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基于遥感的上海市宝山区海岸带生态资产评估苏盼盼解读

 第4期2011年7月华东师范大学学报(自然科学版)Journal of East China Normal Universit(Natural Science)No.4 Jul.2011

文章编号:

1000-5641(2011)04-0075-

08基于遥感的上海市宝山区海岸带生态资产评估

苏盼盼1, 过仲阳1, 叶属峰

2,3(1.华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海 200062;

2.海洋赤潮灾害立体监测技术与应用国家海洋局重点实验室,上海 200090;

3.国家海洋局东海标准计量中心,上海 200080

)摘要:

运用上海市宝山区海岸带遥感数据、DEM数据和气象数据,

基于研究区域生态系统服务功能具体情况建立了海岸带生态资产评估的指标体系.利用改进的月总太阳辐射模型和基于遥

感的生态资产计算方法,对宝山区海岸带的生态资产进行了评估.结果表明:

1998年、2005年和

2008年上海市宝山区海岸带生态资产总量折合人民币分别为3.226×109元、2.292×10

9元和3.075×109元;1998年到2005年减少了28.94%,年均减少4.13%;2005年到2008年增加了

34.16%,年均增加11.39%.湿地在海岸带生态资产总量中具有巨大的贡献,1998年占

92.47%,2005年占89.91%,2008年占92.92%.

驱动力分析表明:

人口增长、城市规划等社会经济因素和气温、降水、植被覆盖等自然环境因素变化是影响宝山区海岸带生态资产变化的主

要因素.

关键词:

生态资产; 植被净第一性生产力(NPP); 海岸带

中图分类号:

P407.8  文献标识码:

A  DOI:

10.3969/j

.issn.1000-5641.2011.04.009 收稿日期:

2010-

05 基金项目:

2008年海洋行业公益性科研专项经费资助项目(200805080) 第一作者:

苏盼盼,女,硕士研究生,研究方向为数据挖掘.E-mail:

supanpan.g

is@163.com. 通讯作者:

过仲阳,男,教授,研究方向为数据挖掘.E-mail:

zyg

uo@geo.ecnu.edu.cn.Assessing the ecological assets in coastal zone using 

remotesensing data:

a case study 

of Baoshan,ShanghaiSU Pan-pan1, GUO Zhong-yang1, YE Shu-feng2,

3(1.Key Laboratory 

of Geographic Information Science Ministry,East China Normal University,Shanghai 200062,China;2.Key Laboratory of Marine Integrated Monitoring 

and Applied Technologies of Harmful Algal Blooms,State Oceanic Administration,Shang

hai 200090,China;3.East China Sea Center of Standard and Metrology,State Oceanic Administration,Shang

hai 200080,China)Abstract:

 With remote sensing 

data,DEM and meteorological data of the coastal zone in Baos-han,Shanghai,we built a coastal indicators system for ecolog

ical assets assessment based on thesp

ecific ecosystem service of the area.Moreover,we evaluated ecological assets in coastal zone ofBaoshan based on an improved total solar radiation model and an ecolog

ical total assets model.The results show that total ecological assets in coastal zone of Baoshan are,respectively

,3.226×109¥,2.292×109¥and 3.075×109¥in 1998,2005 and 2008;it decreases 

28.94%and

华东师范大学学报(自然科学版)2011年has an average 4.13%reduction per y

ear from1998 to 2005,and increases 34.16%and has anaverage 11.39%rise per y

ear from2005 to 2008.At the same time,the wetland has dominantcontribution for the ecological assets in coastal zone,accounting 

for 92.47%in1998,89.91%in2005 and 92.92%in2005,respeclively.With driving 

force analysis,we find that socio-economicfactors like population growth,urban planning,and natural factors such as temp

erature,precipi-tation and vegetation,are the main reasons for the change of ecolog

ical assets in coastal zone ofBaoshan,Shang

hai.Key 

words:

 ecological assets; net primary production(NPP); coastal zone0 引  言

生态资产是自然资产和生态系统服务功能的相互结合与统一,自从20世纪90年代绿色GDP提出以来,生态系统的服务功能越来越受到人们的重视.1997年,Constanza等建立

了基于遥感的生态系统评估的指标体系后[1],越来越多的学者也开始进行生态资产的研究.

陈仲新等在2000年测算出中国生态系统效益的总价值是7.783×10

12元人民币/年(以1994年人民币为基准),占全球总量的2.17%[2];陈百明等于2003年分别计算了各省、

直辖市、自治区森林生态系统、草地生态系统和湿地生态系统的生态资产价值,得出全国的生态

资产价值总量为9.410×1013元人民币[3];潘耀忠等于2004年在传统的生态学生态资产单

位面积价值研究的基础上,提出了基于遥感定量测量的生态资产价值评估模型[4];朱文泉等

测得中国陆地生态系统1992年、1995年及2000年的生态资产分别是8.148×10

12元、1.086×1013元和1.244×1013元人民币,且得出20世纪90年代以来中国陆地生态系统的生

态资产呈上升趋势,其最大值的空间分布也明显向南移动,总体变化率在20%左右[5];

孙洪泉等在2008年利用遥感定量测量的方法对长三角地区1995年和2005年的生态资产进行

了评估,得到了长三角地区的生态资产布局并对其分布状况进行了分析[6].

以上研究大都是基于陆地生态系统,海岸带是陆地和海洋相交接的地区,一般定义为大

陆架以上的潮间带和潮下带以及相邻的离海岸线100 

km以内的内陆[7].本文的研究区域为海岸线向内陆延伸10 

km的区域.根据宝山区海岸带自身的区域特点,我们将生态系统分为耕地生态系统、

林地生态系统、灌木生态系统、水体生态系统、湿地生态系统和建设用地生态系统六大类.根据海岸带生态系统的特点,我们建立了海岸带生态资产评估的指标体系和基于遥感的海岸带生态资产计算模型,并对宝山区海岸带1998年、2005年和2008年的生态资产状况进行评估.同时,分析了宝山区海岸带生态资产的空间分布状况和时空变化格局,最后通过驱动力分析得到影响海岸带生态资产变化的主要驱动力因子.研究成果可为宝山区海岸带的可持续发展提供科学依据.

1 研究区域概况

海岸带是陆地、海洋和大气相互作用的地区.宝山区海岸带位于上海市宝山区沿海地带,处于长江三角洲东北角前沿,黄浦江与长江汇合处.该地区年平均气温17.2℃,属于北亚热带季风性气候,四季分明,日照充分,雨量充沛.同时,宝山区海岸带工业发达,经济发展迅速,是中国重要的钢铁基地之一.

67

第4期苏盼盼,等:

基于遥感的上海市宝山区海岸带生态资产评估2 生态资产评估所需参数及计算方法

(1)遥感影像数据及其预处理 三景上海市宝山区海岸带Landsat 

TM数据,分别接收于1998年2月、2005年11月和2008年3月,精度为30 m×30 

m.对遥感影像数据进行大气校正和几何校正后,根据研究区的实际情况,将宝山区海岸带分为六类生态系统:

耕地、林地、灌木、水体、湿地和建设用地.同时,通过归一化植被指数NDVI计算植被覆盖度Fj(见图1)

图1 宝山区海岸带1998年、2005年和2008年植被覆盖度(Fj)

图Fig.1 Vegetation coverag

e in the coastal zone of Baoshan in 1998,2005 and 2008(2

)气象数据 气温数据和降水数据来源于宝山区海岸带气象站点的观测数据,并参考上海市1999年、2006年和2009年的年鉴.月总太阳辐射数据则由DEM高程数据通过

Kreith和Kreider[8]在1978年提出的太阳直射辐射模型(公式1)和Gates[9]在1980年提出

的太阳散射辐射计算模型(公式2)计算获得.原理如下:

Ib=Io×e

-kM,(1)Id=Io×td×cos22

×sin a.(2)Ib表示直射量;Io为太阳能通量;k为吸收常数;M为空气质量比;Id表示散射量;td为辐射扩散系数;b为坡度倾角;a为太阳高度角.

(3)其他辅助数据 包括1∶100万植被类型图以及宝山区海岸带的研究区域图.

各个生态系统单位面积的价值的初始值参照Constanza[1]、

潘耀忠等[4]设定的陆地生态系统类型的单位面积价值(以1994年人民币为基准),分别为:

耕地7.93×104元/km2,林地26.03×

104元/km2,灌木29.00×104元/km2,水体732.00×104元/km2,湿地1 

687.00×104元/km

2,建设用地的生态资产单位面积的价值视为零.(4)植被净第一性生产力(Net Primary 

Productivity,NPP) NPP是衡量植物群落在自然环境条件下生产能力的重要指标,直接反映环境气候条件对于生态资产的影响.计算

NPP时,本研究参照朱文泉等[10]改进后的CASA模型:

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t),(3

)其中APAR为光合有效辐射,ε

(x,t)为光能转化率.APAR(x,t)=SQL(x,t)×FPAR(x,t)×0.

5,(4)式中FPAR(x,t)为光合有效辐射的吸收比例,可以由遥感反演获得;SQL(x,t

)为象元的月总太阳辐射,ε

(x,t)可由统计数据和年鉴数据计算,得到的NPP空间分布如图2所示.77

华东师范大学学报(自然科学版)2011

图2 宝山区海岸带1998年、2005年和2008年植被净第一性生产力(NPP)

Fig.2 Net Primary 

Productivity(NPP)in the coastal zone of Baoshan in 1998,2005 and 20083 研究方法

3.1 生态资产测量的指标体系

生态资产的价值包括自然资源的价值和生态系统服务功能的价值两部分,有形的自然资产可以直接通过市场价值法求取,而隐形的生态系统服务功能价值则需要建立一系列的

评估指标[11,12].Costanza[1]等(1997)把生态系统的服务功能分为17大类,

主要包括可再生服务,

不包括不可再生的燃料和矿物质以及大气.本研究参照李京等[13]确定的我国区域生态资产评估的生态服务价值确定宝山区海岸带的生态服务价值体系,见表1.

表1 基于遥感手段的生态资产评估指标

Tab.1 Ecological assets assessment indicators based on remote sensing

序号

生态系统服务生态系统功能1

太阳能的固定与食品生产生产有机物质2

促进营养元素循环营养物质循环与贮存3

水调节与供水涵养水源4

控制侵蚀和保持沉积物保持土壤5

气体调节吸纳二氧化残6气体调节释放氧气

3.2 生态资产的计算模型和时空分析

生态资产是所有者对其实施生态所有权并且所有者可以从中获得经济利益的生态景观实体[14],其总量与生态系统的质量、类型、面积有着密切的关系,是一个随着时间和空间动态变化的量值.根据我国的具体状况,陈仲新等最先对全国的生态资产总价值进行了测算,

为建立基于遥感的生态资产总量的计算提供了一种可以借鉴的方法[2].

结合国内外的研究状况,综合考虑上海市宝山区海岸带的区域特殊性,在对宝山区海岸带进行生态资产评估中,我们简化研究区域内生态资产总量的公式如下:

C=

∑mi=1∑n

j=1Cij×Sj×Pj.(5

)式中,i=1,2,…m,表示研究区域内不同的生态系统类型.本文中,m=6,

分别为耕地、林地、灌木、水体、湿地和建设用地.j=1,2,…n,是表征生态系统功能的各个斑块.Cij表示某个生

态系统服务功能类型的单位面积价值.Sj表示斑块的面积,Pj表示Cij在不同斑块的调整系

87

第4期苏盼盼,等:

基于遥感的上海市宝山区海岸带生态资产评估数,它是由生态系统的质量状况决定的.

Pj=F(

A1,A2,…,An),(6)式中,A1,A2,…,An是表征生态系统质量状况的生态参数,

不同质量状况的同一生态系统类型的Cij是不同的,其差别由Pj来调整.本文在计算Pj时,

考虑到海岸带生态系统的复杂性,选取植被覆盖度(Fj)

和植被净初级生产力(NPP)作为生态参数进行耦合.对于任一象元,调整系数可表示为

Pj=0.5×NPPjNPPmean+FjF)mean

[2]

.(7)式中,NPPj表示某个象元的N

PP的值,NPPmean表示区域内植被净第一性生产力NPP的平均值,Fmean则表示植被覆盖度F的平均值.生态资产退化是指生态系统的一种逆向演替过程,表现为对自然或人为干扰的较低抗性、较弱的缓冲能力以及较强的敏感性和脆弱性,它是生态环境恶化的结果,在本研究中主要是根据生态资产量的减少来判别.

4 结果分析

4.1 生态资产的布局

根据上述各种模型及其计算结果,得到了宝山区海岸带生态资产总量的分布图,如图3所示.宝山区海岸带由于城市化步伐的加快,城市外围向外不断扩张,各种建设用地的面积不断增长,其生态资产总量比较小,在一些高密度的建筑区,生态资产总量几乎为零.由于水体的调整系数比较低,在对整个生态环境的影响中,其权重系数相对林地、湿地等比较小,生态资产总量相对也比较低,但是在黄浦江沿江地带,可以明显看出其生态资产比周围的城市建设区域偏高,说明水体在整个生态环境中不可或缺,特别是在对城市生态环境的缓解中,起到一定的调节作用.距离海岸线较近的狭长地带,由于海岸港口码头的聚集,集装箱以及

一些沿海工业的兴起,

生态资产相对比较低.特别是在宝山区海岸带宝钢码头,其色彩成浅黄显示,与右侧耕地和灌木的绿色区域对比,显示城市建设大面积区域对生态环境的影响不可忽视

图3 宝山区海岸带1998年、2005年和2008年生态资产布局

Fig.3 Distribution pattern ecolog

ical assets in the coastal zone of Baoshan in1998,2005 and 2008由1998年、2005年和2008年宝山区海岸带生态资产分布状况可以看出,

宝山区海岸带生态资产的布局存在一定的变化.1998年,

宝山区海岸带西北部地区较东南部来说,生态环境状况良好,可以看出大面积的绿地和灌木,其中还不乏生态资产总量较高的深色区域.97

80华东师范大学学报(自然科学版)2011年到2整个区域的生态环境状况基本一致,西北部地区的生态资产总量明显降低.与西005年,北部相比,东南部区域的环境状况没有比较大的变化,但在小区域范围内也能发现生态退且在整个区域中,化.2008年宝山区大部分区域的生态资产总量都在增加,2008年的生态资产分布均匀.东南部的生态状况明显好转,沿海码头区域也出现了生态资产量的上升.根据宝山区海岸带的生态资产布局和各个像素的象元值做统计分析可知,上海市宝山区海岸带1998年、2005年和2008年的生态资产价值量和生态资产变化如表2和图4所示所示.表2 1998年、2005年和2008年宝山区海岸带生态资产分布表Tab.2 EcoloicalassetsincoastalzoneofBaoshanin1998,2005and2008         gg 土地利用类型耕地林地灌木水体湿地建设用地总计19982生态资产价值/万元面积/km70.46 58.37 34.40 3.34 67.87 94.51 328.95 7460.4  10159.12  5146.47  1519.76  298314.82  0 322600.21  20052生态资产价值/万元面积/km65.66 46.09 26.52 3.63 58.22 128.83 328.95 6136.23  9812.76  4912.78  2271.38  206091.68  0 229224.83  20082生态资产价值/万元面积/km58.99 40.62 25.15 2.55 67.33 134.31 328.95 6715.81 9516.44 4409.43 1130.65 285760.38 0307532.71 ))图4 宝山区海岸带1和生态资产(的变化998年、2005年和2008年各类型面积(ab),Fi.4hanesoflanduse(areaandecoloicalassetsinthecoastalzoneofBaoshanin19982005and2008 C              ggg表2和图4的结果显示,从1上海市宝山区海岸带的建设用地的面积998年到2005年,而耕地、林地、灌木、湿地的面积在减少,其中湿地面积减少了大约1湿地明显增加,4.22%,在生态环境中具有不可替代的作用,是生态环境的优化器,湿地面积的减少降低了区域生态资产总量,由1减少了2从2998年的32.26亿减少到2005年的22.92亿,8.94%.005年到宝山区海岸带的灌木的面积没有明显的变化,建设用地、湿地的面积在增加,耕地、2008年,9、,林地和水体的面积在减少宝山区海岸带的生态资产总量在2元,008年达到3.075×10较2005年增加了34.16%.利用1我们得到宝998年、2005年和2008年宝山区海岸带生态资产的空间分布数据,6])山区海岸带生态资产的年际空间变化状况(见图5根据研究成果,参照孙洪泉[根据生态.资产变化率对变化情况的划分标准:

生态资产降低5生态资产降低0%~100%为严重退化;生态资产变化范围在-1生态资产增加15%~50%为中度退化;5%~15%为基本保持;

第4期苏盼盼,等:

基于遥感的上海市宝山区海岸带生态资产评估81生态资产增加5本文将研究区域分为五15%~50%为中度增长;0%~100%为快速增长.)种:

快速增长区、中度增长区、基本保持区、中度退化区和严重退化区.由图5(可见,只有a这是上海市宝山区海岸带近年来对城市绿地少量区域和河流沿岸有生态资产总量的增长,和街道灌木加强管理的结果.在颜色为红色的区域,生态资产总量下降比较严重.总体上来说,研究区域的大范围内,生态资产都有不同程度的下降.图5(则表明,宝山区海岸带b)特别是在西北部,很大区域处于中度增长区.2005年到2008年的生态资产在均匀上升,)、)图5 宝山区海岸带1生态资产的年际空间变化998~2005年(a2005~2008年(b(),()Fi.5 SatialchanesofecoloicalassetsofBaoshanin1998~2005a2005~2008b        gpgg4.2 生态资产布局的驱动力分析上海市宝山区海岸带近年来的生态环境状况浮动变化,造成这种情况的原因主要有以下两个方面.()社会经济因素 宝山区海岸带

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