基于遥感的康巴什生态环境质量评价研究

孙小添* 陈睿 张彪

（内蒙古农业大学能源与交通工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

在信息化时代，卫星遥感技术广泛的应用于人们生活，可以容易的获得地理数据的遥感技术被应用于环境监测方面[1]。生态环境治理工作中更加注重生态环境监测结果，通常会用生态环境监测结果来制定后期的环境保护工作。国内外研究学者利用遥感对生态环境进行评价已做了大量的研究，生态环境评价不仅局限于植被、地表温度等单一指标的评测，通过其不断发展评价中加入了湿度、干度等多指标进行综合评价[2-4]。康巴什是内蒙古自治区鄂尔多斯市所建立的新区[5]，如何客观而有效的对康巴什进行评价是一个重要问题。本文对康巴什地区进行环境评价研究，展示绿色城市建设对环境变化的影响，研究对象为16 年和20 年的哨兵2[6]和Landsat8 卫星遥感图像，构建RSEI 指数对环境质量进行评价，深入了解现代城市对环境的影响，为绿色城市建设提供更多的科学依据。

1 生态遥感指数的构建

本文所选取的RSEI（遥感生态指数）是通过Landsat8 所提供的LST（地表温度）、和通过哨兵2 图像经过缨帽变化得出的WET（湿度指数）、以及近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差比上两者之和所得出的NDVI（归一化植被指数）和通过SI 与IBI 指数进行平均得出的NDSI 干度指数[7]所得到的的。各指标计算方法如下：

1.1 热度指数

热度指标通常通过陆地表面温度计算，平均温度可以使用从遥感卫星数据中反演出的地表温度代替，地表温度是衡量温室效应的有效数据。可以采用如下三个公式来进行计算：

从上述公式中可知，变量L 代表在传感器周围，TM热红外波段所具备的辐射值；gain 变量是指红外波段的增益值，变量bias 是指热红外波段的偏置值，变量DN 是指像元的灰度值；K1和K2分别为辐射标定参数，λ 为热红外6 波段或热红外10 波段的中心波长，这些参数可从影像头文件获得；T6/10为传感器处的温度值，LST6/10为地表温度；ρ=1.438*10-2mK，ε 为地表比辐射率。

1.2 湿度指数

湿度分量能能够直接反映出水体和土壤、植被等对象的湿度情况，能够直接影响到生态环境的多样化[8]，即湿度指标可以采用湿度分量来代表。其中，湿度计算公式为：

1.3 绿度指数

归一化植被指数NDVI 能够客观、科学地描述植被指数，是与叶面积指数、植被覆盖率、植物生物数量和其他重要值密切相关的最广泛的植被指数之一[9]，可以选用将NDVI 作为绿度指标来衡量区域植被情况。

采用10 米多波段哨兵-2A 数据表观反射率计算NDVI：

式中变量ρNIR和变量ρred代表不同的含义，分别为近红外与红光波段地表反射率。

1.4 干度指数

干度指标通常情况下可以选定裸土指数SI，同时，应该注意到实际环境中，该区域可能存在建筑用地，因此，两者可以整合在一起作为地表的“干化”，那么需要对它们两个不同特征的区域进行合成，即由裸土指数SI 和建筑指数IBI 合成：

1.5 标归一化处理

通过计算可以获得评价因子，并需要采用一定方法来统一这些量纲，对它们进行归一化处理，确保所有指标数值范围处于0 到1 之间，从而可以为开展生态指数计算创造条件[10]。归一化的公式为：

2 数据分析与讨论

2.1 环境质量评价

本文将生态环境评价分为10 个等级：通过RESI 指数的数值分为1～10 区间。9～10 区间，确定为优，环境质量优秀，绿化程度极高；值为6～8 区间，确定为良，环境质量良好，绿化程度较高；数值为3～5 区间，确定为中等，环境质量一般，绿化程度不高；数值为1～2 区间，环境质量较差，绿化程度较低。根据表1 显示，康巴什区在16-20 年间生态环境质量较差的地区（1-2）从12%降低到了5%，而环境质量中等地区（3-5）从58%增加到了65%，环境质量等级1-3 的总面积从95km2下降到了62km2，环境质量等级4-7 的地区总面积从202 km2增长到了238 km2。而环境质量较高以及极高的总面并没有太大差异，这证明康巴什区在建设初期进行的绿化经过4 年的成长已经初见规模，环境得到较大的改善（如图1）。

图1 不同年份环境等级面积

表1 环境质量等级表

2.2 RSEI 变化成因分析与讨论（图2）

图2 康巴什环境质量

研究选取了2016 年-2020 年Sentinel-2A 和Landsat遥感影像数据，通过RSEI 模型并采用主成分分析方法得到康巴什地区近4 年的生态环境质量变化情况。结果表明不同指标对生态环境的影响具有复杂性。但是RSEI 模型依然能够较好地模拟康巴什地区生态环境质量的情况。通过对影像数据进行分析，在2016-2020 年间，康巴什区的生态环境产生了明显的变化，从空间角度分析，2016 年康巴什市区RESI指数并不是特别良好，生态环境优质地区主要集中于东部乡村地区，而在2020 年，康巴什市区RESI 指数得到飞跃，甚至超过了周边乡村地区，总体来看康巴什区自然生态环境质量显著变好的区域主要集中中部市区。由2016 年和2020 年自然生态环境质量指数对比来看，植被覆盖指数大大提高，这为康巴什城区建设提供了正面的肯定。而东部乡村植被覆盖度稍有下降生态环境呈现恶化趋势，这也是导致环境极高的地区面积有所下滑的主要原因，所以在进行城区绿化建设的过程中，也不能忽视周边乡村的环境质量，要综合发展才能真正的改善一个地区的环境质量。

3 结论

通过运用RESI 指数和RS 技术手段，监测了康巴什区建设过程中的环境质量的现状与动态变化情况，结果表明：

3.1 康巴什新区的建设给周边环境带来了极大的正面影响，这表明在有着良好的规划下，新区的建设是有很大的积极影响的，绿色城市的建设就目前而言有着可观的前景，不仅可以缓解大城市人口集中的现象，在有着规划的条件下也对环境质量的提升有着很大的促进作用。

3.2 康巴什区东部的乡村地带环境质量呈恶化趋势，原来表现环境质量极好的地区有所退化。

3.3 RESI 指数在各方面都体现出了其极高的性能，无论是获取的便利程度，还是体现环境变化的准确度，都表现出色，RESI 的广泛应用将给环境检测方面的工作带来极大的便利。