遥感影像数据对流域生态系统服务功能评价的重要意义

遥感影像数据对流域生态系统服务功能评价的重要意义

曹婷婷1,2,3,4，郭振1,2,3,4

1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室；4.陕西省土地整治工程技术研究中心,陕西 西安 710075

1．绪论

遥感通过人造地球卫星、航空等平台上的遥测仪器把对地球表面实施感应遥测和资源管理的监视(如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理)结合起来的一种新技术。遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。盆地是陆地的地理单位，具有特殊的地理位置和资源优势。流域是生态系统的重要组成部分，是人类的载体，具有生态系统服务功能的价值，主要包括气候在内的水资源和生物多样性保护。随着人口的快速增长和过去几十年的城镇化发展和经济快速发展，对高原湖泊流域引发了一系列生态环境问题，例如环境退化、生物多样性退化、森林砍伐、水土流失、淡水污染等，流域成为重点生态和社会研究对象。

2.遥感影像数据概况

最近几年。评估生态系统的时空变化在流域范围内提出了更好的要求，需要及时提供环境质量变化情况，该评估对区域环境保护与可持续发展至关重要。遥感空间信息技术具有快速、实时、大规模的监测时效，已广泛应用于生态环境领域。同时，一些远程基于感知的指标已被用于描述生态环境。例如，归一化差异植被指数(NDVI) 是使用最广泛的单一指标，被多种生态学研究采用。叶面积指数（LAI）作为另一个常用的植被指数，用于监测和分析环境变化。经常使用增强型植被指数（EVI）反映生态环境植被盖度变化。采用地表温度（LST）来评估城市热岛效应。其他单一的基于遥感的特殊指数是开发用于表征生态条件的一个方面。永久的植被分数（PVF）用于检测不利的和有利的生态条件，高光谱花指数 (HFI) 旨在调查花的生长周期和开花状态，以及干旱指数，例如比率干旱指数 (RDI) 和标准化降水指数（SPI），用于评估干旱强度。然而，生态系统由于影响因素的复杂性和多样性，仅采用一项生态指标来评估生态系统的状况远远不够。

为满足对生态系统综合考虑的需要，为探索生态环境状况，多项基于遥感的综合生态指数亟需被创建。综合生态指数优于单一生态指数，因为用两个或多个指标监测或评估生态状况，可以更全面地反应当地的实际情况。生态环境状况指数（EI）被广泛用于评价流域和城市的生态环境质量。缩放的干旱条件指数 (SDCI)和集料干旱指数应用于监测干旱程度。全球干扰指数(MGDI) 用于提供有关森林干扰的信息。然而，即使这些聚合生态指数可以反映更多与生态状况相关的特征，指标获取和指标构建仍然存在一些挑战，例如基于遥感的生态指数用不同的权重以及巨大的遥感和社会经济的结合数据确定指标。(RSEI)综合指标由第一主成分构成 (PC1) 由绿度、湿度、使用主成分分析 (PCA) 的干燥度和热量。所以RSEI可以反映人类活动对环境造成的压力（即城市化），环境状态的变化（即植被覆盖率）和气候变化响应（即温度和湿度）。因此，RSEI有利于定量评估区域尺度生态环境质量变化。凭借四个优势因子具有相同的遥感数据源，使用RSEI评价生态环境质量可以避免由个体特征引起的重量定义的变化或错误。此外，RSEI在不同时空尺度上具有可视化、可扩展性和可比性，RSEI的可信度已在之前的研究中得到验证。然而，通过传统的专业遥感软件构建RSEI复杂且耗时，例如，当RSEI为可视化图像用于大规模地评价生态环境质量的长期变化。作为一个开放访问和免费的研究、教育和非营利目的，Google 地球引擎已被广泛使用，尤其是面对大规模范围，例如在全球范围，用户可以直接在平台上计算处理它们的资源。此外，还对一些数据集进行了预处理，例如 Landsat 系列等将原始数字转换为顶级大气反射率和均匀的表面反射率，使它们适用于无需专门的太阳能和大气软件即可进行进一步分析更正。与传统工具相比，GEE平台适用于RSEI建设和大规模生态环境质量评价。

我国流域是重要的饮用和灌溉水源，随着社会的发展旅游业和渔业也面临严重的生态脆弱性、环境污染和资源消费问题。作为高原湖泊，生态环境洱海本来就很脆弱。最近，由于旅游业的繁荣，平衡社会经济发展和环境保护已成为流域生态的一个重要问题。因此对流域生态系统时空变化的监测具有很强的必要性，可以为未来提供科学的决策依据可持续发展。而遥感影像数据可以有效地为流域生态评估提供大量、快速的数据源。

3.结论

生态环境为人类提供自然资源、空间环境和基本的物质条件,是人类生存的基本保障和社会赖以发展的物质基础,因此,生态环境质量状况与人类生活息息相关。定量表达生态环境质量状况及发展趋向、科学地评价生态环境质量状态,已经逐渐成为当前研究的热门课题之一，遥感影像数据是土壤、水文等多要素的解译标志，个别还是找矿的指示植物。植被成像及解译的研究成果可以为环境监测、生物多样性保护、农业、林业等有关部门提供信息服务。遥感数据的多方面应用，有助于生态系统评估工作更好的发展。

基金项目：陕西省土地工程建设集团有限责任公司内部项目；（DJNY2021-34、DJNY2021-22）

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