基于 GEE 和 RSEI 的
上方山国家森林公园生态环境质量时序动态评估

第四小组: 王静柔,薛蓓蓓,史鑫煜,刘玉丹,马莹睿,高帅,刘文昊

上方山门

北京上方山
国家森林公园

上方山位于北京市房山区西部,地处太行山北缘,北京西山中段,古称大房山,主峰紫云岭海拔860米。 园区内自然、文化双脉资源特色明显,以“九洞、十二峰、七十二庵”享誉古今,香巍禅踪玄盛誉,是中国名山。

上方山集儒、道、佛文化于一域,自古是历史文化名山,史料记载佛教历史自1960余年(东汉光武10年), 有寺、庵、碑、塔、摩崖石刻,名人诗词墨宝等200余处。目前完好寺庙有兜率寺、华严洞、藏经阁等26处, 有寺庵遗址约师殿、普贤殿等18处,有佛教雕塑造像12尊,石碑石刻20处,石经塔3通,古塔57座,古井11眼, 古桥2座,古云梯1座。历史上珍藏的两套大藏经,明刻四十二章经、华严祖师肉身舍利,称为上方山“佛界三珍”。

研究背景与目的

随着“美丽中国”建设的持续推进,国家森林公园作为生态安全屏障的重要组成部分,其生态环境质量的动态监测和科学评估显得尤为关键。上方山国家森林公园是华北地区少有的原始次生林集中分布区,具有极高的生态保护价值。然而,该地区生态系统受气候变化和人类活动双重影响,亟需建立系统化、高效率的生态评估机制。

本研究基于 Google Earth Engine(GEE)平台,利用其强大的遥感数据获取与云计算能力,构建 RSEI(遥感生态指数)模型,对上方山生态环境进行高精度、长时间序列的动态评估。通过集成 NDVI、湿度、热度、干度四大指标并实施主成分分析,全面揭示生态环境质量的时空演变规律。

本研究目标在于提供可靠的生态监测手段,探索生态变化驱动机制,并为上方山地区的生态保护与可持续发展提供科学依据与决策支持。

研究过程

本研究过程分为数据收集、预处理、指数计算和结果分析四个阶段。首先,通过 Google Earth Engine 平台获取上方山国家森林公园近年遥感影像数据,并进行云掩膜处理和裁剪以保障数据质量。

RESImodel Calculation
R
E
S
I


接着,依据遥感生态指数(RSEI)构建方法,分别计算 NDVI(归一化植被指数)、湿度分量、地表温度和干度指标。随后,利用主成分分析法对上述四项指标进行综合加权,得出反映区域生态质量的 RSEI 值。

最后,通过多时相结果的空间对比与统计分析,探究生态质量的变化趋势与潜在驱动因素,并结合地理信息进行可视化展示,为区域生态保护与管理提供参考。

研究成果

成果1

2009-2018年上方山地区生态环境质量等级空间分布

成果2

2009-2018年上方山地区生态环境质量变化轨迹

成果3

2009-2018年上方山地区RSEI时序变化与线性拟合分析图

成果分析

一、静态结果分析

1. 整体情况分析

通过 RSEI 时序变化折线图可以看出 RSEI 值整体呈上升趋势,在 2014 年达到最高值,2013 年为最低值。 各个指标的变化如下:

GVI图

GVI 指标值总体呈上升趋势,表明 2009–2018 年间植被覆盖率上升,最高值出现在 2014 年,最低值出现在 2013 年。

LST图

LST 指标值总体呈上升趋势,最高值在 2014 年,最低值在 2010 年,符合全球变暖的总体趋势。

WET图

WET 指标值总体呈下降趋势,2014 年最低,可能与城市扩张及不透水面增加有关。

NDSI图

NDSI 指标值总体呈上升趋势,2016 年最高,2009 年最低。

各指标对 RSEI 的影响总体趋于上升,与 RSEI 总体趋势一致。

2. 质量等级分析

通过生态环境质量等级空间分布图可以看出,南坡生态质量优于北坡,优良等级集中于南坡,原因包括:

质量等级变化总图
  1. 南坡光照时间更长;
  2. 冬季气温更高;
  3. 土壤透气性好、排水性强;
  4. 蒸发量大、湿度适中;
  5. 受暖湿气流影响;
  6. 土壤更肥沃。

水系分布地区生态质量较优,主要由于喀斯特地貌的地下水和特殊地形对水文循环的调节作用。

二、动态结果分析

针对 RSEI 时间序列,采用统计学手段识别变化趋势及异常波动点。折线图显示 RSEI 年度均值及线性拟合趋势,分析时间段分为四个阶段:

  • 2009–2010年:南坡变好、北坡变差,日照充足促使南坡恢复更快。
  • 2010–2013年:高海拔区域整体变差,生态环境恶化。
  • 2013–2014年:整体变好,尤其是河流和南坡区域。
  • 2014–2018年:生态质量条带状变差,与自然要素、退化、水土流失等有关。
质量变化总图上 质量变化总图下

三、总体结论

  1. 生态质量总体呈波动上升趋势;RSEI 先降后升再缓慢下降,2014 年峰值,2013 年谷底。
  2. 生态质量空间分布受地貌与坡向影响,南坡优于北坡。
  3. 生态变化存在明显阶段性:2009–2010 快速恢复;2010–2013 持续恶化;2013–2014 恢复明显;2014–2018 缓慢下降。

关于我们

王静柔

王静柔

组长,负责统筹规划,数据处理

薛蓓蓓

薛蓓蓓

组员,负责网页设计,项目记录,汇报准备

史鑫煜

史鑫煜

组员,负责数据处理,图片制作

刘玉丹

刘玉丹

组员,负责数处理,文稿撰写

马莹睿

马莹睿

组员,负责数据处理,汇报准备

高帅

高帅

组员,负责网页设计,文稿撰写

刘文昊

刘文昊

组员,负责网页制作,网页设计