徐升，牛志春，錢貞兵

(1. 安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽 合肥 230071；2. 江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

·環(huán)境預(yù)警·

安徽省“十二五”生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測

徐升1，牛志春2*，錢貞兵1

(1. 安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽 合肥 230071；2. 江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

利用2011—2015年安徽省遙感影像土地利用類型解譯數(shù)據(jù)，結(jié)合地面調(diào)查和統(tǒng)計(jì)資料，依據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)系統(tǒng)對安徽省“十二五”期間生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與評價(jià)。結(jié)果表明， “十二五”末安徽省各市生態(tài)環(huán)境狀況等級為“優(yōu)”的有4個(gè)市，為“良”的有12個(gè)市；“十二五”期間，各市等級均保持不變；“十二五”始末相比，有8個(gè)市生態(tài)環(huán)境狀況變化度為“略有變好”等級，生態(tài)環(huán)境狀況波動度為“波動”級別，其余8個(gè)市的變化度為“無明顯變化”等級，波動度為“穩(wěn)定”級別；省域EI增加了0.76，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)穩(wěn)中向好的趨勢。

十二五；生態(tài)環(huán)境；遙感監(jiān)測；安徽省

“十二五”期間，安徽省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展邁上新臺階，全省生產(chǎn)總值由12 263億元增加到22 056億元，城鎮(zhèn)化率由43.7%提升到50.5%，人口由6 800萬增加到6 949萬。經(jīng)濟(jì)的快速增長，城市化進(jìn)程的日益加快，龐大的人口總量給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力，與此相應(yīng)，安徽省生態(tài)環(huán)境狀況發(fā)生了一定的變化。

現(xiàn)對安徽省2011—2015年生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行動態(tài)評價(jià)研究，目的在于監(jiān)測和評價(jià)安徽省區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在人類和自然因素共同作用下的變化狀態(tài)和變化規(guī)律，從而為生態(tài)文明建設(shè)提供決策支持。

生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性、層次性和多變性，決定了對其質(zhì)量狀況進(jìn)行評價(jià)的難度[1-4]?，F(xiàn)在“十二五”土地利用類型衛(wèi)星遙感解譯數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用同年水資源量、降水量、土壤侵蝕和主要污染物排放量等數(shù)據(jù)，根據(jù)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ 192—2015)，對安徽16個(gè)市級行政區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià)。

1 研究區(qū)概況

安徽省位于我國中東部，地處南北過渡氣候帶，東臨長江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)，西接中原腹地，地理位置29°41′—34°38′N，114°54 ′—119°37′E。東西寬約450 km，南北長約570 km，面積14.01×104km2。長江和淮河橫貫，把全省劃分為三部分：淮河以北平原坦蕩，長江與淮河之間為大別山區(qū)和起伏的丘陵，江南為丘陵和山地。全省地勢西高東低，南高北低，境內(nèi)平原、山地、丘陵、臺地、水面分別占全省總面積的49.6%、15.3%、14.0%、13.0%和8.1%。安徽屬內(nèi)陸省份，大致以淮河為界，北部為暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，南部為亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，南北熱力差異顯著。

2 土地利用類型遙感影像解譯

2.1 遙感影像數(shù)據(jù)

2011年土地利用覆蓋類型遙感解譯應(yīng)用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源為14景Landsat 5 TM影像，空間分辨率為30 m；2012年應(yīng)用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)為110景ZY-102CP/MS影像，空間分辨率為10 m；2013—2015年應(yīng)用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)為14景Landsat 8 OLI影像，空間分辨率為15 m。

2.2 遙感影像處理

遙感影像記錄下來的信息非常豐富，數(shù)據(jù)量很大，要有效地利用這些影像數(shù)據(jù)，須對其進(jìn)行處理，提取所需的信息[5-8]。

2.2.1 幾何校正

受傳感器平臺的緯度、高度、速度變化的影響，以及受諸如全景畸變、地球曲率和傳感器在掃描中所具有的非線形特征等多種因素的影響，原始圖像的幾何畸變很大，給圖像解譯帶來了困難，因此，遙感數(shù)據(jù)在由接收部門進(jìn)行校正后，仍需進(jìn)一步作幾何精校正。遙感圖像的幾何精校正是利用地面控制點(diǎn)(GCP)進(jìn)行的，控制點(diǎn)的選取以地圖作地面控制點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，使用1∶10 000和1∶50 000的地形圖，選取20～30個(gè)明顯地物點(diǎn)，誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)。

2.2.2 影像多波段合成與融合

彩色合成影像能顯示較豐富的地物信息或突出某一方面的信息，有利于多波段圖像的解譯[1]。將影像的特定波段分別賦紅、綠、藍(lán)色，合成后的信息量大，波段之間的相關(guān)性小，可以達(dá)到較好的解譯效果，突出豐富的地物信息，包括水體、植被、土壤、城區(qū)、山區(qū)、平原及線形特征等。Landsat 8 OLI還需要進(jìn)行全色波段和多光譜的融合，以獲取色彩信息豐富且空間分辨率高的彩色合成影像。

2.3 遙感解譯分類體系

土地分類采用全國三級分類系統(tǒng)：一級分為6類，二級分為25類，主要根據(jù)土地經(jīng)營特點(diǎn)、利用方式和覆蓋特征分類；耕地根據(jù)地形特征進(jìn)行三級劃分，即進(jìn)一步劃分為平原、丘陵、山區(qū)和坡度>25°的耕地。

2.4 遙感解譯方法與要求

由于當(dāng)前自動解譯軟件系統(tǒng)局限性大，不能滿足本評價(jià)所需的土地利用類型數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確度要求，故2011—2015年用地類型信息識別采用基于人工智能的綜合解譯技術(shù)，以專家判讀為主，利用GIS的空間分析功能進(jìn)行多影像對比分析，綜合運(yùn)用直接判讀法、對比分析法、信息復(fù)核法和綜合推理法等方法判讀。地類圖斑矢量化則采用人工目視線劃方式開展。

針對不同時(shí)期、不同空間分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)源，通過全省優(yōu)于0.5 m空間分辨率高分衛(wèi)星及航拍影像，結(jié)合大量實(shí)地勘察，對各種地類開展遙感與實(shí)際地物對照訓(xùn)練，獲取并積累解譯人員的經(jīng)驗(yàn)，并建立各地類遙感解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫，從而保障不同數(shù)據(jù)源的土地利用類型解譯質(zhì)量。

判讀提取目標(biāo)地物的最小單元是依據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)尺度，結(jié)合人眼識別最小地物的限制，確定遙感影像上面狀地物>90 m×90 m的地類需要提取出來，線性地物>60 m×120 m的地類應(yīng)提取出來，地類圖斑線劃描跡精度<2個(gè)象元，且線形圓潤。

2.5 遙感解譯成果

按照解譯精度要求，對2011—2015年5個(gè)年份衛(wèi)星影像進(jìn)行了人機(jī)交互的目視解譯，獲取了大量土地覆蓋類型矢量數(shù)據(jù)，每年度獲取土地利用/覆蓋類型圖斑18萬～20萬個(gè)。每年對解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行地面核查，核查點(diǎn)數(shù)量≥400個(gè)。根據(jù)核查情況看，每年度的遙感解譯各圖斑要素和邊界吻合度的精度均較高：一級分類>95%，二級分類>90%，三級分類>85%，滿足縣級及以上尺度的生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)需求。

3 生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法

生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)利用生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體狀態(tài)，指標(biāo)體系包括生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地脅迫指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)5個(gè)分指數(shù)。

3.1 生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(Ecological Index，EI)=0.35×生物豐度指數(shù)+0.25×植被覆蓋指數(shù)+0.15×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.15×(100-土地脅迫指數(shù))+0.10×(100-污染負(fù)荷指數(shù))。

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)的數(shù)值范圍為0～100，0為最差，100為最好。其中，生物豐度指數(shù)評價(jià)區(qū)域內(nèi)生物的豐貧程度，利用生物棲息地質(zhì)量和生物多樣性綜合表示；植被覆蓋指數(shù)評價(jià)區(qū)域植被覆蓋的程度，利用評價(jià)區(qū)域單位面積歸一化植被指數(shù)(NDVI)表示；水網(wǎng)密度指數(shù)評價(jià)區(qū)域內(nèi)水的豐富程度，利用評價(jià)區(qū)域單位面積河流總長度、水域面積和水資源量表示；土地脅迫指數(shù)評價(jià)區(qū)域內(nèi)土地質(zhì)量遭受脅迫的程度，利用評價(jià)區(qū)域內(nèi)單位面積水土流失、土地沙化、土地開發(fā)等脅迫類型面積表示；污染負(fù)荷指數(shù)評價(jià)區(qū)域內(nèi)所受納的環(huán)境污染壓力，利用評價(jià)區(qū)域單位面積所受納的污染負(fù)荷表示。

3.2 生態(tài)環(huán)境狀況分級

表1 生態(tài)環(huán)境狀況分級

3.3 生態(tài)環(huán)境狀況變化分級

根據(jù)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)與基準(zhǔn)值的變化情況，將生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化幅度分為4級，即無明顯變化、略有變化(好或差)、明顯變化(好或差)、顯著變化(好或差)，見表2。

如果生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)呈現(xiàn)波動變化的特征，則該區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感，根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量波動變化幅度，將生態(tài)環(huán)境波動狀況分為穩(wěn)定、波動、較大波動和劇烈波動，見表2。

表2 生態(tài)環(huán)境狀況變化和波動分級

4 安徽省“十二五”生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)結(jié)果

生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)涉及土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)、環(huán)境背景數(shù)據(jù)(水資源、降水等)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和社會與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。其中，土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)來源于遙感影像解譯結(jié)果，基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)來自安徽省1：25萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，土壤侵蝕數(shù)據(jù)來源于全國第一次水利普查調(diào)查成果，環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于安徽省環(huán)境統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)庫，其他數(shù)據(jù)出自安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒。經(jīng)計(jì)算，得到“十二五”期間16個(gè)市級行政區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)結(jié)果，見表3。

表3 安徽省“十二五”生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)結(jié)果

4.1 現(xiàn)狀評價(jià)分析

由表3可見，2015年全省16個(gè)市生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)EI數(shù)值范圍分布在57.97～90.83之間，差別較大。安徽省“十二五”生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)空間分布見圖1。

圖1 安徽省“十二五”生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)空間分布

由圖1可見，由南向北、由西向東EI值逐漸減小，其中，淮北平原阜陽、淮北等市的EI值<60，根據(jù)遙感解譯統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這些區(qū)域地勢平坦，土地利用覆被類型以平原旱地為主，成片林地面積很小，極少有大面積的水庫坑塘分布，其間低等級道路縱橫交錯(cuò)，農(nóng)村居民點(diǎn)等建設(shè)用地非常密集，占比超過20%，人類活動較為頻繁；皖中地區(qū)合肥、滁州等市EI介于60～70之間，該區(qū)域土地覆蓋類型以平原水田為主，低山丘陵廣泛分布，林地、草地面積較皖北大幅增加，水庫坑塘及河渠廣羅密布，農(nóng)村居民點(diǎn)分布較皖北零散，土地利用類型多樣；皖南山區(qū)和大別山區(qū)黃山、池州、六安等市EI值>70，該區(qū)域土地覆蓋類型以山區(qū)林地為主，耕地分布較少，除安慶市沿江幾個(gè)縣外，其他區(qū)域河流較少，偶見大面積水庫，居民點(diǎn)稀少，各類建設(shè)用地占比<5%，人為活動影響痕跡較輕。

隨著音樂的發(fā)展，節(jié)拍數(shù)逐漸縮短變化為三拍、兩拍（見例2），力度也不斷變化，逐層高漲，以“弱—強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的力度變化直至高潮，仿佛令人置身于熱鬧的舞獅場面中，表現(xiàn)出靈活、詼諧、威武的獅子形象。第42至45小節(jié)和弦演奏時(shí)要充分運(yùn)用腰、背及手臂的力量，發(fā)音要洪亮、鏗鏘有力。

從評價(jià)等級來看，“十二五”時(shí)期16個(gè)市EI級別出現(xiàn)“優(yōu)”和“良”2個(gè)等級，評價(jià)體系中所指的“一般”、“較差”和“差”類等級在評價(jià)中沒有出現(xiàn)。生態(tài)環(huán)境狀況等級為“優(yōu)”的有黃山、池州、宣城和安慶4個(gè)市，其面積占全省國土總面積的32.66%，從空間分布圖來看，這些市位于皖南山區(qū)，該區(qū)域生物多樣性豐富，植被覆蓋度高，水資源豐沛，污染負(fù)荷小，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境狀況優(yōu)；生態(tài)環(huán)境狀況等級為“良”的為六安、銅陵、蕪湖、馬鞍山、滁州、合肥、淮南、蚌埠、阜陽、亳州、宿州和淮北12個(gè)市，占全省國土總面積的67.34%，從空間分布圖來看，這些市主要分布在皖中和皖北地區(qū)，這些區(qū)域植被覆蓋度較高，生物多樣性較豐富，生態(tài)系統(tǒng)處于較穩(wěn)定狀態(tài)，適合人類生活。

4.2 “十二五”動態(tài)評價(jià)分析

對安徽省2011—2015年16個(gè)市級行政區(qū)和省域生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行動態(tài)評價(jià)，分析“十二五”期間區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況變化情況。

4.2.1 分市動態(tài)評價(jià)

由表3可知，“十二五”時(shí)期，16個(gè)市級行政區(qū)各年度生態(tài)環(huán)境狀況等級均保持不變，與2011年一致，每年度生態(tài)環(huán)境狀況等級均為“優(yōu)”和“良”2個(gè)級別，未出現(xiàn)“一般”、“較差”和“差”類等級。具體來看，2011—2015年黃山、池州、宣城和安慶4市等級均為“優(yōu)”，其余12個(gè)市等級保持為“良”。“十二五”首末2年相比，16個(gè)市生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)變化幅度在-0.42～2.07之間。其中，黃山市、池州市、淮北市、安慶市、宣城市、亳州市、阜陽市和蕪湖市8市EI變化值>1且<3，生態(tài)環(huán)境狀況變化度皆屬“略有變好”級別，生態(tài)環(huán)境狀況波動度屬“波動”級別；其余8市變化值在-1～1之間，生態(tài)環(huán)境狀況變化度皆屬“無明顯變化”級別，生態(tài)環(huán)境狀況波動度屬“穩(wěn)定”級別。

4.2.2 省域評價(jià)

2011—2015年，安徽省域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)介于69.48～70.76之間，總體保持穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境狀況等級保持在“良”水平；2013年和2014年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)略低于70，其他年份略高于70。與2011年相比，2015年省域EI值由70.00增加到70.76，增加了0.76，生態(tài)環(huán)境狀況變化度屬“無明顯變化”級別，生態(tài)環(huán)境狀況波動度為“穩(wěn)定”級別。

5 結(jié)論

(1) 針對遙感影像運(yùn)用GIS手段提取生態(tài)環(huán)境評價(jià)指標(biāo)，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)調(diào)查方法相比， 是一種快速評價(jià)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量狀況的有效方法，為掌握生態(tài)環(huán)境信息提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 也為動態(tài)監(jiān)測生態(tài)環(huán)境變化提供了可靠、快捷的手段；

(2) “十二五”末安徽省各市生態(tài)環(huán)境狀況等級為“優(yōu)”和“良”2個(gè)級別，等級為“優(yōu)”的有4個(gè)市，為“良”的有12個(gè)市，省域生態(tài)環(huán)境狀況等級為“良”；

(3) “十二五”期間，各市等級均保持不變，省域等級始終為“良”；

(4) “十二五”始末2年相比，有8個(gè)市生態(tài)環(huán)境狀況變化度為“略有變好”等級，生態(tài)環(huán)境狀況波動度為“波動”級別，其余8個(gè)市變化度為“無明顯變化”等級，波動度為“穩(wěn)定”級別。省域EI增加了0.76，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)穩(wěn)中向好的趨勢；

(5) 生態(tài)環(huán)境狀況等級為“優(yōu)”的市分布于皖南山區(qū)和大別山區(qū)，等級為“良”的市主要分布在皖中地區(qū)和皖北地區(qū)。

[1] 萬本太. 中國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)研究[M]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社，2004.

[2] 萬本太，張建輝，王文杰，等.中國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣度評價(jià)[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2003，19 (2) ： 46-53.

[3] 錢益春.張家界國家森林公園旅游環(huán)境質(zhì)量評價(jià)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34(15)：3764-3765.

[4] 朱曉華，楊秀春，謝志仁.江蘇省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價(jià)研究[J].經(jīng)濟(jì)地理，2002，22(1)：97-100.

[5] 趙英時(shí). 遙感應(yīng)用分析原理與方法[M]. 北京： 科學(xué)出版社，2003.

[6] 李旭文，牛志春，姜晟，等. Landsat 8衛(wèi)星OLI遙感影像在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5(6)：1-5.

[7] 金焰，張?jiān)?，牛志春，?環(huán)境一號衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和評價(jià)工作中的應(yīng)用價(jià)值研究[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(4)：29-35.

[8] 錢貞兵，周先傳，徐升，等.安徽省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價(jià)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(27)：8612-8614.

Remote Sensing Monitoring of Ecological Environment in Anhui Province during the 12thFive-Year Period

XU Sheng1， NIU Zhi-chun2*， QIAN Zhen-bing1

(1.AnhuiEnvironmentalMonitoringcenter，Hefei，Anhui230071，China； 2.JiangsuEnvironmentalMonitoringcenter，Nanjing，Jiangsu210036，China)

The dynamic ecological environment in Anhui province during the 12thfive-year period was monitored and evaluated according to the ecological environment evaluation system. The evaluation was based on the remote sensing data from 2011 to 2015 combined with ground survey and statistics data. The results showed that at the end of the 12thfive-year period， there were 4 cities possessing “excellent quality” of the ecological environment， and 12 cities possessing “good quality” of the ecological environment. During the period， the quality level of each city remained stable. Comparison of the beginning and end of the 12thfive-year period， there were 8 cities whose ecological environment were slightly improved with the ecological environment variation level as “fluctuation”. The rest 8 cities remained basically unchanged with the variation level as “stable”. The provincial EI had an increase of 0.76， which indicated stable improvement of the ecological environmental quality.

12thFive-year； Ecological environment； Remote sensing； Anhui province

2016-06-02；

2016-06-29

環(huán)保公益性項(xiàng)目生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展機(jī)制和模式研究(201309039)

徐升(1980—)，男，工程師，碩士，從事生態(tài)監(jiān)測、環(huán)境遙感應(yīng)用研究工作。

*通訊作者：牛志春 E-mail：niuzhc@jshb.gov.cn

X87

B

1674-6732(2016)05-0006-04