基于遙感生態(tài)指數(shù)的深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化動態(tài)分析

陳麗萍，曾鏝蓉

（惠州學(xué)院 地理與旅游學(xué)院，廣東 惠州 516007）

中國社會經(jīng)濟高速發(fā)展的過程中，城市化較之過去取得了顯著成績，它能夠放大經(jīng)濟效益，也對生態(tài)環(huán)境造成一定影響。生態(tài)環(huán)境作為人類賴以生存和發(fā)展的基本條件［1］，其質(zhì)量的好壞與人類生存的質(zhì)量休戚相關(guān)，且在保持社會經(jīng)濟平穩(wěn)快速發(fā)展方面占據(jù)重要地位。所以，在加快我國實現(xiàn)城市化的基礎(chǔ)上，保障生態(tài)環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中有升，是影響我國可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

遙感技術(shù)發(fā)展至今，憑借其大區(qū)域多方位探測、時效性高、準(zhǔn)確且低成本優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域［2］。建立生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化動態(tài)監(jiān)測和綜合評價技術(shù)，除了要多方面系統(tǒng)的描述生態(tài)系統(tǒng)中緊密相連的多個成分，還要考慮普遍性和適用性原則［3］。鑒于此，徐涵秋［4］提出了遙感生態(tài)指數(shù)（Remote Sensing Based Ecological Index，RSEI），基于遙感技術(shù)，利用易于獲取的數(shù)據(jù)計算研究區(qū)內(nèi)4個綜合評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好壞的生態(tài)因子：綠度、濕度、干度和地表溫度，最終選用各指標(biāo)權(quán)重由系統(tǒng)自動確定的主成分分析方法，構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)綜合評價模型，以實現(xiàn)快速監(jiān)測且定量評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化，并具有較高的客觀性。

1999 年，從高志強等［5］提出層次分析法賦值權(quán)重用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價開始，諸多學(xué)者在此基礎(chǔ)上進行了改進。如張增祥等［6］利用RS 和GIS 結(jié)合，提出環(huán)境綜合指數(shù)評價體系對區(qū)域環(huán)境狀況進行評價，提高了結(jié)果精度；徐涵秋［4］首次提出通過主成分分析法集合4 個評價指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價體系，其完全基于遙感數(shù)據(jù)。國外PAULEIT［7］采用土地覆被變化對城市化發(fā)展進行評估；ESTOQUE等［8］通過遙感數(shù)據(jù)分析地表溫度與大范圍區(qū)域綠度、不透水面和空間格局之間的關(guān)系?？梢?，通過綜合分析與生態(tài)環(huán)境存在密切關(guān)聯(lián)的評價指標(biāo)，是一種較科學(xué)的定量分析方法。

目前，更多學(xué)者把目光聚集于對城市建設(shè)發(fā)展的研究，而對深圳市城市發(fā)展過程中生態(tài)環(huán)境問題研究方面則較少。前人對于生態(tài)環(huán)境的研究更多地傾向于單一的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)或限制在小范圍的區(qū)域生態(tài)變化［9］，對深圳市大范圍、多指標(biāo)、多時相的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測與評估方面的有關(guān)研究成果還不多見。因此，本文基于遙感生態(tài)指數(shù)RSEI綜合分析深圳市2001—2017 年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化情況，力求為深圳市的生態(tài)環(huán)境防治與可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)，同時也進一步驗證了RSEI的適用性與有效性。

1 研究區(qū)概況

圖1 是深圳市行政區(qū)劃圖。深圳市下轄寶安區(qū)、南山區(qū)、福田區(qū)、龍華區(qū)、光明區(qū)、羅湖區(qū)、龍崗區(qū)、鹽田區(qū)、坪山區(qū)9個行政區(qū)和大鵬新區(qū)1個功能區(qū)。深圳市作為全國性經(jīng)濟中心城市、粵港澳大灣區(qū)四大中心城市之一，總面積約為1 997.47 km2，是我國華南地區(qū)的重要城市。其地理位置為113°46′E 至114°37′E，北緯22°27′N至22°52′N，常住人口為1 302.66萬人，其中城鎮(zhèn)人口為1 302.66 萬人，城鎮(zhèn)化率100%，是中國第一個實現(xiàn)全部城鎮(zhèn)化的城市。深圳市屬亞熱帶海洋性氣候，夏季高溫多雨，盛行偏東南風(fēng)，其余季節(jié)較為干燥，盛行東北季風(fēng)，年平均氣溫22.4 ℃［10］。在深圳市經(jīng)濟高速發(fā)展和人口數(shù)量迅猛增長的過程中，建成區(qū)面積持續(xù)攀升，從而引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題愈加嚴(yán)重。為此，本研究選取深圳市為研究區(qū)。

圖1 深圳市行政區(qū)劃圖

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)及預(yù)處理

選用美國UGUS 網(wǎng)站（https：//eros.usgs.gov/）提供的6 景Landsat 系列遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，2001、2009年選用Landsat 5 TM 影像，2017 年選用Landsat 8 OLI影像，影像空間分辨率均為30 m（表1）。為減少影像因季節(jié)與植被生長狀態(tài)差異而導(dǎo)致誤差，本研究選取季節(jié)相同，成像時間相差不大且研究區(qū)少云覆蓋且質(zhì)量完好的遙感影像，以確保研究結(jié)果具有良好的可比性。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)集

美國UGUS網(wǎng)站提供的衛(wèi)星影像已經(jīng)經(jīng)過系統(tǒng)的輻射校正和幾何校正［11］，但因為地形、光照和大氣等方面存在差別，在一定程度上會對各指標(biāo)和遙感生態(tài)指數(shù)計算的精準(zhǔn)性造成干擾，因此，在使用數(shù)據(jù)前需對其進行輻射定標(biāo)、大氣校正等預(yù)處理。影像預(yù)處理的主要過程如下：首先在ENVI 5.3 軟件平臺上對6 景影像分別進行輻射定標(biāo)；其次對輻射定標(biāo)后的影像進行快速大氣校正，目的是消除大氣和光照等因素給地物反射帶來影響［12］；最后利用ENVI 5.3將大氣校正后的各期影像進行鑲嵌，再用ArcGIS 10.6將提取得到的深圳市行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)文件對鑲嵌結(jié)果進行裁剪處理。數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線圖如圖2。

圖2 技術(shù)路線圖

2.2 遙感生態(tài)指數(shù)評價模型

RSEI 指數(shù)是由徐涵秋［4］提出的，一種常被用于綜合反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的新型遙感生態(tài)指數(shù)。該指數(shù)通過主成分變換來集成4個與人類生存相關(guān)的重要指標(biāo)，分別為綠度、濕度、干度和熱度。其中，綠度、干度、濕度和熱度分別用歸一化植被指數(shù)（NDVI）、干度指數(shù)（NDBSI）、纓帽變換的濕度指數(shù)（WET）和地表溫度（LST）來代表。2006 年，國家環(huán)境保護部融合生物豐度、水網(wǎng)密度、植被覆蓋、土地退化和環(huán)境質(zhì)量等多個指標(biāo)，頒布了生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（Ecological Index，EI）［13］，并取得了良好的研究成果。然而，現(xiàn)實因素和地域的不同易使得同一指標(biāo)的權(quán)重產(chǎn)生主觀差異。差別于EI指數(shù)的主觀因素影響，RSEI完全基于遙感技術(shù)，讓權(quán)重賦權(quán)不必按照傳統(tǒng)的人為方式，而是以指標(biāo)本身特性和對第一主成分的貢獻度的方式實現(xiàn)多元指標(biāo)的客觀賦權(quán)［14］，其優(yōu)點主要在于能對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量做出快速且客觀定量評價的同時，還可以對它進行可視化。RSEI遙感生態(tài)指數(shù)表達式：

2.3 評價指標(biāo)構(gòu)建

2.3.1 綠度指標(biāo)NDVI

歸一化植被指數(shù)NDVI是應(yīng)用最廣泛的植被指數(shù)，它不僅是反映地表植被覆蓋狀況和營養(yǎng)信息的關(guān)鍵參數(shù)之一，而且對植物生物量、葉面積指數(shù)以及植被覆蓋度都有著重要影響［15］，常被用于檢測植物的生長狀況。因此，本研究選用NDVI來表示綠度指標(biāo)。

2.3.2 濕度指標(biāo)WET

纓帽變換是一種基于多波段的正交線性變換，能有效地壓縮數(shù)據(jù)和去除多余信息，經(jīng)降維變換后得到的濕度分量能反映地表植被、水體和土壤的濕度情況，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中被普遍應(yīng)用［16］。因此，本研究的濕度指標(biāo)由經(jīng)過纓帽變換后得到的濕度分量WET 來表示，受影像傳感器的影響，Landsat 5 TM影像和Landsat 8 OLI影像計算濕度指標(biāo)的參數(shù)有一定差異，公式為：

其中：1、2、3、 4、5、 7分別代表Landsat 5 TM 影像的1~6 波段的反射率和Landsat 8 OLI 影像的2~7波段的反射率，W ETTM與 WETOLI分別為Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI影像濕度。

2.3.3 干度指標(biāo)NDBSI

研究區(qū)包括建成區(qū)及部分裸土，本研究選用建筑指數(shù)IBI和裸土指數(shù)SI共同構(gòu)建的“建筑—裸土指數(shù)”代表干度指標(biāo)NDBSI，計算公式見參考文獻［3］。

2.3.4 熱度指標(biāo)LST

隨著熱污染對人民的身體健康造成的危害越來越引起重視，熱度指標(biāo)已成為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中重點關(guān)注的對象。熱度指標(biāo)由地表溫度來代表，而目前地表溫度反演算法主要包括大氣校正法、單窗算法和分裂窗算法3 種，其中，大氣校正法較為成熟。因此，本研究的熱度指標(biāo)由基于大氣校正法反演的地表溫度LST來表示，計算公式如下：

其中，L6/10分別表示Landsat 5 TM 影像第6 波段或Landsat 8 OLI 影像第10 波段在ENVI 進行輻射定標(biāo)；V 表示植被覆蓋度；N DVIsoil取經(jīng)驗值0，表示小于等于0 時區(qū)域沒有植被覆蓋；N DVIveg取經(jīng)驗值0.7，表示大于等于0.7 時為純植被覆蓋區(qū)域；esurface和 ebuilding分別表示自然表面和城鎮(zhèn)區(qū)像元比輻射率，另水體像元比輻射率為0.995；B（LST）表示黑體輻射亮度值；d、u、t 分別表示大氣下行輻射、大氣上行輻射和大氣透過率，均通過NASA 公布的網(wǎng)站（http：//atmcorr.gsfc.nasa.gov/）查詢得到；LST 表示地表溫度；1和2均從影像頭文件MTL.TXT 獲取，對于TM 影像和OLI 影像：K1= 607.76，K2= 1260.56和1=，K2= 1201.14。

2.4 遙感生態(tài)指數(shù)構(gòu)建

鑒于各指標(biāo)的量綱存在差異，在做主成分之前需對以上所求得NDVI、WET、NDBSI 和LST 指標(biāo)分別進行歸一化處理，將指標(biāo)值規(guī)范到［0，1］之間，以削弱影像因時間差異帶來的影響，避免量綱不同引起結(jié)果的權(quán)重失衡［17］。同時，為了避免極端值對歸一化的影響，選取累計百分比在2%和98%時的DN值作為置信區(qū)間，并將區(qū)間外的數(shù)據(jù)設(shè)置為最值，對各指標(biāo)歸一化公式如下：

其中：NIi表示歸一化后的指標(biāo)值；Ii表示該指標(biāo)在像元i的值 ；I分 別表示該指標(biāo)的最大值和最小值。

2.5 主成分分析

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種采用正交線性變換將多波段圖像信息壓縮到比原來波段更有效的少數(shù)幾個相互獨立波段中的多維數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，可以有效去除波段間的冗余信息，最大優(yōu)點是根據(jù)累計方差百分比來確定各個主成分的排序，避免計算中各指標(biāo)權(quán)重因人而異、因單一因素片面性帶來的結(jié)果偏差，能更為準(zhǔn)確的衡量生態(tài)環(huán)境質(zhì)量［18］。因此，本研究通過主成分分析法綠度、濕度、干度和熱度4 個指標(biāo)，將其主要特征集中在第一主成分上，以此來構(gòu)建遙感生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)RSEI。為使主成分分析結(jié)果中好的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量條件由PC1大的數(shù)值表示，用1 減去PC1 來獲得未歸一化的初始生態(tài)指數(shù)RSEI0，即：

同樣，為了便于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)度量和對比分析，需要進一步對RSEI0歸一化處理，使其結(jié)果處于［0，1］之間，公式如下：

其中：RSEI 表示最終構(gòu)建的遙感生態(tài)指數(shù)，它的值越大反映該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好，反之則生態(tài)環(huán)境越差。

2.6 遙感生態(tài)指數(shù)評價

本研究用相關(guān)系數(shù)評價RSEI 既能綜合反映研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的準(zhǔn)確性和全面性，又能檢驗評價模型的適宜性憑借分析RSEI 與4 個指標(biāo)間的平均相關(guān)度。若各分量指標(biāo)的平均相關(guān)系數(shù)低于RSEI 的平均相關(guān)系數(shù)，則表示RSEI 集中了各分量指標(biāo)特征，能全面描述研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量［19］。相關(guān)系數(shù)值越接近1，相關(guān)程度越大，表示RSEI 的綜合代表度越高，則模型的適宜性也就越強。平均相關(guān)系數(shù)計算公式如下：

3 結(jié)果與分析

3.1 遙感生態(tài)指數(shù)評價模型檢驗

為檢驗遙感生態(tài)指數(shù)RSEI的綜合代表性，計算得到同時期RSEI、NDVI、WET、NDBSI和LST相互間的相關(guān)系數(shù)（表2），然后選用平均相關(guān)度對模型的適用性進行檢驗。從表2 可以看出，就指標(biāo)分量而言，4 個指標(biāo)分量中平均相關(guān)度最高的為干度指標(biāo)，2001、2009、2017 年平均相關(guān)系數(shù)分別為0.714 4、0.780 4、0.867 2，平均值為0.787 3；熱度指標(biāo)平均相關(guān)度最低，2001、2009、2017 年平均相關(guān)系數(shù)分別為0.471 8、0.603 7、0.706 3，平均值為0.593 9。集合各指標(biāo)分量可知3 期的RSEI與各項指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)均值為0.863 3，均高于4 個分指標(biāo)的平均相關(guān)系數(shù)，比單指標(biāo)相關(guān)性最高的干度指標(biāo)高9.65%，比最低的熱度指標(biāo)高出45.36%，比4 個指標(biāo)的平均值（0.671 7）高28.52%。顯然，遙感生態(tài)指數(shù)RSEI與各指標(biāo)分量間的相關(guān)度更高，可見RSEI綜合反映深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量更準(zhǔn)確。

表2 深圳市遙感生態(tài)指數(shù)各指標(biāo)與RSEI的相關(guān)系數(shù)矩陣

3.2 主成分分析結(jié)果

由表3可以看出：（1）研究區(qū)2001—2017年的第一主成分PC1 特征值分別為0.148 2、0.177 6、0.268 3，特征值貢獻率分別為71.28%、78.17%和86.94%，各年間的PC1 的累計貢獻率均超過70%以上，表明PC1 集合了4個指標(biāo)的主要特征，同時各指標(biāo)載荷值較為穩(wěn)定；（2）在第一主成分中，代表綠度的NDVI 和代表濕度的WET始終呈正值，說明它們對深圳市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有良好的促進作用，這符合實際情況。正常情況下綠度和濕度提升，表明地表植被覆蓋率越高，土壤與植被的含水量越大，生態(tài)環(huán)境越佳；而代表干度的NDBSI和代表熱度的LST 始終呈負值，說明它們起消極負面作用，熱度指標(biāo)越高，表明地表溫度越高；干度指標(biāo)越大，表明裸土和建筑用地等干化越嚴(yán)峻，表示生態(tài)環(huán)境越差，這也符合實際情況；（3）對于PC2-PC4 這后3 個主成分，其4個生態(tài)指標(biāo)呈現(xiàn)忽正忽負的變化趨勢，欠缺充足的結(jié)果解釋力，因此，相較于后3 個主成分，基于第一主成分構(gòu)建的RSEI模型能夠合理、定量地對深圳市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化情況進行解釋，其值越高代表生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好。

表3 深圳市主成分分析結(jié)果

3.3 深圳市遙感生態(tài)指數(shù)的時空變化

表4是各年份綠度、濕度、干度和熱度指標(biāo)以及遙感生態(tài)指數(shù)RSEI 的均值變化情況。據(jù)表4 可知，2001—2017年3期RSEI均值分別為0.432 4，0.474 7，0.532 5，呈現(xiàn)增長的趨勢，再對比2001 年均值發(fā)現(xiàn)，2017 年均值增長了24.43%，表明深圳市17年間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在持續(xù)改善。2009—2017 年RSEI 上升了12.18%，與2001—2009 年的增長幅度（9.78%）相比，2009—2017年增長幅度較大，說明在2009—2017年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善程度較大，總之，深圳市17 年間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈穩(wěn)中向好趨勢。

表4 深圳市遙感生態(tài)指數(shù)各指標(biāo)與RSEI的均值變化

分析各分量的指標(biāo)值發(fā)現(xiàn)，在2001—2017 年期間，干度和熱度指標(biāo)值呈總體下降，雖然2009 年熱度有所提升，但相較于其他3個分指標(biāo)，熱度在各年間對PC1 的載荷值均為最低；綠度和濕度指標(biāo)值則呈總體上升，但在2009—2017年期間，綠度指標(biāo)值下降，這是因為在城市建設(shè)擴張過程中，農(nóng)用地和未利用地被占用，破壞了其表面覆蓋的植被，導(dǎo)致植被面積持續(xù)減少。干度對PC1載荷的絕對值最大，究其原因，研究期間正值深圳市工業(yè)化高速發(fā)展時期，建筑用地面積增大，而干度指標(biāo)反映了區(qū)域建設(shè)用地變化，表明城市規(guī)劃建設(shè)在城市生態(tài)環(huán)境中占據(jù)重要地位，特別是城市建設(shè)用地的大幅擴張已成為影響深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

為進一步對RSEI 進行定量化和可視化分析，以0.2為間隔分別將3期RSEI的結(jié)果分為5個（1、2、3、4、5）生態(tài)等級，數(shù)值區(qū)間分別為（0，0.2）、（0.2，0.4）、（0.4，0.6）、（0.6，0.8）、（0.8，1.0），分別代表生態(tài)差、較差、中等、良和優(yōu)5個生態(tài)等級（圖3，圖中白色部分為掩膜掉的水體）。

圖3 深圳市不同年份的遙感生態(tài)指數(shù)分級圖

圖3 中，用紅、藍色代表生態(tài)等級差（1 級）和較差等級（2級），生態(tài)環(huán)境狀況處于中等水平（3級）用黃色顯示，生態(tài)等級為良（4級）和優(yōu)（5級）的則采用綠色代表，其中綠色越深表明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好。由圖3 可以看出，2001一2009年深圳市的生態(tài)環(huán)境分級主要為紅、藍色，但淺綠、深綠色在逐年增多，到2017 年深圳市的生態(tài)環(huán)境分級主要為深綠色，藍色大幅減少。表示生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好的淺綠、深綠色主要分布在深圳市西部城市邊緣和集中建設(shè)用地外圍地區(qū)及東南部區(qū)域，主要是因為這些地區(qū)高強度和高密度開發(fā)建設(shè)較少，存在較多森林等綠植覆蓋，與東南地區(qū)多為山地、丘陵分布相同，都有較高的植被覆蓋率，且這些區(qū)域人為影響相對較弱。深圳市內(nèi)紅、藍色區(qū)域基本分布在城市建設(shè)用地和城郊小面積裸土，再結(jié)合3 期影像可以發(fā)現(xiàn)，城市核心區(qū)的建筑范圍在2001—2017年大幅擴張，主要是深圳市的經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，城市化建設(shè)快速發(fā)展。

統(tǒng)計各等級的面積和所占比例，結(jié)果見表5?？梢园l(fā)現(xiàn)，2001年RSEI等級為1、2、3級的區(qū)域面積占比均大于20%，分別為24.41%、26.64%、20.28%，其中1級和2級兩者比例接近且相對較大，表明2001年RSEI等級以1~3 級為主，深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體較差。2009 年，深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到良好改善，生態(tài)等級為2 級的區(qū)域面積大幅削減，占比由26.64%下降至21.99%；4~5 級區(qū)域面積明顯增加，其中4 級區(qū)域面積由2001 年的285.08 km2上升到2009 年的369.43 km2，上升幅度為25.91%，5 級區(qū)域面積由2001 年的235.31 km2上升到2009 年的338.48 km2，上升幅度為39.81%。對比2009 年和2017 年后發(fā)現(xiàn)變化幅度減少，1~4級區(qū)域面積占比均呈小幅度下降趨勢，僅5 級區(qū)域面積占比攀升至31.69%。但相較于2001 年深圳市生態(tài)級別為優(yōu)良的面積比例為28.89%，2017 年上升至46.10%，增加了17.21%，表明近17 年來，深圳市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到了有效改善。而5 級區(qū)域面積占比上升18.73%，3 級、4 級區(qū)域面積占比分別降低了6.89%、1.47%，這是由于深圳市部分區(qū)域從3級、4級轉(zhuǎn)至5級所致。綜上所述，深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著改善的同時具有全方位、深層次的生態(tài)防制特點。

表5 深圳市2001—2017年生態(tài)等級和面積變化

3.4 深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測

為了實現(xiàn)深圳市近17年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測，在基于RSEI 指數(shù)5 個等級劃分的基礎(chǔ)上，對深圳市3期RSEI 等級進行差值分析，其中：RSEI 等級差值為正代表生態(tài)環(huán)境狀況改善的區(qū)域，生態(tài)環(huán)境狀況惡化的區(qū)域用RSEI等級負差值表示；生態(tài)變好的地區(qū)用黃綠色表示，顏色越綠表示生態(tài)環(huán)境改善越明顯；生態(tài)環(huán)境變差的地區(qū)用紅藍色表示，顏色越紅表示生態(tài)環(huán)境惡化越嚴(yán)重；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量沒有變化的地區(qū)則用橙色來表示（圖4）。

圖4 2001—2017年深圳市RSEI等級變化空間分布

表6 為2001—2017 年深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化統(tǒng)計表。根據(jù)表6 可知，2001—2017 年，研究區(qū)有1 197.19 km2的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好，占比67.46%，其中，以改善1級為主，面積達734.68 km2；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量沒有明顯變化的面積為19.77 km2，占比1.11%；有557.78 km2的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變差，占比31.44%，其中，以惡化1 級為主，面積為437.97 km2。惡化區(qū)域主要集中于寶安區(qū)、光明區(qū)、龍華區(qū)、龍崗區(qū)和坪山區(qū)，主要是由于城市建設(shè)擴張，城區(qū)面積逐年增長，森林等大面積綠色植物的消失。但整體來看，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的面積比例明顯大于惡化的面積比例，說明隨著近十幾年深圳市經(jīng)濟的高速發(fā)展，區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈好轉(zhuǎn)趨勢，但極個別區(qū)域存在惡化的現(xiàn)象。分階段來看，2001—2009年間有61.49%的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量轉(zhuǎn)好，37.32%的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降；而2009—2017 年間，上升至66.36%的區(qū)域轉(zhuǎn)好，生態(tài)環(huán)境惡化區(qū)域占比下降至32.36%。研究發(fā)現(xiàn)，2009年作為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的一個轉(zhuǎn)折點，生態(tài)環(huán)境惡化區(qū)域從年均增長4.15%下降為3.60%。因而可知，從2009 年開始，隨著生態(tài)文明建設(shè)的日益加強，人們愈發(fā)重視累積顯現(xiàn)的環(huán)境問題，有效減輕了經(jīng)濟和城市化快速發(fā)展給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來的巨大壓力。

表6 深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化統(tǒng)計

3.5 深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化成因分析

2001—2017 年間，深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體呈持續(xù)提升趨勢，有賴于該市對生態(tài)環(huán)境防治與建設(shè)的增強，主要從以下3方面表現(xiàn)：

（1）生態(tài)區(qū)綠化水平的提高，生態(tài)資源管護得到鞏固。研究區(qū)的福田區(qū)、羅湖區(qū)、南山區(qū)和鹽田區(qū)，作為國家生態(tài)區(qū)對保持、推動城市生態(tài)系統(tǒng)的安全長遠發(fā)展而言意義突出。政府制定完善措施，重點推行了綠色生態(tài)廊道建設(shè)和國土綠化工程，一方面，提高水源涵養(yǎng)，達到有效的保水保土；另一方面，加快實現(xiàn)景觀經(jīng)濟林帶的建設(shè)，提高了城鎮(zhèn)森林化率和荒山綠化率。至2017 年，深圳市森林覆蓋率已達41.52%，建成區(qū)綠化覆蓋率達到45.10%，其生態(tài)建設(shè)取得明顯成效。

（2）制度建設(shè)加強，大力弘揚生態(tài)文化，形成有利于資源節(jié)約和環(huán)境保護的制度安排和利益導(dǎo)向，為提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)文明建設(shè)提供有力的法治保障。深圳市出臺的《深圳市綠地系統(tǒng)規(guī)劃（2004—2020）》和《深圳市基本生態(tài)控制線管理規(guī)定》，一邊大幅提升綠化管理法制化、規(guī)范化水平，一邊嚴(yán)厲打擊破壞森林資源和野生動植物資源違法犯罪活動，加強自然保護區(qū)管理和生態(tài)效應(yīng)。

（3）在大力發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟的同時，加快經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，進一步提高第三產(chǎn)業(yè)占生產(chǎn)總值比例。2017 年深圳市將第三產(chǎn)業(yè)在地區(qū)生產(chǎn)總值中占比提升到58.48%，對應(yīng)著基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境治理方面獲得更多的資源投入。另外，深圳市積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，強力推進環(huán)保產(chǎn)業(yè)和清潔生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，加快一些工業(yè)區(qū)的循環(huán)改造速度，促使研究區(qū)的資源利用效率得到提高。

4 結(jié)論

對深圳市2001、2009、2017年共3期遙感影像分析了深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化。依靠主成分分析法耦合與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在著緊密相關(guān)性的4 個生態(tài)指標(biāo)：綠度、濕度、干度和熱度，得出第一主成分與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的特征關(guān)系，為了進一步研究深圳市內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況，再將各年份遙感生態(tài)指數(shù)RSEI劃分為5個等級進行分析，然后差值分析出生態(tài)環(huán)境質(zhì)量各個等級變化，最后通過結(jié)合4 個生態(tài)因子和RSEI 的均值及對PC1 的載荷值分析，發(fā)現(xiàn)近十幾年深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量取得了顯著成效。

（1）RSEI能有效地將各指標(biāo)特征信息集合在第一主成分上，其優(yōu)點主要在于更能綜合、全面地反映區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。用NDBSI代表的干度指標(biāo)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量起消極負面作用，在對PC1 載荷的絕對值中一直保持最大，而作為反映區(qū)域建設(shè)用地變化的干度指標(biāo)，說明了城市規(guī)劃建設(shè)在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中扮演重要角色，為促進自然和社會的科學(xué)可持續(xù)發(fā)展，城市規(guī)劃應(yīng)更多地融入生態(tài)理念。

（2）在2001—2017 年間深圳市遙感生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)RSEI呈現(xiàn)的均值分別為0.432 4、0.474 7、0.532 5，說明深圳市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體呈上升趨勢，其中，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的區(qū)域面積占比達67.46%，31.44%的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化。RSEI等級為1~4級面積所占比例均下降是由于隨著高度重視生態(tài)環(huán)境保護，部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況轉(zhuǎn)至5級（優(yōu)）所致，此時5級的面積由2001 年的235.31 km2增加到2017 年的590.68 km2，增長度數(shù)達151%。

（3）主成分分析結(jié)果表明，綠度和濕度指數(shù)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為正反饋作用，干度及熱度指數(shù)則為負反饋作用。研究結(jié)果表明，綠度對PC1的載荷值越大，則抑制干度對PC1 載荷的絕對值變大，這表明要對城市生態(tài)環(huán)境進行改善，即要遏制城市過度擴張，又要加強生態(tài)建設(shè)和自然植被恢復(fù)，而構(gòu)建森林城市則是重中之重。

本研究利用主成分分析法確定各項指標(biāo)權(quán)重，雖減免了人為因素的干擾，但存在一定的不足之處，首先是通過閾值設(shè)定對水體信息的提取方面考慮不夠全面，如閾值高易使細小水體信息丟失，閾值低則會誤提取出其他地物信息；其次是全球氣候變化及人類活動對于研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的具體影響過于龐雜，這些可能會在一定程度上對數(shù)據(jù)精度造成影響，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。以上問題都有待后續(xù)的研究工作中改進探索。