基于3S技术的生态环境质量监测与评价方法研究

第3卷第1期2009年2月沙漠与绿洲气象Desert and Oasis Meteorology基于3S技术的生态环境质量监测与评价方法研究肖继东1，2，3，陆锋4，李虎5，张旭1，石玉1，冯志敏1，杨志华1，邢文渊1，傅华1，李聪1，陈爱京1（1.新疆生态环境遥感中心，新疆乌鲁木齐830002；2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐830046；3.新疆师范大学生命与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830053；4.中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京100101；5.福建师范大学亚热带资源与环境省重点实验室，福建福州350002）摘要：在《生态气象观测规范（试行）》、《生态质量气象评价规范（试行）》、《生态监测指标体系》等规范性文件的基础上，结合新疆的实际情况，基于3S技术，利用CBERS和EOS/MODIS 卫星数据结合前期相关专业调查成果和数据以及社会经济发展数据，研究并构建了一整套生态环境质量监测与评价的指数，如湿润指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、灾害指数、生物丰度指数和污染负荷指数等。

在此基础上，分别建立了生态质量气象监测模型与评价标准以及生态环境综合监测模型与评价标准。

关键词：3S技术；生态环境；质量；监测；评价；方法；中图分类号：X87；X820.2文献标识码：B文章编号：1002-0799（2009）01-0004-05 Method Research on Monitor and Appraisal of Ecological EnvironmentQuality Based on3S TechnologyXIAO Ji-dong1，2，3，LU Feng4，LI Hu5，ZHANG Xu1，SHI Yu1，FENG Zhi-ming1，YANG Zhi-hua1，XING Wen-yuan1，FU Hua1，LI Cong1，CHENG Ai-jing1（1.Xinjiang Ecological Environment Remote Sensing Center,Urumqi830002，China;2.Xinjiang University Department of Education Key Laboratory of Eco-Oasis,Urumqi830046，China;3.Xinjiang NormalUniversity College of Environmental Science and life,Urumqi830053,China;4.State Key Laboratory of Resources and Environment Information System,Geography Science and Resources Research Institute,CAS,Beijing100101,China;5.Fujian Key Laboratory of Tropics Resources and Environment,Fujian Normal University,Fuzhou350002,China）Abstract:The standard documents such as Ecology Meteorological Observation Standard （Implementation）,Ecology Quality Meteorology Appraisal Standard（Implementation）,Ecology Monitor Target System lay foundation for this studying.Based on the3S technology,using CBERS收稿日期：2008-10-06；修回日期：2008-11-12基金项目：新疆大学绿洲生态教育部重点实验室研究基金计划项目（XJDX0201-2008-07）作者简介：肖继东（1961-），男，高级工程师，主要从事生态安全、环境灾害、农情信息等领域的遥感动态监测与评价研究工作。

E-mail:xjd_xj@and EOS/MODIS satellite data,combined with correlated investigation achievement in earlier period and the social economic development data,the technical method of monitoring and appraising ecological environment quality is studied on Xinjiang cases.Firstly,a series of indices such as the moisture index,the vegetation cover index,the network of rivers and lakes density index,the land degeneration index,the disaster index,the biological abundance index and the pollution load index are constructed.Hereby,the ecology quality meteorology monitor model and the evaluation criteria as well as the ecological environment synthesis monitor model and the evaluation criteria are established respectively.Key words:3S technology;ecological environment;quality;monitor;appraisal;method生态环境是社会经济可持续发展水平的重要衡量依据。

生态环境质量标志着社会生产和人居环境稳定和协调的程度。

生态环境监测评价是在时间和空间上对特定区域范围内生态系统或生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素等进行系统测定和观察，并评价和预测人类活动对生态系统的影响，从而充分认识和掌握生态环境状况和潜在的发展趋势，为资源合理利用、生态环境保护提供决策依据。

生态环境监测评价是生态环境预警的基础，也是制定国民经济发展计划和规划的重要依据。

近年来，国家对空间信息资源的需求超过了历史上的任何时期。

随着科技的日益进步，开发应用新型航空航天遥感传感器，服务于我国的国土安全、粮食安全、资源安全成为我国科技界的重要任务。

目前遥感信息已成为生态环境研究的主要信息源，为大范围、动态、周期性的区域生态环境监测评价提供了数据、技术支持和成果精度保证。

进一步加强新型航空航天对地观测数据的开发利用，开拓遥感卫星应用新领域，建立基于卫星遥感资料的对地观测信息采集与分析平台及其业务运行系统，准确及时地掌握资源与环境变化状况，进而指导人们正确开发利用国土资源、保护生态环境，已成为国家决策部门和科学界普遍关注的问题。

1研究区域及数据获取1.1研究区域新疆维吾尔自治区全境，地理坐标为73°41′~96°18′E，34°32′~49°31′N，东西长2000km，南北宽约1650km，土地面积165.1104万km2，约占全国陆地面积的1/6。

1.2数据获取采用3S技术和地面监测、统计、社会调查相结合的手段，获取生态质量评价所需要的各项数据。

2方法生态质量是指在一定具体的时间和空间内生态系统的总体或部分生态因子的组合对人类的生存及社会经济持续发展的适宜程度；生态质量评价是基于选定指标体系和质量标准,运用3S技术方法评价某区域生态质量的优劣及其影响作用关系。

本项研究所建立的生态质量气象评价指数是在湿润指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和灾害指数的基础上构建的综合指数，突出考虑了气候湿润状况以及气象灾害方面的影响评价,要求侧重于气象部门自身优势条件。

本项研究所建立的生态环境质量评价指数是在生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和和污染负荷指数的基础上构建的综合指数，突出考虑了生物多样性以及环境污染方面的影响评价，要求全面综合。

由于不同的因素对生态的影响程度是不一样的，因此需要对参评因素进行权重系数测定。

确定权重系数的方法采用专家打分法。

各评价指数均为0~1之间的数，各评价指数乘以100为各评价指数作用分值。

2.1湿润指数湿润指数系指降水量与潜在蒸散量之比，是判断某一地区气候干、湿程度的指标，能够较客观地反映某一地区的水热平衡状况。

具体计算方法如下：K=A R/ET×R/E T式中，A R/ET为湿润指数的归一化系数，R为降水量，E T为潜在蒸散量。

计算值>100时，一律按100计算。

K<1时，表示大气降水少于植被生理过程需水量；当K=1时,表示该区域大气降水与植被生理需水达到平衡;当K>1时,表示大气降水大于植被生理过第3卷第1期2009年2月沙漠与绿洲气象Desert and OasisMeteorology程需水量，降水条件不成为当地植被生理需水的限制因子，如果K >1，规定K =1。

2.2植被覆盖指数将不同土地利用/覆被类型赋以不同的权重，得出地表覆被状态值，作为生态状态的重要表征之一。

参考生态环境评价指标体系结合新疆植被分类的实际情况，应用前期植被分类调查成果，建立了一套简单易行的植被生态遥感监测评价的方法。

植被生态评价主要考虑以下几个方面：（1）林地指标是林地面积与辖区区域面积的比值；（2）草地指标是草地面积与辖区区域面积的比值；（3）农区指标是耕地面积与园地面积的和与辖区区域面积的比值；（4）新增植被指标是相对于前期植被调查新增的植被面积与辖区区域面积的比值。

植被覆盖指数=A veg ×〔0.5×林地面积×生长期+0.3×草地面积×生长期+0.2×（农田+园地）面积×生长期+1.0×新增植被面积×生长期〕/区域面积。

式中：A veg 为植被覆盖指数的归一化系数，计算值>100时，一律按100计算。

生长期为生长天数占评价期天数的百分比。

植被覆盖指数各因子权重见表1。

表1植被覆盖指数分权重2.3水网密度指数水在生态系统中具有重要作用，是生态系统物质流与能量流的重要载体，也是人类社会生活不可缺少的物质，尤其在干旱、半干旱生态系统中，水是生态系统的决定因素。