黄河流域生态环境质量的时空演变及驱动力分析

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:martingale
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黄河流域在我国经济社会发展和生态安全方面的作用举足轻重,是我国重要的生态功能区。黄河流域生态环境的好坏,影响着区域的建设发展,而及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的演变趋势与时空格局,分析影响生态环境质量的因素,对黄河流域生态环境保护和建设具有重要意义。本研究利用Google Earth Engine(GEE)平台,筛选目标年份(1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年)及其前后各1年的夏季(6—9月)Landsat遥感影像,去除有云像元,掩膜水体信息,采取中值合成提取绿度、湿度、热度和干度4个生态指标,通过主成分分析快速构建遥感生态指数(RSEI)。对RSEI指数值进行等级划分,并进行面积转移矩阵分析;采用EOF、LandTrendr、Hurst和Moran’s I等分析方法,对过去31年间黄河流域生态环境质量的年际趋势变化和空间格局分布进行分析,同时预测未来变化。运用相关性和冗余分析,筛选降雨、温度、土壤含水率和太阳辐射等指标进行驱动力分析,以期揭示不同因素对黄河流域生态环境质量的作用关系。最终结果表明:(1)绿度(NDVI)、湿度(Wet)、热度(LST)和干度(NDSI)4个指标在第1主成分(PC1)上的平均贡献率为89.6%,依据PC1构建遥感生态指数(RSEI)在黄河流域是可行的,遥感生态指数可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势,在实施黄河流域生态环境保护和高质量发展战略过程中有着广阔的应用前景。(2)1990—2020年,黄河流域RSEI总体呈现向好趋势,可分为“快速变好→缓慢转好”2个阶段,1990—2000年为快速变好阶段,增长趋势平均为0.009/a,增长率为21.15%,生态环境质量等级由差转为较差(10.18万km2)、较差转为中等(5.69万km2)、中等转为良(7.08万km2)贡献较大;2000—2020年为缓慢变好阶段,增长趋势平均为0.001/a,增长率仅为2.13%,生态环境质量等级由较差转为差(6.50万km2)、良转为中等(3.52万km2)贡献较大。(3)1990—2020年,黄河流域生态环境质量提升的面积占黄河流域总面积的76.38%,其中显著提升的面积占26.14%,主要区域包括黄河中游地区(如陕西榆林、延安等地区)和宁夏固原、甘肃平凉等山地丘陵地区;生态环境质量降低的面积占黄河流域总面积23.62%,其中显著降低的面积仅占1.46%,主要区域包括宁夏沿黄经济区、关中—天水经济区、呼包鄂榆经济区、中原经济区等国家重点开发区等地。过去31年中,2005年的生态环境质量分布最为典型,可以代表1991—2020年的黄河流域生态环境质量的一个分布情况,而未来绝大部分地区RSEI的变化趋势将与过去相同,呈现逐步上升的状态。(4)1991—2020年,黄河流域生态环境质量发生干扰的总面积为13223.12 km2,发生改善的总面积为175866.67 km2。发生干扰的地方主要集中在,上游的陇中黄土高原和呼包鄂榆经济区以及河东沙区和河套平原;中游主要的中原经济区,关中-天水经济区和关中盆地;而下游地区,城市发展较快,致使干扰区域分散分布于各个城市周围。干扰的持续时间都在1—3年之间,76.56%的干扰持续时间为1年,19.86%的干扰持续时间为2年,3.58%的干扰持续时间为3年。改善区域则在1991—2000年主要为陇中黄土高原和呼包鄂榆经济区;2001—2010年为子午岭、吕梁山等国家自然保护区,2011—2020年为黄土高原丘陵沟壑区域和甘肃境内地区。(5)黄河流域城市间生态环境质量分布具有明显的地域性,黄河流域北部和中部城市区域呈现出生态环境质量“低低”聚集的状态;而黄河流域中游的关中盆地区域和黄河流域下游的部分城市区域表现为“高高”聚集的状态。(6)影响黄河流域生态环境质量的因素主要为年降雨量、土壤含水率0-7 cm和月辐射,总解释率达到49.40%。而指标的多因子协同解释率中,年降雨量和月辐射为16.50%,年降雨量和土壤含水率0-7 cm层为11.30%,月辐射和土壤含水率0-7 cm层为-2.4%,可见影响因子之间存在相互作用,对生态环境质量的影响也有所不同。综上所述,利用遥感数据结合RSEI指数可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势。31年来黄河流域生态环境质量差的区域逐渐减少,生态环境质量整体向好,未来一段时间也将呈上升趋势。实施生态工程的黄河上中游地区生态环境质量提升最快,而一些国家重点经济开发区生态环境质量有所恶化。黄河流域城市间生态环境质量分布具有明显的地域性,表现为“高高”聚集和“低低”聚集的状态。通过增加降雨和土壤水分,降低太阳辐射可以提升黄河流域部分地区的生态环境质量,可以达到改善黄河流域生态环境的效果。
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