全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会

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湖南省生态资产遥感测量与GDP空间分布研究

沈蔚1 , 彭光雄2∗ (1.大洋生物资源开发与利用上海市高校重点实验室，上海海洋大学，上海，21306; 2.中国科学院遥感应用研究所，北京 100101）

摘要:采用基于遥感定量测量的生态资产价值评估模型,并利用TM数据、 气象数据和MODIS 数据，以及地表覆盖类型等其它辅助数据,对湖南省生态资产进行了全覆盖的定量测量，并据此绘制了生态资产价值空间分布图，分析了其空间分布特征。定量测量结果显示, 湖南省生态资产总存量为1739.03亿元,空间分布总体比较均衡,其中林地对区域生态价值的贡献最大,占湖南省生态资产总存量的85.99%。利用2003年湖南省统计数据, 经Kring插值得到湖南省单位面积GDP空间分布图。GDP总量为4638.73亿元，单位面积GDP值由西到东呈阶梯状逐渐升高，层次关系十分明显。湖南省生态资产和GDP的空间分布总的趋势为：GDP高的区域生态资产低，GDP低的区域生态资产高，两者分布极不平衡。 关键词:生态资产；遥感；定量测量；GDP；空间格局

1 引言 随着社会经济的发展,生态环境和资源也逐渐被人们认为是一种国家资产,即生态资产,它是社会经济可持续发展的保障和源泉。许多专家、学者、政府部门和国际组织都致力于此问题的研究，开展了对生态资产的核算，并试图将其纳入国民经济核算体系[1～3]。作为一种重要的国家资产,西方发达国家已引申出了绿色GDP概念,并将其作为衡量区域总体经济发展状况和生态环境质量的重要指标[4～9]。 早在20世纪70年代,美国就建立了国家自然资源调查局,专门从事国家生态资产的调查和评估工作,采用野外抽样调查统计的方法,对国家生态资产进行调查和评估。按5年为周期对外发布,促进了美国各地的生态环境建设,已在国家建设、经济发展、生态环境保护中发挥出巨大作用。根据生态资产测量结果,美国建立了绿色GDP核算体系,并制定了生态环境补偿政策[2～4]。目前发达国家如法

国、德国、荷兰、日本等均有类似的向政府和公众提供服务的专门机构。 及时、准确和动态地掌握国家生态资产这一重要战略资源的状况,对于国民经济发展、生态环境建设与保护具有重要的科学价值和现实意义。如何借助近年来迅猛发展的空间信息技术,开展区域乃至全国的生态资产定量核算方法研究与实践,已引起广泛重视。 2 生态资产遥感定量估算模型 2.1生态资产的内涵 生态系统除了给人类提供实物型生态产品以外，同时还以其巨大的生物多样性向人类提供更多类型的非实物型生态服务，这些非实物型生态服务为人类带来了巨大的福利，有着巨大的经济价值。

基金项目（Foundation item）：中国博士后科学基金 (20080430586 ) ；大洋生物资源开发与利用重点实验室开放基金(B-8208-07-0001-1)；中国科学院王宽诚博士后工作奖励基金 作者简介：沈蔚（1977～），男，博士，主要从事基于RS、GIS的应用系统研究、虚拟现实技术。 Email：shen_wei@sina.com 通讯作者：彭光雄(1978～)，男，湖南永州人，中科院遥感所博士后，从事资源环境遥感研究。 Email：pgx457600@gmail.com 全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会 88 因而，生态资产包括两部分内容：隐形的生态系统服务功能价值和有形的自然资源直接价值。 2.2遥感定量计算模型 一定区域内生态资产的总量是一个随时间动态变化的量值，它是区域内所有生态系统类型提供的所有服务功能及其自然资源价值的总和，并随着区域内所包含的生态系统的类型、面积、质量的变化而变化。一定区域内的生态资产价值总量（V）可以表示为：

（1） ∑==nccVV1 其中，c=1,2,…，n，表示生态系统的类型；Vc表示第C类生态系统资产价值。

∑∑==××=nimjijcjijcSVRV11（2）

其中，i=1,2,…，n，示第C类生态系统的第i种生态服务功能；Vci表示第C类生态系统的第i种生态服务功能类型的单位面积价值；j=1,2,…，m表示一定区域内第C类生态系统在空间上分布的像元数；Sij表示各个像元的面积大小，对于等面积投影，Sij为给定的常数；Rij表示各个像元的调整系数，它是由生态系统第质量状况决定的。 3 湖南省生态资产遥感定量测量 3.1数据来源 本研究所利用的遥感数据为MODIS数据和TM数据。MODIS的NDVI数据，空间分辨率为250m×250m,时间分辨率是由每日的数据经最大值合成得到的每月数据，时间序列为2003年1月到2003年12月，经投影变换处理，选取的投影方式为Albers等积投影；TM数据采用的是2003年图像，其空间分辨率为30m×30m。气象数据来自湖南省气象局，为2003年99个气象站点每月的降水、平均温度及太阳总辐射数据。所利用的土地覆被图为基于TM数据的分类图。植被类型图来中国科学院植物研究所1∶400万数字化《中国植被类型图》，经ARC/INFO投影变换，投影同NDVI影像。土壤类型图来自中国科学院地理研究所资源与环境信息系统国家重点实验室1∶400万数字化《中国土壤质地图》，经ARC/INFO投影变换，投影同NDVI影像。 3.2地表覆盖类型遥感分类 利用2003年的TM图像，采用监督分类法，将湖南省的地表覆盖类型划分为耕地、林地、草地、灌丛、建筑、水体和难利用地7类。该分类结果总分类精度达88.4％，总Kappa系数达0.86，完全可以满足生态资产测量的要求。土地覆盖分类结果见图1a。 3.3植被覆盖度（fv）的定量测量 植被覆盖度（fv）被定义为植被投影面积在单位面积上所占比例，它和叶面积指数可以作为衡量

地表植被数量的指标[10]。植被覆盖度（fv）可以利用NDVI数据计算得到，计算公式如下[11]：

minmaxminNDVINDVI

NDVINDVIfv−

−= （3）

其中fv 为植被覆盖度，NDVImax和NDVImin分别为年NDVI最大值和最小值。

根据图1a的土地覆盖类型，2003年湖南省生态系统最大平均植被覆盖度测量结果见图1b。 全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会 89 3.3植被净第一性生产力（NPP）的定量测量 计算NPP时采用改进的光能利用率模型[12]。模型形式如下：

RFPARPARfTfNPP−××××=)()(21βε

(4)

其中，R表示呼吸消耗碳元素量；ε表示最大光能利用率；f1(T)和f2(β)分别表示温度和土壤水分对ε影响；PAR表示到达地表的光合有效辐射，由气候学方法确定；FPAR表示植被所吸收的光合有效辐射比例，由植被指数确定[13]。利用公式(4)，根据图1a的土地覆盖类型，计算得到2003年湖南省生态系统年平均植被净第一性生产力，测量结果见图1c。 3.4生态系统质量状况调整系数（R）的定量测量 生态系统质量状况调整系数R用于调整计算某一类生态系统的生态资产价值，它是由生态系统第质量状况决定的。

),,,(21nijAAAFRΛ=

（5）

其中，A1, A2,…，An是表征生态系统质量状况的生态参数，不同质量状况同一生态系统类型的

Vci是不同的，其差别由Rij来调整。选取植被覆盖度（fi）和植被净第一性生产力（NPP）作为表征当

年生态系统质量状况的生态参数，对于任一像元，调整系数可表示为[11]：

2⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛+=

meanjmeanj

ijffNPP

NPPR (6)

式中，NPPmean 和fmean为区域内第C类生态系统植被净第一性生产力的均值和植被覆盖度的均值；NPPj和fj分别为像元的第一性生产力和植被覆盖度。利用公式(6)计算得到2003年湖南省生态系统质量状况调整系数，测量结果见图1d。 4测量结果 在遥感生态参数测量的基础上，利用公式（1）和公式（2），对湖南省生态系统生态资产价值进行了估算。在实际计算过程中：单位面积价值的初始值采用了Constanza [1]和陈仲新[14]等人的生态系统类型的单位面积价值（表1），建筑和难利用地的取值根据其他参考资料计算得出。美元与人民币的汇率采用1美元＝8.27元人民币（以2003年人民币为基准）。 表1 湖南生态资产总体评价 Table 1 The overall evaluation of ecological capital 生态系统 面积/ km2生态资产价值 编号 类型 单位面积价值a)/USD•(hm2•a)-1测量面积 比例/% 总值/亿元 比例/%

1 耕地 92 38345 18.26 26.25 1.51 2 林地 1387 101399 48.28 1495.48 85.99 3 草地 232 30669 14.60 66.20 3.81 4 灌丛 232 13116 6.24 28.32 1.63 5 城镇 8 4584 2.18 0.11 0.01 6 水体 8498 13540 6.45 122.35 7.04 7 难利用地 15 8389 3.99 0.34 0.02 全省合计 210042 10.00 1739.03 100.00

a) 除城镇和难利用地外，其他数据引自文献[14] 通过计算得到2003年湖南省生态系统年平均生态资产价值空间分布图（图2a），以及湖南省各类型生态系统生态资产价值表（表1）。2003年湖南省生态系统年生态资产总价值为1739.03亿元人