分析遥感技术在生态环境监测中的应用价值

分析遥感技术在生态环境监测中的应用价值

孙明明

新疆阿克苏地区环境保护监测站 843000

摘要：随着生态问题的日益严重，人们越来越关注生态环境的监测，近些年来遥感技术在环境监测中得到了有效的运用。文章总结了遥感技术在生态系统不同方面应用的相关研究，以供参考。

关键词：遥感技术；生态环境监测；应用价值

自我国改革开放以来，经济社会的发展十分迅速，但是经济社会的快速发展是以生态环境破坏为代价的，目前我国的生态环境问题，已经成为制约经济发展和影响人们生活水平提高的重要问题。于是在 21 世纪之后，我国实行了可持续发展战略，提出了经济与生态环境的可持续发展。在该工作中，生态环境监测工作是十分必要的，通过对生态环境进行监测，可以帮助治理污染，加强环保工作。在现代的生态环境监测工作中，遥感技术的应用越来越普遍，所以在我国的生态环境监测中，需要适当增加遥感技术的应用。

1 遥感技术在森林生态系统生物量和碳汇估测上的应用

森林生态系统是陆地生态系统重要的碳库，具有维护全球碳平衡和缓解气候变化的作用。森林生物量统计是估算碳储量的基础，也是评估森林生态系统生产力和健康状况的重要参数。传统的森林生物量统计以实测数据为基础，工作量大，时间长，需要对实物进行采伐才能获得基础数据。而随着遥感技术的快速发展， 使森林生物量估算及长时间动态变化监测有了更加快捷、经济、方便的途径。陆君等通过遥感技术对福州市森林植被 的生物量进行估算，并根据“生物量-碳储量”的推算方法，估算了福州市森林植被的碳储量和碳密度。戴巍等^[1]以浙江省生态系统为研究对象，基于GIS 网格布点，采集838个森林样地样本数据，结合ArcGIS 10.2绘制出浙江省森林生物量碳密度的空间分布图，并在此基础上计算出森林植被总碳储量。刘新新等^2]借助遥感技术以中国东部南北样带森林为研究对象，分析并建立了遥感数据森林生物量估测模型（结合地面样地生物量与遥感因子的相关关系），估算了中国东部南北样带的森林生物量分布图。目前森林生物量遥感估算利用光谱响应与森林结构参数之间的关系，通过遥感技术测定树高、胸径、叶面积指数、郁闭度、植物基部面积等指标间接估算森林生物量。 遥感数据多应用 Landsat MSS、TM、ETM、MO-DIS 和 AVHRR等。因此利用遥感技术进行森林生物量和碳储量的估测，是提高大面积的森林生物量及碳储量的高精度估算的基础。

2 遥感技术在城市生态环境调查中的应用

2010年-2018年，中国的城市镇化率从49.9%增加到59.6%，城市中大量的人口增加和建设用地扩张，导致城市景观格局的不合理，最明显的后果就是城市热岛效应和交通拥堵。目前利用遥感技术对城市生态环境的检查主要包括城市用地变化检测和城市环境检测等方面，可以全面、高效、实时地了解城市的发展变化^[3]。城市用地变化的监测主要是基于不同地物特征所固有的光谱反射和辐射的特征，不同的地物特征将会呈现出不同的DN值组合。利用这一特征通过遥感数据软件对城市土地覆盖进行提取分析，如植被、水体或建设用地等，提取这些用地类型的指数，分析其用地类型的分布情况，其中最具代表性的指数包括归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）、归一化差异水体指数（NDWI）及归一化建筑指数（NDBI）。 邵世保等^[4]利用遥感技术对马鞍山市城区的生态环境现状进行调查，分析得出了马鞍山市城市土地利用结构特点和变化趋势， 马鞍山市城市建设用地在十几年来扩张较快， 而且城市建设用地的增加主要是以征用城市周边耕地为主。梁楠等^[5]利用遥感技术提取Landsat卫星影响，调研分析了上海市东营白鹭湿地的生态安全格局。同时对福建漳州2010、2013、2016年的遥感影像分析，结果显示，2010-2016年有20%左右的水体和林地面积转化成了裸地和城市用地，由遥感影像解译图可以直观地看出建设用地呈现扩张趋势，林地面积在不断缩减并且破碎化程度加深。这些结果对城市土地的历史动态变迁在城乡规划过程中能更好理解区域的特点，为城市规划方向提供技术支持。 遥感技术也广泛应用于城市环境变化的检测，包括大气污染和城市热岛效应。 利用遥感技术快速准确的获取城市地表温度信息，用于检测地表温度的动态变化。 有研究显示^[5]，通过遥感图像的彩色等密度变换，得出重庆两江新区某旅游规划区地表辐射对温度的分布状况和温度时相，并以不同色彩呈现出热源的位置、热扩散状况、高温区、低温区，从而分析城市温度与城市布局、建筑物类型、人口密度等的关系。 这些结果对今后城市规划工作提供了强有力的数据依据和理论指导。

3 遥感技术在生态系统生物多样性评估上的应用

气候变化引起世界物种的减少和栖息地的丧失日益严重。对于生物多样性的评估已经成为一个优先发展的领域。传统的生物多样性检测还是基于地面调查， 在物种丰富度和均匀度评估中提供了准确的信息，但是无法以及时反映生态系统多样性的变化。遥感技术可以通过非接触式收集信息，从而完成估算生物多样性、 建立物种多样性的关系模型及进行生物多样性指数制图。何诚等

^[9]报道显示根据地表环境的自然地理特点，以遥感影像的土地覆盖分类结果，识别出物种具体的栖息地。对物种获得范围和物种丰富度进行精确估计，并预测物种组合的空间分布范围。郭庆华等^[6]总结出遥感数据可以提取重要的生物多样性指标，主要通过直接和间接途径来模拟生物多样性。一些研究者利用遥感数据获得了鸟类多样性的关键参数，从而建立了鸟类丰富度与森林结构的关系模型，对该种鸟类的分布情况进行较准确的预测。这些技术的应用在促进我国智能决策发展方向有着 重大的意义。

4 遥感技术在生态系统脆弱性评价上的运用

生态系统脆弱性的评价可以预测在某些外部因素下是否易于引发生态问题及环境污染，能较好地反映生态环境对外界干扰的承受程度。生态环境脆弱性研究不仅能为脆弱生态环境重建工作提供科学依据，进行生态环境脆弱性评价同时也是制定区域可持续发展规划的重要前提。以遥感和地面调查数据为基础，通过分析研究区域生态系统格局及演变趋势、生态系统质量及生态系统服务功能等的时空特征，判断其生态系统脆弱的等级，提出生态保护的对策和建议^[7]。生态环境脆弱性评价指标确定方面：该区域的突出环境特点；区域地貌、气候、土壤、植被特点等及人类活动。故而，基础地理数据、专题数据里的地形数据（高程、坡度、坡向）、土壤数据、降水数据（全国范围内分辨率为 100 米×100 米的 GRID 数据）、植被数据、农田分布和农业人口比重数据都可以在GIS软件中处理进行制图和分析。张涌等^[8]采用遥感技术采集的数据，对青海湖环湖地区的植被、土壤、土地利用现状等指标进行表达并评价，并确定了一级脆弱区、二级脆弱区、中度脆弱与重度脆弱的分布区域，为青海湖环湖地区生态环境的环境评价提供了参考。

5 结语

综上，遥感技术以及计算机技术的应用，让生态环境监测在可以快速方便地获取长期性、空间广的数据，且在一定条件下能在不易获取地面数据的险要地区进行高空作业从而得到需求的数据，避免了数据的缺失以及保障了数据采集人员的人身安全。通常遥感技术的发展需要与地理信息系统和全球地位系统相互协助，即3S技术（RS、GIS、GPS）助缺一不可。多数研究结果显示，遥感技术在生态环境监测应用主要是基于遥感技术的基础数据采集以及计算机技术的数据处理和空间制图等方面。利用图片、数据可以直观的反映出生态系统某些方面的特点，有助于人们更好地理解森林、城市等复杂的生态系统。因此，森林及城市定期开展遥感综合调查，可以有效地监测其生态环境质量现状，对于生态环境可持续发展具有重要的意义。

参考文献

1. 戴巍, 赵科理, 等. 典型亚热带森林生态系统碳密度及储量空间变异特征[J]. 生态学报, 2017, 37(22): 7528-7538.

2. 刘新新. 基于 RS 和 GIS 的森林生物量估算研究[D]. 山东师范大学, 2010. [6] 岳文泽. 基于遥感影像的城市景观格局及其热环境效应研究[D]. 华东师范大学, 2005.

[3] 邵世保, 张毳. 遥感及GIS技术在城市生态环境调查中的应用[J]. 环境科学与技术, 2003, (12): 26-28.

[4] 梁楠. 城市生态理论和遥感技术在城乡规划中的实践融合[J]. 城市发展与规划论文集.

[5] 何诚, 冯仲科, 等. 高光谱遥感技术在生物多样性保护中的应用研究进展[J].高光谱与光谱分析, 2012, (06): 1628-1632.

[6] 郭庆华, 吴芳芳, 等. 无人机在生物多样性遥感监测中的应用现状与展望[J].生物多样性, 2016, 24(11): 1267-1278.

[7] 赵曦琳. 基于 GIS 的森林生态环境脆弱性评价研究[D]. 四川师范大学, 2012.

[8] 张涌. 遥感技术在青海湖地区生态环境脆弱性评价中的应用[J]. 青海师范大学学报(自然科学版), 2017, (4): 56-60.