全國生態狀況調查評估技術規范 生態系統質量評估(征求意見稿)

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2020-07-24
簡介
為貫徹《中華人民共和國環境保護法》及相關法律法規,落實生態環境部“開展全國生態狀況評估”職責,根據《全國生態狀況定期遙感調查評估方案》(環辦生態〔2019〕45號),制定本標準。本標準規定了生態系統質量評估的指標體系、技術流程、評估方法等內容和要求。本標準為首次發布。

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中華人民共和國國家環境保護標準HJ□□□—20□□全國生態狀況調查評估技術規范——生態系統質量評估TheTechnicalSpecificationforInvestigationandAssessmentofNationalEcologicalStatus——EcosystemQualityAssessment(征求意見稿)20□□-□□-□□發布20□□-□□-□□實施生態環境部發布附件16i目次前言..............................................................................................................................................ⅱ1適用范圍...................................................................................................................................12規范性引用文件.......................................................................................................................13術語和定義...............................................................................................................................14總則...........................................................................................................................................25總體技術流程...........................................................................................................................26生態系統質量評估指標體系及計算方法...............................................................................37生態系統質量指數計算及評估分級.......................................................................................4附錄A(資料性附錄)全國生態系統分類系統指標...................................................................6附錄B(規范性附錄)遙感關鍵生態參量計算方法...................................................................7ii前言為貫徹《中華人民共和國環境保護法》及相關法律法規,落實生態環境部“開展全國生態狀況評估”職責,根據《全國生態狀況定期遙感調查評估方案》(環辦生態〔2019〕45號),制定本標準。本標準規定了生態系統質量評估的指標體系、技術流程、評估方法等內容和要求。本標準為首次發布。本標準與《全國生態狀況調查評估技術規范——生態系統遙感解譯與野外核查》《全國生態狀況調查評估技術規范——森林生態系統野外觀測》《全國生態狀況調查評估技術規范——草地生態系統野外觀測》《全國生態狀況調查評估技術規范——濕地生態系統野外觀測》《全國生態狀況調查評估技術規范——荒漠生態系統野外觀測》《全國生態狀況調查評估技術規范——數據質量控制與集成》《全國生態狀況調查評估技術規范——生態系統格局評估》《全國生態狀況調查評估技術規范——生態系統服務功能評估》《全國生態狀況調查評估技術規范——生態問題評估》《全國生態狀況調查評估技術規范——項目尺度生態影響評估》同屬于全國生態狀況調查評估技術規范系列標準。本標準由生態環境部自然生態保護司、法規與標準司組織制訂。本標準主要起草單位:生態環境部衛星環境應用中心、中國科學院生態環境研究中心。本標準生態環境部20□□年□□月□□日批準。本標準自20□□年□□月□□日起實施。本標準由生態環境部解釋。1生態系統質量評估技術規范1適用范圍本標準規定了植被生態系統質量評估的指標體系、技術流程、評估方法等內容和要求。本規范主要適用于全國及省級行政區域植被生態系統質量評估,其他自然地理區域生態系統質量評估可參照本標準執行。2規范性引用文件本標準內容引用了下列文件或其中的條款。凡是不注明日期的引用文件,其有效版本適用于本標準。HJ192生態環境狀況評價技術規范3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1生態系統質量ecosystemquality指一定時間、空間范圍內植被生態系統功能強弱,穩定程度和受到脅迫狀況。3.2評估單元assessmentunit指根據評估目的和評估方法的需要,劃分的用于評估的地理空間單元。3.3生態系統功能指數ecosystemfunctionIndex指表征評估單元內的生產力大小的指數。3.4生態系統穩定指數ecosystemstabilityIndex指表征評估單元內生態系統結構波動的指數。3.5生態系統脅迫指數ecosystemstressIndex指表征評估單元內所受到的人類活動壓力程度的指數。3.62生態系統質量指數ecosystemqualityIndex指反映區域內植被生態系統整體質量狀況的綜合指標。3.7葉面積指數leafAreaindex指單位土地面積綠色葉片的單面面積總和,主要表征了植被垂直結構復雜性。3.8總初級生產力grossprimaryproductivity指在單位時間和單位面積上,綠色植物通過光合作用所固定的有機碳總量,主要表征植被光合作用能力強弱。3.9植被覆蓋度fractionalvegetationcover指植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比,主要表征了植被水平結構狀況。3.10人類活動humanactivity人類在自身生存和發展過程中,對地表形成擾動且可通過遙感技術監測到的各種活動用地類型,包括居住用地、耕地、工業用地等。4總則4.1原則本標準規定的內容遵循規范性、可操作性、先進性和經濟技術可行性的原則。4.2內容本標準主要利用遙感觀測變量,構建反映植被生態系統功能、生態系統穩定程度和生態系統脅迫的指標體系,構建生態系統質量指數,服務于全國和區域尺度生態系統質量評估。5總體技術流程生態系統質量評估技術規范流程:基于遙感數據特征參量構建反映生態系統功能、生態系統穩定和生態系統脅迫程度的關鍵指標,開展生態系統質量評估。遙感數據數據預處理其他輔助信息遙感特征指數生態系統功能指數生態系統質量狀況分級生態系統穩定指數生態系統脅迫指數生態系統質量指數單維度生態系狀況指數5,,,11nijijijijiLAIFVCGPPEFIn???????()EFIiLAIij,GPPiFVCij,iiiSEFIESIDEFI?()()ESIiiSEFI()DEFI()i3圖1生態系統質量評估總體技術流程6生態系統質量評估指標體系及計算方法6.1生態系統功能指數生態系統功能指數用第i年的線性歸一化后的葉面積指數、植被覆蓋度和總初級生產力年均值表示,具體方法如公式(1):(1)式中:為第i年生態系統功能指數,用近5年的數據進行計算;為第i年第j期葉面積指數(參照公式4線性歸一化后的值);為第i年第j期總初級生產力(參照公式4線性歸一化后的值);為第i年第j期植被覆蓋度(參照公式4線性歸一化后的值),n為第i年遙感觀測期數。6.2生態系統穩定指數生態系統穩定反應了生態系統保持自身結構和功能穩定的能力,生態系統穩定指數可通過生態系統功能指數年際變化來構建,具體方法如公式(2):(2)式中:為第i年生態系統穩定指數,為評估起始年至第i年生態系統功能指數的方差,為評估起始年至第i年生態系統功能指數均值。30303iiiiiAPETIP?????????????AiiPiiETImin()max()min()xxxxx????x?x46.3生態系統脅迫指數生態系統脅迫指數以人類活動人類強度作為表征指標,人類活動強度指數越高,則生態脅迫程度越高,用人類活動強度指數表征生態脅迫狀況,人類活動強度計算方法如下:人類活動擾動指數反映了人類活動的擾動程度,根據不同的土地利用方式構建而來。首先根據人類對各種生態系統的利用程度不同,可對不同生態系統產生不同的擾動程度,人類對未利用或難利用生態系統的擾動程度較低。基于不同生態系統的擾動程度對各生態系統進行分級賦值(生態系統分類參照附錄A)。賦值表如表1:表1擾動指數構建權重表類型自然再生利用人為再生利用人為非再生利用生態系統類型林地、草地、水域(不包括冰雪)農田城鎮、居民點、工礦用地和交通用地等擾動分級指數123對于一個區域往往是多個級別生態系統擾動存在,各自占有不同的比例,進行加權求和,形成一個0-3之間的擾動指數,其值反映了一個區域的擾動程度,對其進行標準化,計算方法如公式(3):(3)式中:表示第級生態系統的分級指數,表示第級生態系統的面積百分比,為生態系統脅迫指數。7生態系統質量指數計算及評估分級7.1指數同一化指數同一化是指經歸一化和正向化處理,將各指數值域轉換到0-1之間,將屬性非同向指數轉換為同向,以方便后續加權構建綜合指數,歸一化具體方法如公式(4):(4)式中:為歸一化處理后指數,為原指數。3項指標中,生態系統脅迫指數為負向指標,因此將負向指標進行正向化處理,即可通過1-負向指數可實現正向化轉換,屬性同一化處理后指數變化趨勢可反映生態現狀相同的優劣變化趨勢。7.2生態系統質量指數生態系統質量評估利用綜合指數(生態系統質量指數,EQI)反映區域生態系統質量整體狀況,指標體系包括生態系統穩定指數、生態系統功能指數、生態系統系統脅迫指數,三5個指數分別反映生態系統的健康程度、生態系統服務能力和生態系統受到脅迫狀況,三個指數綜合構建生態系統質量指數。具體計算方法如公式(5):EQI=(1-W1*ESI)+W2*EFI+(1-W3*ETI)(5)EQI為生態系統質量指數,W1為生態系統穩定指數權重,ESI為生態系統穩定指數;EFI為生態系統功能指數,W2為生態系統功能指數權重;ETI為生態系統脅迫指數,W3為生態系統脅迫指數權重。各項指標權重見表2。表2各指數權重表指標穩定指數功能指數脅迫指數權重0.430.370.27.3生態系統質量狀況分級根據生態系統質量指數,將生態系統質量分為5級,即優、良、中、低、差,具體可參照HJ192實施,見表3。表3生態系統質量狀況分級級別優良中低差指數EQI>=7555<=EQI<7535<=EQI<5520<=EQI<35EQI<20描述生態系統穩定,生產力高,生態脅迫低生態系統較為穩定,生產力相對較高,生態威脅程度相對較低生態系統穩定處于中等,生產力處于一般水平,生態脅迫處于中等水平生態系統穩定性較差,生態系統生產力較低,存在明顯生態脅迫因素生態系統質量較為惡劣6附錄A(資料性附錄)全國生態系統分類系統指標I代碼I級分類II級代碼II級分類1森林生態系統11闊葉林12針葉林13針闊混交林14稀疏林2灌叢生態系統21闊葉灌叢22針葉灌叢23稀疏灌叢3草地生態系統31草甸32草原33草叢34稀疏草地4濕地生態系統41沼澤42湖泊43河流5農田生態系統51耕地52園地6城鎮生態系統61居住地62城市綠地63工礦交通7荒漠生態系統71沙漠72沙地73鹽堿地8其他81冰川/永久積雪82裸地32LAxBxcxD???+cLABx??LAx???1/2ln(1)GPPPARFPARt????()viiNDVINDVINDVINDVIf???NDVIvNDVIi7附錄B(規范性附錄)遙感關鍵生態參量計算方法B.1葉面積指數(LAI)目前基于光學數據獲取葉面積指數的方法主要包括兩類,一類是建立LAI與植被指數之間經驗或半經驗關系;一類是基于輻射傳輸模型的遙感反演方法。經驗模型法常用的方法是用植被指數估算葉面積指數,一般過程是建立植被指數和葉面積指數的經驗關系,并使用觀測數據進行擬合,再使用擬合好的模型估算,常用表達葉面積指數和植被指數的經驗關系主要有以下幾種形式:其中,x為從遙感數據獲取的植被指數或反射率;系數A、B、C和D為經驗參數,隨著植被類型變化。物理模型又稱基于物理學的光學模型,主要分為幾何光學模型、輻射傳輸模型以及二者的混合模型。B.2植被覆蓋度(FVC)基于遙感估算植被覆蓋度可采用植被指數法,通過對各像元中植被類型及分布特征的分析,建立植被指數與植被覆蓋率的轉換關系來直接估算植被覆蓋率。如:用歸一化植被指數(NDVI)估算植被覆蓋度的方法模型為:式中代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值,即純植被像元的NDVI值;則代表裸露地表(土壤或者建筑表面)覆蓋區域的NDVI值,即無植被覆蓋像元的NDVI值。B.3總初級生產力(GPP)總初級生產力(GPP)指在單位時間和單位面積上,綠色植物通過光合作用所固定的有機碳總量。可通過GLO-PEM模型進行計算,計算公式為:式中,PAR為植被所吸收的光合有效輻射,FPAR為植被吸收光合有效輻射比率,?為基于GPP概念的光能轉化率,t表示時間。
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