邢棟,何浩,謝貴臣,周子祺,何超然,李隆基

(新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830017)

0 引 言

由于近年來(lái)我國(guó)的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)化的進(jìn)程日益加快,同時(shí)也帶來(lái)了不少嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于表現(xiàn)出的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化情況,能夠通過(guò)遙感技術(shù)對(duì)研究領(lǐng)域進(jìn)行準(zhǔn)確、高效、大范圍觀察區(qū)域環(huán)境的變化并研究其原因[1]。

隨著遙感技術(shù)的全面發(fā)展,對(duì)于遙感生態(tài)指數(shù)(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)的分析評(píng)價(jià)已然成為一種對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要手段。2013年,徐涵秋等學(xué)者通過(guò)研究,給出了遙感生態(tài)指數(shù)是由綠度、濕度、熱度和干度四個(gè)環(huán)境指數(shù)來(lái)構(gòu)成,該指數(shù)不但達(dá)到了可以定量化評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的效果,還可以在空間尺寸上對(duì)評(píng)估結(jié)論做出可視式表述[2]。RSEI模型目前已成功用于對(duì)礦井[3]、水電開(kāi)發(fā)區(qū)[4]、草原[5]、濕地[6]、流域[7]和城市[8]等地區(qū)生態(tài)環(huán)境的控制和評(píng)價(jià)。烏魯木齊市區(qū)地處新疆中部,處于典型的溫帶大陸性氣候,修建溫度高,比較炎熱,冬季嚴(yán)寒,空氣年較差大,年均降雨量小。上述原因都造成了烏魯木齊市的生態(tài)環(huán)境脆弱,在其城市化過(guò)程中也必然會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的變遷[9],而生態(tài)環(huán)境的變遷同樣也將影響該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,所以認(rèn)識(shí)在城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展的大歷史背景下的生態(tài)環(huán)境時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)是至關(guān)重要的。目前,已經(jīng)大量研究探討了城鎮(zhèn)化發(fā)展水平和地區(qū)自然環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)[10],但是對(duì)研究區(qū)構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)進(jìn)而評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化利用區(qū)域不透水面[11]和夜間燈光[12]等數(shù)據(jù)定量分析城市化進(jìn)程與其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的關(guān)系的研究較少。

選取地處西北的烏魯木齊市為實(shí)驗(yàn)區(qū),通過(guò)建立RSEI模型,采用主成分分析法并且使用相關(guān)軟件進(jìn)行該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究;通過(guò)提取研究區(qū)不透水面數(shù)據(jù)夜間燈光數(shù)據(jù)建立遙感生態(tài)指數(shù),對(duì)該區(qū)域的環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)力分析。從而確定了西北干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的情況和主要驅(qū)動(dòng)力因素,為之后對(duì)相關(guān)區(qū)域的研究提供了借鑒和參考依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域分布于中國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)北部,天山山脈中段北側(cè),準(zhǔn)噶爾盆地南側(cè)。總面積為 14 195.858 4 km2,總?cè)丝?50.4萬(wàn)人。地處42°45′～44°08′N、86°37′～88°58′E之間。整體地形起伏懸殊,山區(qū)面積廣闊。屬中溫帶大陸性干旱氣候,春秋兩季較短,冬夏兩季較長(zhǎng),晝夜溫差大。整個(gè)烏魯木齊市包括天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)、頭屯河區(qū)、達(dá)坂城區(qū)、米東區(qū)、烏魯木齊縣。如圖1所示

圖1 研究區(qū)位置

1.2 遙感數(shù)據(jù)

獲得的遙感數(shù)據(jù)主要來(lái)源于國(guó)家地理空間數(shù)據(jù)云,所選取的研究區(qū)域云量均小于10%,時(shí)間分別為2013年、2015年、2017年、2019年、2021年夏季同一時(shí)期的Landat8 OLI遙感影像數(shù)據(jù),對(duì)研究區(qū)生態(tài)變換過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估,還獲取了中國(guó)范圍逐月夜光影像(NPPVIRS)將其作為驅(qū)動(dòng)力分析的重要一環(huán)。同時(shí),通過(guò)遙感影像圖提取出了研究區(qū)不透水面影像,將不透水面及研究區(qū)夜光影像加權(quán)綜合后,使用所得結(jié)果進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的驅(qū)動(dòng)力分析。

2 方法

2.1 實(shí)驗(yàn)整體思路

首先通過(guò)對(duì)2013—2021年的五幅遙感影像進(jìn)行處理,得到研究區(qū)各年份的綠度、濕度、熱度、干度(Greenness、Wetness、Dryness、Heat)4個(gè)自然因子,分別使用歸一化后的NDVI、WET、NDBSI、LST四個(gè)指數(shù)代替,其中,歸一化處理的計(jì)算公式為:

(1)

式中,xi為歸一化后的指標(biāo),Xi為原始指標(biāo),Xmin為原始指標(biāo)中的最小值,Xmax為原始指標(biāo)中的最大值。

再對(duì)這4個(gè)指數(shù)進(jìn)行主成分分析(PCA)處理,從而構(gòu)建出研究區(qū)各年份所對(duì)應(yīng)的遙感生態(tài)指數(shù)即RSEI。遙感生態(tài)指數(shù)涵蓋了植物覆蓋率、濕度、熱度、干度等四種自然環(huán)境因子,而上述因子又是直接判斷天然生態(tài)環(huán)境品質(zhì)的關(guān)鍵因素,因此RSEI指數(shù)就可以綜合用來(lái)評(píng)估和檢測(cè)科研區(qū)內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境品質(zhì)[13]。因此,本文中通過(guò)RSEI分析將反映研究區(qū)環(huán)境的水平。構(gòu)建RSEI遙感生態(tài)指數(shù)函數(shù),即:

RSEI=f(NDVI,WET,LST,NDBSI)

(2)

式中,NDVI是綠度指標(biāo);WET是濕度指標(biāo);LST是熱度指標(biāo);NDBSI是建筑和裸土指標(biāo)。

為了更簡(jiǎn)單地對(duì)比,把所得到的RSEI指數(shù)用式(1)經(jīng)過(guò)歸一化處理后,使其值的范圍處于[0,1]左右,而RSEI的取值范圍越接近于1就說(shuō)明生態(tài)環(huán)保質(zhì)量越好,由此可以對(duì)研究區(qū)各個(gè)年份的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量做出評(píng)價(jià)。之后,再將相鄰年份的RSEI值相減,可由所得差值的數(shù)值大小來(lái)對(duì)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行時(shí)空變化評(píng)價(jià)。

環(huán)境變化驅(qū)動(dòng)力分析方面,首先通過(guò)遙感影像進(jìn)行對(duì)研究區(qū)不透水面的提取,再與研究區(qū)夜間燈光遙感數(shù)據(jù)影像進(jìn)行加權(quán)綜合,觀察所得結(jié)果與其對(duì)應(yīng)的RSEI指數(shù)的關(guān)聯(lián)性,分析其內(nèi)在原因,從而達(dá)到研究區(qū)環(huán)境變化驅(qū)動(dòng)力分析的目的。實(shí)驗(yàn)整體思路如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)整體思路

2.2 RSEI各參數(shù)計(jì)算

RSEI遙感生態(tài)指數(shù)模型是由綠度指標(biāo)(NDVI)、濕度指標(biāo)(WET),熱度指標(biāo)(LST)、干度指標(biāo)(NDBSI)構(gòu)建,各個(gè)指標(biāo)計(jì)算如下:

(1)綠度指標(biāo)(Greenness)

綠度指數(shù)和所研究區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋生物量、葉面積指數(shù)和植物涵蓋度等都有關(guān),而NDVI也是目前使用得最普遍的植物指標(biāo)。NDVI的計(jì)算公式為:

NDVI=(B4-B3)/(B4+B3)

(3)

式中,B3和B4分別代表遙感數(shù)據(jù)紅外和近紅外波段的反射率。

(2)濕度指標(biāo)(Wetness)

遙感纓帽上所獲取的亮度、綠度、濕率等分量,已被普遍地運(yùn)用于生態(tài)環(huán)保監(jiān)測(cè)中。溫濕度指數(shù)即以這一溫濕度分量為代表,溫濕度分量反映了水體和土壤、植物之間的溫濕度關(guān)系,與自然環(huán)境有關(guān)。WET的計(jì)算公式為:

WET=0.1511×B2+0.1973×B3+0.3283×B4+0.3407×B5-0.7117×B6-0.4559×B7

(4)

式中,B1～B6分別代表遙感數(shù)據(jù)的藍(lán)、綠、紅、近紅外、短波紅外1和短波紅外2波段的反射率。

(3)干度指標(biāo)(Dryness)

干度指數(shù)是反映研究區(qū)域“干化”程度的指標(biāo),城市區(qū)域的“干化”大多由于建設(shè)型地的擴(kuò)張和土地大規(guī)模的裸化而導(dǎo)致。利用建筑指數(shù)(IBI)和裸地指數(shù)(SI)合成得到的建筑裸土指數(shù)(NDBSI)來(lái)代表研究區(qū)的干度指標(biāo)。NDBSI的計(jì)算公式為:

SI=(B6+B4-B5-B2)/(B6+B4+B5+B2)

(5)

IBI=(2×B6/(B6+B5)-(B5/(B5+B4)+B3/(B3+B6)))/(2×B6/(B6+B5)+(B5/(B5+B4)+B3/(B3+B6)))

(6)

NDBSI=(IBI+SI)/2

(7)

式中,B2、B3、B4、B5、B6分別指的是landsat8的對(duì)應(yīng)波段。

(4)熱度指標(biāo)(Heat)

利用地表溫度(LST)來(lái)表示熱度指標(biāo),地表溫度也是判斷生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要部分。LST的計(jì)算公式為:

pv=(NDVI-0.05)/(0.7-0.05)

(8)

e=0.04×pv+0.986

(9)

L10=gain*TIRS1+bias

(10)

T=K2/ln(K1/L10+1)

(11)

LST=T/(1+(lamda*T/p)*ln(e))

(12)

式中,e為地表輻射率;gain=(Lmax-Lmin)/255,bias=Lmin其中Lmax、Lmin分別為最大、最小光譜輻射亮度值,該值可從Landsat8的MTL文檔中查詢獲得,TIRS1為L(zhǎng)andsat8中的熱紅外波段。K1,K2值可從Landsat8的MLT文檔中查詢獲得。TIRS1波段的中心波長(zhǎng) 1.089 5微米,lamda=1.089 5;p=0.014 38。

2.3 主成分分析

主成分分析法(PCA)通過(guò)運(yùn)用降維的思路,把多指數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)多個(gè)綜合指數(shù)(即主成分),其各個(gè)主要因素均可以表達(dá)各因素的主要內(nèi)容,且所需數(shù)據(jù)并不重疊。通過(guò)這個(gè)方法,在引入更多因素的同時(shí)把復(fù)雜因素歸于多個(gè)主要因素,使問(wèn)題更簡(jiǎn)單化,而同時(shí)得出的結(jié)果也是合理的數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過(guò)在這些指數(shù)中選取關(guān)鍵的且相對(duì)獨(dú)立性的綜合指數(shù),進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評(píng)估。在通過(guò)了主成分分析之后,第一主成分PC1也就是初始遙感環(huán)境指標(biāo)的RSEI0。在個(gè)別情況下,生態(tài)較好的區(qū)域RSEI0值反而越低,這時(shí)候可以用1-RSEI0公式進(jìn)行計(jì)算,使RSEI值高的地方表示生態(tài)越好。對(duì)所獲得的RSEI值經(jīng)過(guò)了規(guī)范化處理,使得其范圍在[0,1]之間。值越高,說(shuō)明該區(qū)域的自然環(huán)境較好。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 生態(tài)環(huán)境指標(biāo)主成分分析

由表1可以得知,在時(shí)間區(qū)域中,2013年、2015年、2017年、2019年以及2021年的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的第一主要元素的特征值分別為0.146 8,0.041 0,0.130 4,0.028 9,0.156 1,并且它們對(duì)相應(yīng)的特征值貢獻(xiàn)率平均值都超過(guò)70%,說(shuō)明了PC1已經(jīng)涵蓋了四個(gè)指數(shù)中的主要特征。

表1 遙感生態(tài)指數(shù)的主成分分析

由表2可以看出,2013年、2017年研究區(qū)RSEI指數(shù)均值的大小較為接近,且低于其他年份,分別為0.243和0.241,而2015年、2019年以及2021年研究區(qū)RSEI指數(shù)均值較為接近,分別為0.361,0.382和0.396,這五年的RSEI指數(shù)均值整體為上升趨勢(shì)。從每年4個(gè)生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)顯示,綠度指標(biāo)的均值從2013年到2019年有略微減少的特征,而2021年有增加的趨勢(shì)。濕度指標(biāo)的均值從2013年到2021年一直呈略微減少的特征。熱度指數(shù)和干度指數(shù)的均值都顯示從2013年到2015年為下降態(tài)勢(shì),到2017年為上升態(tài)勢(shì),且2017年～2019年基本保持不變,到2021年的再次下降。從以上各項(xiàng)指數(shù)的平均變化來(lái)看,綠度指標(biāo)和干度指數(shù)平均數(shù)的變動(dòng)幅度都很大,表明了影響烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境變動(dòng)的重要因子就是綠度和干度。根據(jù)近五年的RSEI均值變化結(jié)果得出,從2013年到2021年,烏魯木齊市的自然與生態(tài)環(huán)境有所改善。

表2 不同年份各生態(tài)指標(biāo)與RSEI歸一化均值統(tǒng)計(jì)

3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)

利用相關(guān)軟件操作,得到了主成分分析后PC1的遙感圖像后,參考國(guó)家《生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中的環(huán)境分類規(guī)范,將遙感生態(tài)指標(biāo)按照0.2的間隔劃分為5個(gè)級(jí)別,分別為生態(tài)差(0～0.2)、生態(tài)較差(0.2～0.4)、生態(tài)一般(0.4～0.6)、生態(tài)良(0.6～0.8)和生態(tài)優(yōu)(0.8～1.0),并得出了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量劃分等級(jí)圖如圖3,并進(jìn)行了分類計(jì)算后得到了圖4。

圖3 烏魯木齊市RSEI的等級(jí)分布

圖4 2013—2021年烏魯木齊市遙感生態(tài)指數(shù)分級(jí)及各等級(jí)面積

從遙感生態(tài)指數(shù)空間分布(圖3)可以得到生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)較低的區(qū)域集中在烏魯木齊市北部(米東區(qū))的沙漠地區(qū),以及西南部(烏魯木齊縣)和東南部(達(dá)坂城區(qū))海拔較高的地區(qū)。

由圖4可知,同一等級(jí)下不同年份所占的面積具有明顯差異,2013年和2017年在差和較差兩個(gè)等級(jí)中明顯超過(guò)其他年份,也說(shuō)明了2013年以及2017年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差,相應(yīng)的RSEI指標(biāo)較低。2013年等級(jí)為差的區(qū)域占總面積的56.69%,而2015年等級(jí)為差的面積則占比為25.67%,2017年又升至58.95%,到了2019年以及2021年等級(jí)差面積占比明顯下降,占比下降至22.08%和29.32%。等級(jí)為較差的地區(qū)面積比例由2013年占比22.03%增至2015年的40.25%,表明從2013年以來(lái)生態(tài)環(huán)境狀況較差的地區(qū)情況有所好轉(zhuǎn),但2017年級(jí)別為較差的地區(qū)面積比例又降至21.08%,表明從2015年—2017年間的生態(tài)環(huán)保狀況較差,2019年和2021年級(jí)別為較差的地區(qū)面積占比增至38.76%和31.08%。生態(tài)等級(jí)為一般的區(qū)域面積占比變化趨勢(shì)大致與等級(jí)較差的區(qū)域面積占比相同,也可看出2013年～2015年生態(tài)環(huán)境的改善以及2015年—2017年間生態(tài)環(huán)境惡化。生態(tài)等級(jí)為良的區(qū)域除了2017年的面積占比略有下降以外,其余呈上升趨勢(shì),其等級(jí)為良的區(qū)域面積占總面積的百分比分別為7.01%、7.99%、5.68%、9.66%以及10.72%。生態(tài)等級(jí)為優(yōu)的區(qū)域面積變化趨勢(shì)與等級(jí)為良的區(qū)域面積變化趨勢(shì)相同,2017年面積有所下降,各年度的百分比分別為2.77%、7.24%、4.05%、8.02%及13.34%。通過(guò)以上分析可知,2013—2021年這8年間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量經(jīng)歷了一個(gè)既有改善又有惡化的起伏的狀態(tài),總體趨勢(shì)是隨著時(shí)間的推移烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是得到改善的,且2017年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化最為嚴(yán)重。

3.3 生態(tài)環(huán)境時(shí)空變化評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步研究烏魯木齊市2013—2021年生態(tài)環(huán)境變化情況,本實(shí)驗(yàn)對(duì)各年份的RSEI指數(shù)值進(jìn)行了變化監(jiān)測(cè)。具體方法是將相鄰年份的RSEI指數(shù)值相減并將差值分為了5個(gè)等級(jí),顯著惡化(≤-0.6),輕微惡化(-0.6～-0.3),未變化(-0.3～0),輕微改善(0～0.3),顯著改善(≥0.3),并得到了對(duì)應(yīng)的空間分布圖如圖5以及生態(tài)環(huán)境變化等級(jí)情況如表3。由表3可知,2013—2015年烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境顯著惡化和輕微惡化的面積占總面積的3.28%,而輕微改善和顯著改善的百分比為79.43%,因此2013—2015年烏魯木齊市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有了較大的改善。2015—2017年生態(tài)環(huán)境顯著惡化和輕微惡化的面積占總面積的7.32%,輕微改善及顯著改善的面積占總面積的15.54%,而未變化的面積的百分比為77.23%,未變化等級(jí)的RSEI指數(shù)差值范圍為-0.3～0,因此總體來(lái)說(shuō),2015—2017年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈惡化趨勢(shì)。2017—2019年惡化的面積百分比僅占1.35%,而改善的面積百分比為85.77%,故2017—2019年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量大幅度提高。2019—2021年惡化的面積占2.13%,改善面積占37.97%,因此2019—2021年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所提高。對(duì)空間位置上分析,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的地區(qū)集中在烏魯木齊市的西北部(頭屯河區(qū)、新市區(qū)及米東區(qū)西南部)和西南部(沙依巴克區(qū)、烏魯木齊縣)城市建設(shè)擴(kuò)張的區(qū)域。但總體來(lái)說(shuō),2013—2021年烏魯木齊市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是在逐步得到改善,只有極少數(shù)城市建設(shè)擴(kuò)張地區(qū)存在惡化情況,也說(shuō)明近年來(lái)對(duì)烏魯木齊市區(qū)的環(huán)境治理工作有顯著成效,生態(tài)環(huán)境發(fā)生好轉(zhuǎn)。

表3 2013—2021年基于RSEI的生態(tài)環(huán)境變化等級(jí)情況

圖5 2013—2021年烏魯木齊市RSEI變化監(jiān)測(cè)

4 討論分析

為了探究人類活動(dòng)等因素對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響,以由遙感影像所提取出的不透水面影像(如圖6左)和研究區(qū)夜光影像(如圖6右)為基礎(chǔ),深入探討城市擴(kuò)張對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響。將不透水面影像與夜光影像的像元值分別進(jìn)行歸一化后,在進(jìn)行加權(quán)綜合,分析烏魯木齊市各縣區(qū)2013—2021年人工地面的變化情況,以此作為烏魯木齊市2013—2021年的城市擴(kuò)張情況。并將其與研究區(qū)各縣區(qū)的RSEI均值做比較,從而得出研究區(qū)城市擴(kuò)張和生態(tài)環(huán)境變化之間的內(nèi)在關(guān)系。

圖6 2013年烏魯木齊市不透水面及夜間燈光影像

對(duì)研究區(qū)內(nèi)的各縣區(qū)(7區(qū)1縣)進(jìn)行逐一分析,統(tǒng)計(jì)分析各縣區(qū)人工地表占比(各縣區(qū)人工地表面積與研究區(qū)總面積之比)以及對(duì)應(yīng)時(shí)期的RSEI均值。分析結(jié)果如圖7顯示,從分析結(jié)果可以看出各縣區(qū)的人工地面面積占比與各縣區(qū)RSEI均值呈現(xiàn)出正相關(guān)性,且2013年、2015年、2017年以及2021年四條曲線的相關(guān)性相似,其中2019年曲線的相關(guān)變化趨勢(shì)也略區(qū)別于其他年份。考慮到地區(qū)城市化與擴(kuò)張發(fā)展之間的空間相關(guān)性以及對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的威脅程度,從各縣區(qū)RSEI均值與其對(duì)應(yīng)的人工地表占比的擬合函數(shù)可以看出城市化程度的加深對(duì)研究區(qū)各縣區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響存在差異,由圖7中2017—2019年間函數(shù)曲線的變化就可以得出在研究地區(qū)于2017—2019年間各縣區(qū)人工地表區(qū)域快速擴(kuò)張對(duì)其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的干擾較強(qiáng),而對(duì)其余年份相對(duì)較弱。研究區(qū)在2013—2021年城市擴(kuò)張的發(fā)展進(jìn)程中,人類活動(dòng)范圍的快速擴(kuò)大對(duì)地區(qū)生態(tài)影響很強(qiáng),同時(shí)也與各縣區(qū)的人工地表占比及各縣區(qū)RSEI平均呈現(xiàn)出了顯著的正相關(guān)。存在以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這與烏魯木齊市的地理位置和獨(dú)特的氣候有這較大的關(guān)系,其屬于溫帶大陸性氣候,天氣干燥,夏季炎熱,冬季寒冷,也因此使得烏魯木齊的東南部(達(dá)坂城區(qū))出現(xiàn)大面積裸地以及北部存在大面積沙漠,這也造成了其RSEI均值的偏低。人類活動(dòng)區(qū)域的擴(kuò)張雖然會(huì)給該區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一定的破壞,但隨著近年來(lái)人類對(duì)生態(tài)環(huán)境地保護(hù)及修復(fù)能力的不斷提升,城市擴(kuò)張同時(shí)也會(huì)給該區(qū)域帶來(lái)植被及水體,這也使該區(qū)的RSEI均值不降反增。因此,烏魯木齊市在城市擴(kuò)張的進(jìn)程中該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量會(huì)得到一定的改善。同時(shí)也說(shuō)明,在城市建設(shè)過(guò)程中,人類也越來(lái)越重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

圖7 不同時(shí)期各縣區(qū)人工地面面積占比與RSEI值統(tǒng)計(jì)關(guān)系

5 結(jié) 論

本文利用了主成分分析法(PCA)構(gòu)建出了不同時(shí)間研究區(qū)的RSEI指數(shù),在其基礎(chǔ)上研究了烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化及發(fā)展趨勢(shì),并做了驅(qū)動(dòng)力分析。主要結(jié)論如下:

(1)通過(guò)主成分分析可知,2013—2021年研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體得到改善,且其中NDVI和NDBSI的變化幅度較大,說(shuō)明影響烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境變化的主要因素為綠度和干度。

(2)2013—2021年烏魯木齊市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量經(jīng)歷了一個(gè)既有改善又有惡化的起伏的狀態(tài),總體趨勢(shì)是隨著時(shí)間的推移烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是得到改善的,其中2017年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最差。

(3)通過(guò)對(duì)研究區(qū)各個(gè)年份RSEI指數(shù)值進(jìn)行了變化監(jiān)測(cè),得出2013—2015年、2017—2019年以及2019—2021年研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量都具有較大改善,而2015—2017年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境顯著惡化和輕微惡化的面積以及未變化的面積占總面積的84.55%,輕微改善及顯著改善的面積僅占總面積的15.54%,可以得出2015—2017年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有較大程度的惡化。

(4)通過(guò)對(duì)研究區(qū)城市擴(kuò)張和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的討論分析,2013—2021年各縣區(qū)人工地表占比與各縣區(qū)RSEI均值呈正相關(guān)性,即在城市擴(kuò)張的進(jìn)程中,該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量會(huì)得到一定的改善。