国家城镇生态环境综合监测技术体系构建

王桥, 赵少华, 封红娥, 王玉, 白志杰, 孟斌, 陈辉

Construction of Technical System for National Urban Ecological Environment Comprehensive Monitoring

WANG Qiao, ZHAO Shaohua, FENG Hong'e, WANG Yu, BAI Zhijie, MENG Bin, CHEN Hui

表1 城镇生态环境综合监测指标体系框架

Tab. 1 Frame of indices system for urban ecological environment comprehensive monitoring

序号 类别 监测内容/ 专题产品 指标名称 指标定义 计算方法 数据源 备注说明/ 现有基础 1 城镇污染气体高分遥感协同监测 灰霾范围、 强度 灰霾范围及强度 大量干尘颗粒积聚在大气中,造成能见度小于10 km的普遍空气浑浊现象 反演霾光学厚度后进行分级 MODIS、Himawari-8、HJ-1、GF-4等 遥感监测相对成熟,精度约70%[22] 2 气溶胶光学厚度 气溶胶光学厚度 介质的消光系数在垂直方向上的积分 暗像元法;结构 函数法;高反差 地表法 MODIS、Himawari-8、HJ-1、GF-1/4/5/6等 遥感监测较成熟,精度约80%~85%[6,23] 3 PM2.5 PM2.5 指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物 利用AOD和线性混合效应模型反演 MODIS、HJ-1、 GF-1/4/5/6等 遥感监测相对成熟,精度约70%~80%[24,25],待提高 4 PM10 PM10 指粒径在10 μm以下的颗粒物 利用AOD和线性混合效应模型反演 遥感监测较成熟,精度约80%[26] 5 SO2柱浓度 SO2柱浓度 从地面到高空垂直柱中SO2气体分子的总个数 差分吸收光谱法、波段残差法 OMI、AIRS、GOME、Sentinel-4/5P、 GF-5等 遥感监测技术可行,但含量低、难监测,精度约60%~70%[27] 6 NO2柱浓度 NO2柱浓度 从地面到高空垂直柱中NO2气体分子的总个数 差分吸收光谱法 遥感监测较成熟,精度约80%[28] 7 O3对流层柱浓度 O3对流层柱浓度 从地面到高空垂直柱中O3气体分子的总个数。 差分吸收光谱法 遥感监测较成熟,精度约95%[28] 8 甲醛柱浓度 甲醛柱浓度 从地面到高空垂直柱中甲醛气体分子的总个数 差分吸收光谱法 遥感监测开展晚、精度低,约60%~75%[29] 9 污染物传输通道 污染物传输通道 指某个区域中进行大气污染物传输的多个城市 模式模拟等 污染物、大气廓线、地形数据等 非遥感获取 10 城市风道 水平风速 单位时间内空气在水平方向上所移动的距离 风速计 风场、地形数据等 非遥感获取 11 城市通风 系数 大气对污染物稀释扩散能力的污染气体参数 大气混合层高度乘以混合层内的平均风速 12 城市通风 潜力 由地表植被和建筑覆盖及周边开放区域程度而确定的空气流通能力 由天空开阔度和粗糙度长度获得 13 粗糙度 边界层大气中,近地层风速向下递减到零时的高度 拟合风廓线法, 利用中性大气条 件下实测的风速 廓线推算 14 城镇水体水质高分遥感协同监测 城镇黑臭水体空间分布 城镇黑臭水体分布 指城镇黑臭水体在空间上的分布规律 单波段阈值法、差值法、比值法 GF-1/2/6、ZY-3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等 遥感监测相对成熟,精度约70%,待提高[30] 15 城镇黑臭水体相关参数 黑臭水体 色度 对黑臭水体进行颜色定量测定的指标,反映黑臭水体的色调和饱和度 半经验模型、色度指标遥感反演 遥感监测技术可行,精度约60%~70%,待提高[31,32] 16 有色可溶性有机物 广泛分布于水体中的一种溶解有机物 半经验模型、遥感指标反演 17 城镇黑臭水体分类分级 黑臭水体污染等级 指城镇黑臭水体污染程度的等级划分 黑臭水体识别与分级模型 遥感监测相对 成熟 18 饮用水源地水域消落带分布 饮用水源地水域消落带面积 饮用水源地水域与陆地环境系统的过渡地带的面积 面向对象的水体信息提取 GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等 遥感监测相对成熟,精度约75%,待提高[33] 19 饮用水源地水体叶绿素a浓度 饮用水源地水体叶绿素a浓度 饮用水源地水体藻类细胞内的主要光合色素在总量中所占的分量 波段组合法、半分析模型法等 20 饮用水源地水体悬浮物浓度 饮用水源地水体悬浮物浓度 饮用水源地水体颗粒直径约在10 nm~0.1 μm之间的微粒在总量中所占的分量 波段组合法、半分析模型法等 21 城镇水体水质高分遥感协同监测 饮用水源地水体透明度 饮用水源地水体透明度 饮用水源地水体透光的 程度 半经验算法 GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等 遥感监测相对成熟,精度约75%,待提高[33] 22 饮用水源地水体化学需氧量 饮用水源地水体化学需氧量 饮用水源地水体水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量 单波段模型、波段比值模型等半经验算法 23 饮用水源 地水体总 磷浓度 饮用水源 地水体总 磷浓度 饮用水源地水体水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果在总量中所占的分量。 半经验算法（单波段模型、波段比值模型）、间接反演 遥感监测技术可行,精度约70%,待提高[34] 24 饮用水源地环境风险源空间分布 饮用水水源地保护区土地覆盖类型 饮用水水源地保护区土地覆盖的类别 支持向量机SVM法、矩阵法 遥感监测较成熟,精度约80%~90%[35] 25 饮用水水源地保护区环境风险级别 饮用水水源地保护区环境风险等级 模糊数学法、层次分析法 遥感监测相对 成熟 26 城镇生态资源高分遥感协同监测 重点生态功能区水源涵养功能 重点生态功能区水源涵养量 生态系统通过其特有的结构与水相互作用,对降水进行截留、渗透、蓄积,并通过蒸散发实现对水流、水循环的调控 水量平衡法、综合蓄水能力法、降水贮存量法 MODIS、HJ-1、 GF-1/4/6等 需结合地面观测数据,精度约80%[36] 27 重点生态功能区水土保持功能 陆地生态 系统水土 保持量 生态系统在极度退化状况下的水土流失量与现实状况下水土流失量的差值 差值法 遥感监测可行,需结合地面观测数据 28 水土保持 服务功能 保有率 土壤保持量与生态系统在极度退化状况下的水土流失量的比值 比值法 29 植被覆盖度 植被覆盖度 指植被面积占土地总面积之比 归一化植被指数法NDVI 遥感监测较成熟,精度约85%[37] 30 水体面积 水体面积 以水体与陆地的交界线为边界,由水体表面构成的多边形的面积,构成水体面积 归一化水体指数法NDWI 31 城镇绿地 信息 绿地覆盖率 指城镇地表的绿化程度 信息 归一化植被指数法NDVI GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等 遥感监测较成熟,精度约85%[38] 32 人均绿地面积 33 城镇公园服务水平 公共设施服务水平 指城镇公园中的公共设施以及公园绿地为市民所提供的综合服务水平 定性与定量相结合 34 公园绿地服务水平 35 城镇森林资源类型 城镇森林资源类型 指城镇森林中树木的种类 深度学习分类 GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5、LiDAR等 遥感监测较 成熟,精度 约85%[39,40] 36 城镇森林资源净初级生产力 城镇森林资源净初级生产力 指森林光合作用所产生的净有机质总量 Miami模型;BEPS模型;GLO-PEM 模型 37 潜在污染场地裸露土壤污染 潜在污染场地裸露土壤污染物浓度 潜在污染场地中人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,引起土壤质量恶化,并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象 遥感光谱回归建 模等 GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等 遥感监测技术可行,但起步较晚,精度约70%,待提高[41] 38 土壤污染敏感受体 土壤污染敏感受体数量 易受污染而使土壤质量恶化的受体数量 面向对象的分类并结合风险分级评价 39 城市地表 温度 城市地表 温度 指城市地面的温度 单窗或分裂窗算 法等 MODIS、Landsat、ASTER、GF-5等 遥感监测较成熟,精度约1~2 K,待提高[42] 40 城市热岛 效应 热岛效应 的强度 指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素,造成城市“高温化” 均值-标准差划分法、温度归一化分级法、温度差值分级法等 遥感监测较成熟