基于RS&GIS的河北省生態(tài)質(zhì)量氣象評價

孫云鵬

（1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029；2.唐山師范學(xué)院 資源管理系，河北 唐山 063000）

基于RS&GIS的河北省生態(tài)質(zhì)量氣象評價

孫云鵬1,2

（1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029；2.唐山師范學(xué)院 資源管理系，河北 唐山 063000）

采用衛(wèi)星遙感（RS）和地面監(jiān)測、統(tǒng)計相結(jié)合的各項數(shù)據(jù)，選取濕潤指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水體密度指數(shù)、土地退化指數(shù)及災(zāi)害指數(shù)為評價指標(biāo)，對河北省及各市2001-2007年進(jìn)行生態(tài)質(zhì)量氣象評價。結(jié)果表明，7年間河北省整體氣象生態(tài)質(zhì)量一般，但時空差異較大，各指標(biāo)地區(qū)表現(xiàn)也不一致。

生態(tài)質(zhì)量氣象評價；河北??；生態(tài)質(zhì)量

生態(tài)質(zhì)量氣象評價就是從氣象對生態(tài)質(zhì)量的影響角度選定指標(biāo)體系質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，運用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄔu價某區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的狀況變化趨勢。近年來，眾多學(xué)者[1-5]對生態(tài)質(zhì)量氣象評價進(jìn)行了細(xì)致而又廣泛的研究。2007年劉少軍等[2]根據(jù)生態(tài)質(zhì)量氣象評價的要求和GIS建庫的特點，研究建立了生態(tài)質(zhì)量氣象評價的數(shù)據(jù)庫和評價模塊的具體方法，并以海南省為例進(jìn)行了生態(tài)質(zhì)量氣象評價。

1 研究區(qū)概況

河北省地處華北平原，兼跨內(nèi)蒙古高原。全省內(nèi)環(huán)首都北京市和北方重要商埠天津市，東臨渤海。全省地勢由西北向東南傾斜。西北部為山區(qū)、丘陵和高原，其間分布有盆地和谷地，中部和東南部為廣闊的平原。河北省屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。大部分地區(qū)四季分明。年日照時數(shù)2 400-3 000小時；年無霜期120-200天；年均降水量300-800毫米；年均氣溫在0℃至13℃之間。

2 數(shù)據(jù)

采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測和地面監(jiān)測、統(tǒng)計年鑒、社會調(diào)查結(jié)合的手段，獲取生態(tài)質(zhì)量氣象評價所需要的各項數(shù)據(jù)。

3 生態(tài)質(zhì)量氣象評價指標(biāo)

本研究從氣象要素對生態(tài)質(zhì)量影響的角度出發(fā)，并根據(jù)指標(biāo)選取的代表性、全面性、綜合性等原則，參照國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局《生態(tài)質(zhì)量氣象評價辦法（征求意見稿）2007》，選取濕潤指數(shù)（Humidity Index）、植被覆蓋指數(shù)（Index of Vegetation Coverage）、水體密度指數(shù)（Index of Water Body Density）、土地退化指數(shù)（Index of Soil Degradation）及災(zāi)害指數(shù)（Disaster Index）為評價指標(biāo)以及各指標(biāo)的權(quán)重值[6]。

3.1 濕潤指數(shù)

濕潤指數(shù)K能較客觀地反映某一地區(qū)的水熱平衡狀況。

式中，R為降水量，ET為潛在蒸散量。

月潛在蒸散量ETi（mm）采用下式計算：

式中，i是月份的編號，Pi是月平均氣壓（mb），ti是平均氣溫（℃），di是月的天數(shù)，Ui是在10-12m高度處觀測的月平均風(fēng)速（m/s），Woi是在溫度為 ti時的飽和水汽壓（mmHg），而hi是月平均相對濕度。

月濕潤指數(shù)，其中ri是月降水量（mm）；K為年濕潤指數(shù)，其中Ra是年降水量（mm）。

飽和水汽壓Wo（mmHg）的計算考慮兩種情況：當(dāng)月平均溫度0℃〈t≤30℃時：

當(dāng)月平均溫度-40℃≤t 〈0℃時：

K〈1時，表示大氣降水少于植被生理過程需水量；當(dāng)K=1時，表示該區(qū)域大氣降水與植被生理需水達(dá)到平衡；當(dāng)K＞1時，表示大氣降水大于植被生理過程需水量，降水條件不成為當(dāng)?shù)刂脖簧硇杷南拗埔蜃?，如果K＞1，取K=1。

3.2 植被覆蓋指數(shù)

植被覆蓋度計算模型為：

式中，F(xiàn)ndvi為植被覆蓋度；NDVImin、NDVImax分別為每類土地覆被類型的NDVI最小值、每類土地覆被類型的植被覆蓋度約為 100%時相對應(yīng)的像元 Normalized Difference Vegetation Index（NDVI歸一化植被指數(shù)）值。植被指數(shù)泛指以衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的線性或非線性組合的一種指數(shù)[5-7]，其目的是要反映綠色植物的生長狀況和分布特征。

3.3 水環(huán)境指數(shù)

其中Iwe為水環(huán)境指數(shù)，Sw為水域面積，St為區(qū)域面積。水域面積采用評價時段內(nèi)最大水域面積，包括湖泊、水庫及河流。

3.4 土地退化指數(shù)

指評價區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占評價區(qū)域總面積的比重。

式中土地退化指數(shù)Ild，輕度侵蝕面積Sl，中度侵蝕面積Sm，重度侵蝕面積Sh，區(qū)域面積St。

3.5 災(zāi)害強度指數(shù)

災(zāi)害強度指數(shù)是指被評價區(qū)域內(nèi)農(nóng)田、草地、森林等生態(tài)系統(tǒng)遭受氣象災(zāi)害的面積占被評價區(qū)域面積的比重。包括干旱、洪澇、漬害、雹災(zāi)低溫冷害、霜凍、雪災(zāi)、高溫?zé)岷?、風(fēng)災(zāi)、病蟲害及森林火災(zāi)[8]等。

式中災(zāi)害指數(shù)Idis，為：干旱、洪澇等。

式中各災(zāi)害因子指數(shù)Si，輕度災(zāi)害面積Sl，中度災(zāi)害面積Sm，重度災(zāi)害面積Sh，區(qū)域面積St。

3.6 屬性同一化

根據(jù)不同屬性指標(biāo)對總體生態(tài)質(zhì)量的影響方向不同，對全部指標(biāo)屬性進(jìn)行正向化處理。5項指標(biāo)中，土地退化指數(shù)、災(zāi)害指數(shù)2項為負(fù)項指標(biāo)，因此將負(fù)向指標(biāo)進(jìn)行正向化處理（1-負(fù)項指數(shù)）。

3.7 計算方法

采用生態(tài)質(zhì)量氣象評價指標(biāo)來評價生態(tài)質(zhì)量的好壞，根據(jù)評價單元各單項評價指標(biāo)值及各單項指標(biāo)權(quán)重值，采用加權(quán)求和方法計算綜合評價指標(biāo)值，用公式表示如下：

式中Pi為i區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量氣象評價指數(shù)；Wij為i區(qū)域第j項指標(biāo)的權(quán)重值；Yij為i區(qū)域第j項指標(biāo)值。各評價指標(biāo)的權(quán)重（見表1）。

表1 生態(tài)質(zhì)量評價指標(biāo)權(quán)重表

3.8 生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量評價分級

表2 生態(tài)質(zhì)量劃分等級

根據(jù)生態(tài)與氣象監(jiān)測資料計算的結(jié)果，將生態(tài)質(zhì)量氣象評價指數(shù)劃分成五級，即優(yōu)、良好、一般、較差和差，其含義見表2。

4 評價結(jié)果

以河北省各市為評價單元，對河北省2001-2007年進(jìn)行了生態(tài)質(zhì)量氣象評價。結(jié)果表明：河北省各市7年以來年均保持平穩(wěn)狀況，張家口和唐山得分略低，其余各市稍高，石家莊和廊坊最高。各市得分都在47.31到49.99之間，水平都屬于一般。但各種指標(biāo)差異也很明顯，全省的植被覆蓋指數(shù)均在0.60以下，其中0.10以下的縣（市）38個，主要分布在省西部山區(qū)及燕山區(qū)域，說明該區(qū)域植被覆蓋度低；高覆蓋度區(qū)主要分布在北部林區(qū)和中南部農(nóng)田，植被覆蓋指數(shù)介于0.33-0.60之間。從植被覆蓋類型看林地植被覆蓋指數(shù)高于農(nóng)田。水體密度分布差異較大，變動于0.0-0.49之間，水體密度指數(shù)大于0.1的地區(qū)僅分布在河北省沿海的3個縣市內(nèi)，唐?？h最高，為0.49，其他兩縣分別為滄州的黃驊和海興。土壤退化指數(shù)大于0.01僅分布在廊坊、滄州、邢臺西部、保定、衡水局部，且尚不足0.05。

[1] 劉勇洪,吳春艷,李慧君,等.基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的北京市生態(tài)質(zhì)量氣象評價方法研究[J].氣象,2007,33(2)：42-48.

[2] 劉少軍,張京紅,辛吉武,等.基于GIS的生態(tài)質(zhì)量氣象評價建庫方法研究[J].地理空間信息,2007,5(1)：87-89.

[3] 張京紅,劉安麟,李登科,等.TM 影像在陜北地區(qū)生態(tài)環(huán)境本地調(diào)查中的應(yīng)用[J].氣象科學(xué),2005,25(2)：192-168.

[4] 權(quán)維俊,郭文利,葉彩華,等.基于TM衛(wèi)星影像獲取北京市水體密度指數(shù)與植被覆蓋指數(shù)的方法[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,2007,30(5)：610-616.

[5] 王君華,莫偉華,陳燕麗等. 基于遙感的廣西生態(tài)質(zhì)量氣象評價方法研究[J].氣象科學(xué),2009,29(6)：833-837.

[6] 譚炳香,李增元,王彥輝,等.基于遙感數(shù)據(jù)的流域土壤侵蝕強度快速估測方法[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2005,20(2)：215-219.

[7] 匡昭敏,朱偉軍,楊鑫等.基于 MODIS數(shù)據(jù)的廣西旱區(qū)干旱指數(shù)模型研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,2007,30(3)：352-358.

[8] 姜愛軍,鄭敏.江蘇省重要氣象災(zāi)害綜合評估方法的研究[J].氣象科學(xué),1998,18(2)：196-202.

（責(zé)任編輯、校對：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年唐山市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展（10120203c）

2010-06-08

孫云鵬（1976-），男，河北唐山人，遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院碩士研究生，唐山師范學(xué)院資源管理系助教，研究方向為區(qū)域環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展。

X822

A

1009-9115(2011)05-0101-03