基于遥感的复合生态绿度指数（EGI）构建与城市应用研究

《Scientific Reports》：Development of an ecological greenness index (EGI) for urban environmental monitoring: a remote sensing and multivariate analytical approach

　　

摘要

已有多种基于遥感的生态指数被提出，其中大多数指标彼此割裂，少数则提出了综合生态指数。本研究旨在提出一种生态绿度指数（EGI），作为复合且综合的生态指数。该指数通过整合八种遥感衍生指标建立，包括归一化植被指数（NDVI）、归一化积雪指数（NDSI）、归一化建筑指数（NDBI）、地表温度（LST）、叶面积指数（LAI）以及三个缨帽指数分量。采用主成分分析（PCA）对遥感衍生组分进行降维处理，并将主成分特征值作为模糊逻辑方法中的权重。利用模糊逻辑叠加方法对保留组分进行整合，生成最终EGI地图。结果显示，四个主成分（SIPC1–SIPC4）解释了约99.99%的总方差，被用于最终EGI构建。本研究以伊朗德黑兰为案例，实施并对EGI进行了内部评估。每个保留主成分的特征值（λ）被用作计算EGI构建中各组分权重。结果表明存在显著的区域异质性：德黑兰北部区域的EGI平均值较高，达0.29（例如第1区），而南部区域降至0.076（例如第10区）。南北向断面分析证实城市内部存在陡峭的生态梯度。EGI在一个统一的"主成分–模糊"框架内整合了植被结构、土壤裸露程度、水分条件、热环境以及建成区特征，提供了更为广泛的城郊生态绿度诊断表征。分区统计描绘了EGI在德黑兰22个行政区内的空间分布差异。尽管本研究存在一定局限，例如仅使用单季数据和30米分辨率卫星影像，EGI仍为城市生态监测提供了一个定量框架。它对于面临快速城市化及生态绿度变化的城市而言可能是一种实用工具。基于该案例研究，EGI框架有潜力被用作综合环境质量评估工具。EGI通过整合多个生态维度，可与已有的遥感生态指数（RSEI）等成熟指标在复杂城市环境中形成互补。EGI的推广应用需要在更多城市环境中进行独立验证。