1、第 卷第期 年月水土保持通报 ，收稿日期：修回日期：资助项目：国家 自 然科学基金项目“农业干旱时滞效应及时空分布干旱监测模型 研究”（）；教育部人文社科青年基金项目（）；河北省自然科学基金项目（）；河北省自然基金委重点项目（）第一作者：辛会超（），男（汉族），河北省邯郸市人，硕士研究生，研究方向为流域生态遥感。：。通信作者：王贺封（），男（汉族），江西省抚州市人，博士，副教授，主要从事 与 应用、城市地理数据挖掘方面的研究。：。年漳河上游生态环境质量动态监测及驱动因素分析辛会超，王贺封，张安兵，庞吉玉，刘粉粉（河北工程大学 矿业与测绘工程学院，河北 邯郸 ；河北省水生态文明及社会治理研究中心
2、，河北 邯郸 ；邯郸职业技术学院，河北 邯郸 ；河北工程大学 地球科学与工程学院，河北 邯郸 ）摘要：目的探究漳河上游生态环境质量时空变化特征及其驱动因素，为该区域生态环境建设与治理提供科学依据。方法优化重构 年漳河上游 影像，基于遥感生态指数（），引入坡度（）、归一化山地植被指数（）、颗粒物浓度（）项指标，构建考虑地形和颗粒物影响的改进型遥感生态指数（，）模型，辅以多种空间分析和统计方法对研究区生态环境质量进行定量评价。结果 具有较好适用性，能够准确地表征漳河上游生态环境质量状况。对 影响最大，最小。研究区生态环境质量整体呈“西南差、东北优”的空间格局，等级以较差和中等为主；研究期内，的区域
3、表现为改善，并以改善个等级为主，其中 年改善最为显著，变化格局呈“整体稳定，局部改变”的特点。不同类型因子的影响力排序为：模型因子地形因子气象因子社会因子经济因子；所有影响因子均表现为协同增强作用，和 的共同作用下对 空间异质性的影响最大。结论漳河上游 年 均值整体呈上升趋势，生态环境质量得到改善，其变化主要驱动因素为绿度和坡度。关键词：改进型遥感生态指数；生态环境质量；时空变化；驱动因素；漳河上游文献标识码：文章编号：（）中图分类号：，文献参数：辛会超，王贺封，张安兵，等 年漳河上游生态环境质量动态监测及驱动因素分析水土保持通报，（）：；，（）：，（.，；.，；.，；.，）：（），（）（）（
4、），“”，“”，：；生态环境是人类赖以生存和发展的基础，是社会经济可持续发展的保障。近年来，随着气候变化和人类活动影响的不断加剧，水土流失、土地退化、环境污染和生物多样性锐减等区域性和全球性生态环境问题日益突出，严重威胁到人们的生活和生产。生态环境质量反映了区域生态环境的优劣程度，是生态系统要素、结构和功能的表征，实时、快速和准确地监测生态环境质量状况对区域生态安全和生态文明建设具有重要意义。早期生态环境质量监测研究的数据来源相对单一，主要为统计和调查资料。近年来，随着遥感技术的快速发展，遥感数据凭借易于获取、实时性强和覆盖范围广等特点，已被广泛应用于生态环境评价方面，如利用植被指数监测城市绿
5、地空间的变化，利用地表温度监测城市热岛效应等，但生态系统受多种影响因素的综合作用，单一指标往往难以准确、全面地表 征 生 态 环 境 质 量 状 况。为 此，徐 涵 秋于 年提出了耦合绿度、湿度、热度和干度的遥感生态指数（，），该指数以客观、全面等优点被应用于区域生态环境质量评价中；同时，一些学者在考虑特定区域生态系统服 务 功 能 的 基 础 上，对 的 指 标 进 行 了 改进 。另外，在 的应用中还存在一些数据质量的问题，如遥感影像易受云量的影响，直接去云会导致数据缺失；同一地区的不同景遥感影像获取时间差异，导致拼接后的影像信息提取质量不高，可比性较差；为避免以上问题，部分学者往往选取云
6、量较少的区域或采用邻近年份代替的方法开展研究 。近年来，随着遥感云计算平台的快速发展，为海量遥感数据的处理和分析提供了可能，其中谷歌地球引擎（，）的应用最为广泛，基于该平台的图像处理技术能够有效的改善遥感影像的多云、色差和时间不一致等问题 。为此，如何获取大范围、低云量和长时序的遥感影像以及建立基于遥感数据的有效指标体系是区域生态环境质量监测与评价的关键所在。漳河上游位于海河流域西南部，地跨山西、河北、河南省，所处地理位置重要，具有调节气候、净化环境和供给淡水等生态服务功能，对当地及其周边范围内人民的生产和生活作用不可替代。近年来，漳河上游受气候变化、农业生产、资源开发以及生态环境保护意识薄弱
7、等因素的影响，水土流失、空气污染等生态环境问题日益突出，严重影响该区域的可持续发展。目前，关于该区域的生态环境质量监测研究较少。鉴于此，本研究以漳河上游为例，基于 平台提供的地表反射率数据集，重构研究区 年最小云量遥感影像，利用构建的改进型遥感生态指数（，）模型对漳河上游生态环境质量进行动态监测，并借助地理探测器模型对研究区生态环境质量空间异质性进行定量归因探讨，揭示其主导驱动因素，以期为漳河上游生态建设相关政策的制定和可持续发展提供科学依据，为地形地貌复杂的流域生态环境质量评价提供参考。研究区概况与数据获取研究区概况漳河上游位于晋、冀、豫省交界处，东经 ，北纬 之间，包括长治市、潞城市和林州
8、市个市区，左权县、屯留县、平顺县等县的全第期辛会超等：年漳河上游生态环境质量动态监测及驱动因素分析部地区以及武安市、昔阳县、平遥县等县市的部分地区（图），西起太岳山，东邻太行山，中间为长治小盆地，地势西北部高东南部低，海拔落差较大，属于温带大陆性季风气候区。地形地貌类型复杂，主要为石质山区、土石山区、黄土丘陵区和河谷平川区。植被分布呈现出明显的地带差异性，流域内水系众多，分为清漳河和浊漳河两条支流，建有的大型水库承担着为附近地区提供生活和工、农业用水的重要角色。图漳河上游地形 数据来源及处理遥感影像来源于 平台提供的 地表反射率数据集（，），该数据集已经过几何校正、辐射校正和大气校正等处理，空
9、间分辨率为，时间分辨率为。利用 调取目标年份（，年）及其前后的月影像，通过云掩膜算法去除有云像元，将得到的无云影像中值合成研究区最小云量影像。气象数据选取中国气象数据网（：）提供的 年漳河上游及其周边个气象站点的月 均 气 温、月 降 水 量 数 据，利 用 反 距 离 加 权 法（，）将其插值为空间分辨率为 的栅格数据。数据为地理空间数据云（：）提供的 数据，坡度和坡向数据通过高程数据计算得到。人口和 数据来源于 年山西省、河北省和河南省统计年鉴，利用空间分析工具将其转换为空间分辨率为 的栅格数据并分级赋值。土地利用数据选取 ，年期 全球地理信息公共产品 ，下载地址为 ：，根据产品数据说明，
10、将其重分类为耕地、林地、草地、水域、建设用地类。其中，上述 数 据 的 处 理 以 及 后 续 的 统 计 分 析 工 作 是 在 ，等软件中进行。研究方法改进型遥感生态指数模型指标计算考虑地形和颗粒物浓度对生态环境的影响，构建包含绿度、湿度、热度、干度、地形和颗粒物浓度指标的漳河上游生态环境质量评价指标体系。其中，由于研究区地形地貌复杂，使得遥感影像存在一定的山体阴影，对植被信息的提取造成影响，而已有研究 表 明 归 一 化 差 值 山 地 植 被 指 数（，）可减弱地形效应，因此绿度指标采用 表示；湿度指标由缨帽变换的湿度分量（）表示；热度指标由地表温度（，）表示；干度指标（，）由裸土指数
11、（，）和建筑指数（，）取平均得到；地形往往通过控制水热和土壤条件影响植被空间分布格局，间接对区域生态系统产生影响，坡度（）通过改变土壤稳定性和渗透能力影响植被的生长状况，因此 地形指标由 表示；已有研究表明颗粒物差值指数（，）可表征浓度的变化，因此颗粒物浓度指标由差值指数 表示，上述指标的具体计算方法见表。另外，为规避水体对主成分载荷分布的影响，采用 水体指数对水体掩膜。模型构建为减小不同指标极值以及其量纲不同所带来的误差，需对以上指标进行标准化处理，计算公式如下：（）式中：为标准化后的指标值；为指标值；为指标最大值；为指标最小值。将已 标 准 化 的 指 标 耦 合 后 进 行 主 成 分
12、分 析（，），可得到各主成分分 量，以 和 的 贡 献 率 作 为 权 重 构 建 模型，其计算公式如下：（，）（）（）式中：为第主成分分量；为主成分分析；为第主成分的贡献率。水土保持通报第 卷表漳河上游生态环境质量各指标计算方法 指 标计算方法绿度（）（）（）（）（）湿度（）热度（）（）干度（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）坡度（）高程数据计算得到颗粒物浓度（）注：为归一化山地植被指数；为地表温度；为归一化裸土指数；为建筑指数；为裸土指数；为差值指数；为对应波段的地表反射率；和 分别为红、近红波段反射率最小值；为传感器处热度值；为中心波长；为常数；为地表比辐射率。下同。为了更好
13、的对比不同研究时段生态环境质量的差异，需将 标准化，使其位于，之间，越接近，表明研究区生态环境质量越好。同时为了直观、定量地分析研究区生态环境质量，以为间隔，将 分为差（），较差（），中等（），良（）和优（）个等级。动态变化分析方法为了研究不同时期生态环境质量的变化情况，利用空间分析方法将不同时期 的分级结果进行叠加分析，提取生态环境质量年际变化和整体变化图斑，其计算公式如下：（）（）式中：为生态环境质量等级年际变化类型代码，和 分别为研究时段内前期和后期的生态环境质量等级值（），其中分别代表差、较差、中等、良和优。为 年生态环境质量等级整体变化类型代码，分别为 ，和 年的生态环境质量等级值。
14、根据计算结果，将整体变化类型划分为种，具体分类标准见表。表 年漳河上游生态环境质量整体变化类型分类 变化类型代 码说 明持续稳定型 ，等级值一直未变波动稳定型 ，等首尾等级值未变，中间可增可减，但不可不变持续改善型 ，等级值持续增加波动改善型 ，等首等级值低于尾，中间可增可减，亦可不变持续退化型 ，等级值持续减少波动退化型 ，等首等级值高于尾，中间可增可减，亦可不变地理探测器地理探测器是一种探测变量空间分异性以及揭示其背后驱动因子的统计学方法，其可定量刻画自变量对因变量的影响力以及多个变量间的相互作用，已被广泛应用于生态环境评价领域 。本研究采用因子探测器和交互探测器对漳河上游生态环境质量进行
15、驱动因素分析。（）因子探测器。通过值的大小来衡量不同因子对漳河上游生态环境质量空间分异性的影响力，计算公式如下：（）式中：为因子的层数；和分别为层和漳河上游全域的样本数；和分别为层和漳河上游全域 的方差；的值域为，值越大，表示该因子对 的影响越大。第期辛会超等：年漳河上游生态环境质量动态监测及驱动因素分析（）交 互 探 测 器。探 测 因 子 的 交 互 作 用 对 的影响是起增强还是减弱作用，或相互独立，共分为 种情况：若（）（），（），则为非线性减弱；若 （），（）（）（），（），则为单因子非线性减弱；若（）（），（），则为双因子增强；若（）（）（），则为相互独立；若（）（）（），则为非线
16、性增强。影响因子选取与信息提取已有研究表明，自然因子如气温降水、地形地貌等以及社会经济因子如 、人口等均在一定程度上影响着区域生态环境质量 。鉴于此，本文以统计资料和遥感数据为基础，考虑到指标选取的代表性、科学性和系统性等原则，选取涵盖气象、社会、经济、地形和模型个方面共 种影响因子（表），探测其对漳河上游生态环境质量的影响。利用创建渔网工具生成研究区 个 格网，将其中心点作为采样点提取对应数据的信息。同时采用自然断点法将年均气温、年降水量、人口、及高程分为个等级，将坡向分为 个等级，将 ，及 分为个等级。结果与分析 模型的适用性分析为了验证构建的 模型适用性，采用主成分分析、相关性分析和建模分析等方法分别探讨不同年份各指标与 的关系。表漳河上游生态环境质量影响因子 类型因子指标类型因子指标气象年均气温模型 年降水量 社会人口 人 经济 元 地形高程 坡向 主成分分析根据主成分分析结果（表）可知，年 的 贡 献 率 分 别 为 ，和 ，的贡献率之和分别为 ，和 ，表明前两个主成分包含了个指标的大部分信息。此外，在 所选的个指标中，绿度指标（）、湿度指标（）和地形指标（）在，中载荷值均为
