，所選年份RSEI均值分別為0.563，0.643，0.625，0.557及0.612，長(zhǎng)江上游流域近21年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)“改善—退化—改善”趨勢(shì)，總體呈現(xiàn)改善的趨勢(shì)。在空間分布上，長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以優(yōu)和良為主，面積之和占比均超過(guò)47%，其中，生態(tài)質(zhì)量為優(yōu)的面積占比最多的是2005年，其值達(dá)到29.3%，面積占比最少的是2000年，比例為12%，其表現(xiàn)態(tài)勢(shì)與總體變現(xiàn)態(tài)勢(shì)一致，均是“改善—退化—改善”態(tài)勢(shì)，生態(tài)質(zhì)量為良的面積比例均在33%以上，在2010年達(dá)到最大值為46.8%，在2005年為最低值，達(dá)到33.6%。長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量表現(xiàn)為差的面積占比在7%以下，2000年其值最大為6.8%，在2020年達(dá)到最小為0.19%。在2000—2010年，長(zhǎng)江上游流域生態(tài)質(zhì)量為優(yōu)的地區(qū)主要分布在嘉陵江流域下游，生態(tài)質(zhì)量為差的地區(qū)主要分布在金沙江流域中上游，整體呈現(xiàn)為南部地區(qū)優(yōu)于北部地區(qū)，東部地區(qū)優(yōu)于西部地區(qū)。在2010—2020年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化地區(qū)主要集中在嘉陵江下游流域，但整體生態(tài)質(zhì)量呈現(xiàn)持續(xù)改善趨勢(shì)。

圖2 2000-2020年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)分布

3.3 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變趨勢(shì)

3.3.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)演變 按照長(zhǎng)江上游流域RSEI增長(zhǎng)速度，以2010年為界，分為2000—2010年的快速增長(zhǎng)期及2010—2020年的增速放緩期。2000—2010年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣如表3所示。由表3可知，2010年，長(zhǎng)江上游流域生態(tài)質(zhì)量以良為主，占流域總面積的46.96%，一般及優(yōu)占比相近，均在17%左右，生態(tài)環(huán)境為差的面積僅占比3.3%。2000—2010年期間，長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變趨勢(shì)以不變?yōu)橹?，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的面積為351 727 km2，占長(zhǎng)江上游流域總面積的34.7%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化的面積為86 934 km2，僅占流域總面積的0.09%，改善的面積比退化的面積多出264 793 km2，由此可見(jiàn)，在2000—2010年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在快速變好，主要原因在于生態(tài)質(zhì)量由差轉(zhuǎn)為較差面積42 171 km2，較差轉(zhuǎn)為一般面積69 846 km2，一般轉(zhuǎn)為良面積118 749 km2及良轉(zhuǎn)為優(yōu)面積99 607 km2的貢獻(xiàn)較大，其總占比達(dá)32.59%。

表3 2000-2010年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣

2010—2020年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣如表4所示。由表4可知，2020年，長(zhǎng)江上游流域生態(tài)質(zhì)量依然以良為主，占流域總面積的38.1%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為一般的面積占比由2010年的17.61%增加到26.9%，增加面積最多，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為差的面積由3.3%減少到0.16%。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)的面積變化不大，僅下降了0.69%。在2010—2020年期間，長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的面積為220 422 km2，占流域總面積的21.7%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化的面積為206 897 km2，占流域總面積的20.4%，改善的面積比退化的面積僅多出13 525 km2，由此可見(jiàn)在2000—2010年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量處于一個(gè)緩慢變好時(shí)期，在該時(shí)期生態(tài)質(zhì)量由較差轉(zhuǎn)為差面積660 km2，一般轉(zhuǎn)為較差面積18 512 km2，良轉(zhuǎn)為一般面積63 378 km2及優(yōu)轉(zhuǎn)為良面積61 852 km2的貢獻(xiàn)較大，總占比達(dá)14.24%。

表4 2010-2020年長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣

3.3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì) 長(zhǎng)江上游流域多年平均RSEI變化趨勢(shì)及顯著性空間分布如圖3所示，由圖3A—3B可知，2000—2020年長(zhǎng)江上游流域RSEI整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，RSEI變化趨勢(shì)為正的像元面積占長(zhǎng)江上游流域總面積的64.7%，其中以變化趨勢(shì)以大于0.003/a為主，其像元面積占流域總面積的32.8%，在各子流域均有分布。在顯著性變化趨勢(shì)檢驗(yàn)中，長(zhǎng)江上游流域16.3%的區(qū)域呈現(xiàn)顯著改善趨勢(shì)(p<0.05)，呈現(xiàn)顯著改善的區(qū)域主要集中在嘉陵江上游流域。48.4%的區(qū)域呈現(xiàn)不顯著改善趨勢(shì)(p<0.05)。長(zhǎng)江上游流域35.3%的區(qū)域RSEI呈現(xiàn)退化趨勢(shì)，其中8.8%的區(qū)域呈顯著退化趨勢(shì)(p<0.05)，26.5%的區(qū)域呈現(xiàn)不顯著退化趨勢(shì)(p<0.05)，呈現(xiàn)不顯著退化的區(qū)域主要分布在金沙江上游，呈現(xiàn)顯著退化的區(qū)域主要分布在嘉陵江下游。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)嘉陵江上下游RSEI具有明顯的差異性，上游生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善、下游生態(tài)環(huán)境卻表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，呈現(xiàn)出顯著退化趨勢(shì)。針對(duì)嘉陵江上游生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善現(xiàn)象，原因在于嘉陵江上游各級(jí)政府大力實(shí)施天然林資源保護(hù)、退耕還林、生態(tài)修復(fù)等措施，全力保障嘉陵江上游流域生態(tài)建設(shè)[30]。嘉陵江下游生態(tài)持續(xù)退化的原因在于下游流域周邊的城市擴(kuò)張和人類劇烈活動(dòng)導(dǎo)致了植被覆蓋度的下降[31]，加上人口居住量的不斷增多，導(dǎo)致土地出現(xiàn)緊缺現(xiàn)象，且由于當(dāng)?shù)鼐用裆鷳B(tài)意識(shí)淺薄，存在土地利用不當(dāng)，盲目破壞生態(tài)環(huán)境現(xiàn)象[32]，進(jìn)而導(dǎo)致嘉陵江下游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)退化趨勢(shì)。

3.4 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變影響因素

為了進(jìn)一步分析影響長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的自然因素，本文引入了地理探測(cè)器用于揭示生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素。操作步驟為：將RSEI作為因變量，選取NDVI，WET，LST，NDSI作為自變量因子，將2000年、2010年、2020年各指標(biāo)量轉(zhuǎn)換為類型量并通過(guò)自然斷裂法分成5類，之后使用10 km×10 km的漁網(wǎng)均勻生成長(zhǎng)江上游流域的9 952個(gè)點(diǎn)并通過(guò)這些點(diǎn)將因變量與自變量匹配，然后進(jìn)行因子探測(cè)分析，得出4個(gè)指標(biāo)因子對(duì)RSEI的影響力值(q值，q值越大表示某個(gè)指標(biāo)因子對(duì)RSEI的影響力越大)和因子解釋力值(p值，p值越小表示某個(gè)指標(biāo)因子對(duì)RSEI的解釋力越高)[33]。分析結(jié)果如表5所示：NDSI在2000年和2020年的p值均大于0.05，說(shuō)明NDSI在這兩年對(duì)長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響不大，其余3個(gè)指標(biāo)在2000年、2010年、2020年的p值均為0，說(shuō)明這3個(gè)指標(biāo)對(duì)長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的解釋力充足。q值均有不同程度的變化，從主導(dǎo)因子來(lái)看，2000年、2010年、2020年對(duì)RSEI影響最大的因子是熱度和綠度；2010年與2000年相比，各項(xiàng)指標(biāo)的q總體波動(dòng)較大，綠度和濕度的q值明顯增大，表明2000—2010年長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的原因是受到植被覆蓋度增大和濕度變化的影響；2020年與2010年相比，綠度的q值增加而其他3個(gè)指標(biāo)的q值減少，表明長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的原因是植被覆蓋度的增加。2000—2019年長(zhǎng)江上游流域年平均氣溫和累計(jì)降水量呈上升趨勢(shì)(圖4)，年平均氣溫上升顯著(p<0.05)，因此長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生變化可能與溫度的升高有關(guān)，年累積降水量雖然呈上升趨勢(shì)，但顯著性不強(qiáng)，后續(xù)的研究中需要結(jié)合土地利用類型等其他相關(guān)因子進(jìn)行綜合分析。

圖3 長(zhǎng)江上游流域多年平均(2000-2020年)RSEI變化趨勢(shì)及顯著性空間分布

表5 長(zhǎng)江上游流域4個(gè)影響因子探測(cè)結(jié)果

圖4 長(zhǎng)江上游年降水量和平均氣溫變化

4 結(jié) 論

本文通過(guò)GEE平臺(tái)編寫程序直接訪問(wèn)并調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用4個(gè)指標(biāo)快速構(gòu)建出長(zhǎng)江上游流域遙感生態(tài)指數(shù)RSEI，并對(duì)其時(shí)空演變進(jìn)行探究，得出結(jié)論如下：

(1) 4個(gè)指標(biāo)PC1上的多年平均貢獻(xiàn)率為71%，PC1集中了大部分各指標(biāo)特征信息，表明依據(jù)PC1利用4個(gè)指標(biāo)構(gòu)建RSEI在長(zhǎng)江上游流域是可行的。其中對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈正向作用的指標(biāo)為綠度指標(biāo)和熱度指標(biāo)，而干度和濕度指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有負(fù)面影響。

(2) 2000—2020年長(zhǎng)江上游流域RSEI呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)(p<0.05)，其增長(zhǎng)速率為1.1×10-3/a，其多年平均RSEI為0.58。2000—2010年為RSEI快速增長(zhǎng)期，其增長(zhǎng)速率為5.9×10-3/a，2010—2020年為RSEI增速放緩期，其增長(zhǎng)速率為3.9×10-3/a。

(3) 長(zhǎng)江上游流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)“改善—退化—改善”趨勢(shì)，主要以優(yōu)和良為主，面積之和占比超過(guò)47%，在空間上，生態(tài)質(zhì)量表現(xiàn)為南部?jī)?yōu)于北部，東部?jī)?yōu)于西部。

(4) 長(zhǎng)江上游流域RSEI趨勢(shì)為正占總流域面積的64.7%，其中32.8%的變化趨勢(shì)大于0.003/a。嘉陵江流域生態(tài)質(zhì)量上下游差異明顯，上游地區(qū)主要表現(xiàn)為顯著改善趨勢(shì)，但其下游地區(qū)表現(xiàn)為顯著退化趨勢(shì)。

(5) 從成因分析來(lái)看，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量主導(dǎo)自然影響因子在2000年為熱度>綠度>濕度>干度；2010年依次為綠度>熱度>濕度>干度；2020年依次為綠度>濕度>熱度>干度。