基于RS&GIS的河北省生态质量气象评价

孙云鹏

（1.辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029；2.唐山师范学院 资源管理系，河北 唐山 063000）

基于RS&GIS的河北省生态质量气象评价

孙云鹏1,2

（1.辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029；2.唐山师范学院 资源管理系，河北 唐山 063000）

采用卫星遥感（RS）和地面监测、统计相结合的各项数据，选取湿润指数、植被覆盖指数、水体密度指数、土地退化指数及灾害指数为评价指标，对河北省及各市2001-2007年进行生态质量气象评价。结果表明，7年间河北省整体气象生态质量一般，但时空差异较大，各指标地区表现也不一致。

生态质量气象评价；河北省；生态质量

生态质量气象评价就是从气象对生态质量的影响角度选定指标体系质量标准，运用恰当的方法评价某区域生态质量的状况变化趋势。近年来，众多学者[1-5]对生态质量气象评价进行了细致而又广泛的研究。2007年刘少军等[2]根据生态质量气象评价的要求和GIS建库的特点，研究建立了生态质量气象评价的数据库和评价模块的具体方法，并以海南省为例进行了生态质量气象评价。

1 研究区概况

河北省地处华北平原，兼跨内蒙古高原。全省内环首都北京市和北方重要商埠天津市，东临渤海。全省地势由西北向东南倾斜。西北部为山区、丘陵和高原，其间分布有盆地和谷地，中部和东南部为广阔的平原。河北省属温带大陆性季风气候。大部分地区四季分明。年日照时数2 400-3 000小时；年无霜期120-200天；年均降水量300-800毫米；年均气温在0℃至13℃之间。

2 数据

采用卫星遥感监测和地面监测、统计年鉴、社会调查结合的手段，获取生态质量气象评价所需要的各项数据。

3 生态质量气象评价指标

本研究从气象要素对生态质量影响的角度出发，并根据指标选取的代表性、全面性、综合性等原则，参照国家质量监督检验检疫总局《生态质量气象评价办法（征求意见稿）2007》，选取湿润指数（Humidity Index）、植被覆盖指数（Index of Vegetation Coverage）、水体密度指数（Index of Water Body Density）、土地退化指数（Index of Soil Degradation）及灾害指数（Disaster Index）为评价指标以及各指标的权重值[6]。

3.1 湿润指数

湿润指数K能较客观地反映某一地区的水热平衡状况。

式中，R为降水量，ET为潜在蒸散量。

月潜在蒸散量ETi（mm）采用下式计算：

式中，i是月份的编号，Pi是月平均气压（mb），ti是平均气温（℃），di是月的天数，Ui是在10-12m高度处观测的月平均风速（m/s），Woi是在温度为 ti时的饱和水汽压（mmHg），而hi是月平均相对湿度。

月湿润指数，其中ri是月降水量（mm）；K为年湿润指数，其中Ra是年降水量（mm）。

饱和水汽压Wo（mmHg）的计算考虑两种情况：当月平均温度0℃〈t≤30℃时：

当月平均温度-40℃≤t 〈0℃时：

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，取K=1。

3.2 植被覆盖指数

植被覆盖度计算模型为：

式中，Fndvi为植被覆盖度；NDVImin、NDVImax分别为每类土地覆被类型的NDVI最小值、每类土地覆被类型的植被覆盖度约为 100%时相对应的像元 Normalized Difference Vegetation Index（NDVI归一化植被指数）值。植被指数泛指以卫星多光谱数据的线性或非线性组合的一种指数[5-7]，其目的是要反映绿色植物的生长状况和分布特征。

3.3 水环境指数

其中Iwe为水环境指数，Sw为水域面积，St为区域面积。水域面积采用评价时段内最大水域面积，包括湖泊、水库及河流。

3.4 土地退化指数

指评价区域内风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占评价区域总面积的比重。

式中土地退化指数Ild，轻度侵蚀面积Sl，中度侵蚀面积Sm，重度侵蚀面积Sh，区域面积St。

3.5 灾害强度指数

灾害强度指数是指被评价区域内农田、草地、森林等生态系统遭受气象灾害的面积占被评价区域面积的比重。包括干旱、洪涝、渍害、雹灾低温冷害、霜冻、雪灾、高温热害、风灾、病虫害及森林火灾[8]等。

式中灾害指数Idis，为：干旱、洪涝等。

式中各灾害因子指数Si，轻度灾害面积Sl，中度灾害面积Sm，重度灾害面积Sh，区域面积St。

3.6 属性同一化

根据不同属性指标对总体生态质量的影响方向不同，对全部指标属性进行正向化处理。5项指标中，土地退化指数、灾害指数2项为负项指标，因此将负向指标进行正向化处理（1-负项指数）。

3.7 计算方法

采用生态质量气象评价指标来评价生态质量的好坏，根据评价单元各单项评价指标值及各单项指标权重值，采用加权求和方法计算综合评价指标值，用公式表示如下：

式中Pi为i区域的生态质量气象评价指数；Wij为i区域第j项指标的权重值；Yij为i区域第j项指标值。各评价指标的权重（见表1）。

表1 生态质量评价指标权重表

3.8 生态与环境质量评价分级

表2 生态质量划分等级

根据生态与气象监测资料计算的结果，将生态质量气象评价指数划分成五级，即优、良好、一般、较差和差，其含义见表2。

4 评价结果

以河北省各市为评价单元，对河北省2001-2007年进行了生态质量气象评价。结果表明：河北省各市7年以来年均保持平稳状况，张家口和唐山得分略低，其余各市稍高，石家庄和廊坊最高。各市得分都在47.31到49.99之间，水平都属于一般。但各种指标差异也很明显，全省的植被覆盖指数均在0.60以下，其中0.10以下的县（市）38个，主要分布在省西部山区及燕山区域，说明该区域植被覆盖度低；高覆盖度区主要分布在北部林区和中南部农田，植被覆盖指数介于0.33-0.60之间。从植被覆盖类型看林地植被覆盖指数高于农田。水体密度分布差异较大，变动于0.0-0.49之间，水体密度指数大于0.1的地区仅分布在河北省沿海的3个县市内，唐海县最高，为0.49，其他两县分别为沧州的黄骅和海兴。土壤退化指数大于0.01仅分布在廊坊、沧州、邢台西部、保定、衡水局部，且尚不足0.05。

[1] 刘勇洪,吴春艳,李慧君,等.基于卫星数据的北京市生态质量气象评价方法研究[J].气象,2007,33(2)：42-48.

[2] 刘少军,张京红,辛吉武,等.基于GIS的生态质量气象评价建库方法研究[J].地理空间信息,2007,5(1)：87-89.

[3] 张京红,刘安麟,李登科,等.TM 影像在陕北地区生态环境本地调查中的应用[J].气象科学,2005,25(2)：192-168.

[4] 权维俊,郭文利,叶彩华,等.基于TM卫星影像获取北京市水体密度指数与植被覆盖指数的方法[J].南京气象学院学报,2007,30(5)：610-616.

[5] 王君华,莫伟华,陈燕丽等. 基于遥感的广西生态质量气象评价方法研究[J].气象科学,2009,29(6)：833-837.

[6] 谭炳香,李增元,王彦辉,等.基于遥感数据的流域土壤侵蚀强度快速估测方法[J].遥感技术与应用,2005,20(2)：215-219.

[7] 匡昭敏,朱伟军,杨鑫等.基于 MODIS数据的广西旱区干旱指数模型研究[J].南京气象学院学报,2007,30(3)：352-358.

[8] 姜爱军,郑敏.江苏省重要气象灾害综合评估方法的研究[J].气象科学,1998,18(2)：196-202.

（责任编辑、校对：王淑娟）

The Meteorological Evaluation of Ecological Quality of Hebei Based on RS & GIS

SUN Yun-peng1,2

(1. College of City and Environment, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China; 2. Department of Resource Management, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China)

The quality of eco-meteorological of Hebei province from 2001 to 2007 was evaluated using satellite remote sensing combined with the dates from monitoring and statistics, selecting the vegetation index, index of water density, land degradation and hazard index for evaluation. Results shows that the score is normal in 7 years. However, large differences are in time and space and the performance of the index area is also inconsistent.

quality of eco-meteorological evaluation; Hebei province; ecological quality

2010年唐山市科学技术研究与发展（10120203c）

2010-06-08

孙云鹏（1976-），男，河北唐山人，辽宁师范大学城市与环境学院硕士研究生，唐山师范学院资源管理系助教，研究方向为区域环境与可持续发展。

X822

A

1009-9115(2011)05-0101-03