基于时空信息熵的延河流域生态环境质量评价方法研究

The ecological environment of Yanhe watershed is becoming more and more serious. Natural disasters occur frequently and have become the bottleneck for the sustainable development of this watershed. This study intends to view Yanhe watershed as the study area, collecting long time series of remote sensing data, based on quantitative remote sensing inversion and spatio-temporal information analysis, the main research contents are:1) The quantitative remote sensing inversion method of important water and heat parameters and; 2) Propose the conceptions of temporal-spatial entropy and temporal and spatial relations entropy and study their ecological significance; 3) Explore the optimal scale of ecological environment parameters; 4) By analyzing the complex relationship of ecological parameters, entropy method is introduced to determine the weights of parameters. And a new evaluation model of ecological environment health can be established. 5) Apply this new method to assess the ecological environment of Yanhe watershed, and reveal its temporal and spatial evolution laws. Then we will also explore the driving force factors behind the changes of ecological environment. Our study will achieve the following goals: 1) Operational quantitative remote sensing inversion method; 2) A new method of watershed ecological environment assessment based on information entropy theory; 3) Provide decision support for ecological environment construction of Yanhe watershed. And also provide relevant theories and methods for similar areas.

延河流域生态环境问题日益突出，自然灾害频发，已成为制约其可持续发展的瓶颈问题。本研究拟以延河流域为研究区域，收集长时间序列遥感数据，基于定量遥感反演及时空信息分析，研究如下内容：1）重要水热参数的定量遥感反演方法；2）借鉴度量系统不确定性及分布无序度的信息熵意义，提出时空信息熵、时空关系信息熵概念，研究其生态学意义；3）生态环境参数的最适研究尺度探究；4）通过互信息分析，研究熵权法构建生态环境质量评价模型方法；5）应用新方法评价延河流域生态环境质量状况，揭示延河流域生态环境质量时空演变规律，并探究其驱动力因子。本研究可实现如下目标：1）可业务化的定量遥感反演方法；2）基于信息熵理论的流域生态环境质量评价方法；3）为延河流域生态环境建设提供辅助决策支持，也为类似区域提供相关理论和方法。

延河流域生态环境问题日益突出，已成为制约其可持续发展的瓶颈问题。本研究以延河流域为研究区域，收集长时间序列遥感数据、气象观测数据、社会统计数据及地面调研数据，基于定量遥感反演及时空信息分析，重点研究了如下内容：1）生态环境质量评价相关：基于地表温度解析解表达式，研究了地表温度及土壤水分的定量遥感反演方法；提出了时空信息熵的概念，分别给出了时间信息熵和空间信息熵的计算模型，分析了其生态学意义，并基于此，提出了延河流域生态环境质量评价方法并进行了实践；2）人类活动与生态环境关系相关：针对延河流域典型的细小水体遥感提取难题，提出了遥感水体提取模型；针对流域耕地信息提取的瓶颈，提出了多时相遥感耕地信息提取策略；提出了流域尺度生态盈余和生态赤字的计算方法，计算了延河流域生态足迹与生态承载力，核算了2000年、2010年及2017年延河流域的生态盈余/赤字结果并进行分析；3）人类聚集区域相关：针对城市信息分析需求，提出了基于深度学习的城市功能区分类方法；引入复杂科学理论，研究了城市范围的确定方法和城市标度律。本研究取得的主要结果包括：1）延河流域生态环境质量评价及决策建议；2）时、空信息熵模型及其生态学意义；3）积累了比较完备的延河流域生态环境相关的时空数据集。本研究的科学意义在于：1）提出了具有生态学意义的时空信息熵概念及其计算模型；2）人类活动与流域生态环境之间的相互影响是流域生态环境质量变化之驱动力，亦是可持续发展的重要研究视角。