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北方防沙带生态工程实施成效遥感监测技术应用案例全国主体功能区划明确了我国以“两屏三带”为主体的生态安全战略格局，北方防沙带是“两屏三带”的重要组成部分。

一、应用场景

全国主体功能区划明确了我国以“两屏三带”为主体的生态安全战略格局，北方防沙带是“两屏三带”的重要组成部分。2020年最新划定的北方防沙带跨越中国北方地区，涉及吉林、北京、河北、内蒙古、甘肃、新疆6省（区、市），208个县级单位，总面积达到220万km2。区域内土地沙化严重，是我国生态环境最脆弱的地区之一。针对区内的各项环境问题，国家大力开展了一系列重大生态工程，进一步增加林草覆盖度，增强防风固沙、水土保持、生物多样性等功能，提高自然生态系统质量和稳定性，构筑我国北方生态安全屏障。北方防沙带是我国防沙治沙的关键地带，是我国草原生态保护和修复的重点区域，对保障北方生态安全、改善全国生态质量具有重要意义。

二、主要解决的问题

该技术着力解决大尺度草原沙化快速监测精度低的问题，以便高效准确地获草原保护建设工程实施后的沙化信息。

三、技术要点

1. 基于Google Earth Engine(GEE)云平台的遥感数据预处理选择MOD09A1产品作为主要数据源，在GEE云平台中完成2000年至2020年植被生长旺季所有影像的预处理与合成。

2. 选择Collect Earth作为验证数据集根据北方防沙带植被分布零散、沙地大面积分布的特点，本研究借鉴系统抽样的思想，使用系统等距抽样法在研究区内进行样地布设，共生成了831个样地。选用Collect Earth（FAO开发的用于样本收集的免费开源软件）的多个卫星存档数据，根据样地的空间位置，通过影像质量、时间、解译难度等因素的比较，最终获取了296个有效样本数据，用于沙化结果的精度验证。

3. 遥感沙化指数（RSDI）的构建沙漠化是个复杂动态的过程，表现在植被、水、土、气、微生物等多个方面，单一的指标往往难以准确判断沙化状况。本案例通过众多沙化相关指标的科学筛选，最终选择了植被绿度（MSAVI）、表土径粒（TGSI）、地表湿度（Wetness）、地表辐射（Albedo）共4个指标来从不同角度表征植被沙化，最后利用主成分分析（PCI）的方法构建了遥感沙化指数。

（1）主成分分析中MSAVI和Wetness都为正值，二者对沙漠化的逆转起正向作用；Albedo与TGSI都为负值，二者对沙漠化逆转起负向作用，这与实际情况相符。主成分分析最大限度的集中了4个指标的特征，且可以合理的对沙漠化过程进行解释，因此，可使用其建立遥感沙化指数RSDI。

（2）具体公式如下： 式中代表某一指标归一化后的结果，代表该指标像元的值，代表该指标的最小值，代表该指标的最大值，表示初始的遥感沙漠化指数。RSDI适用于对我国北方沙漠化以及植被稀疏区域的生态质量监测，RSDI值的范围在[0-1]之间，值越小表示受沙漠化威胁小，生态质量较高；值越大代表沙漠化威胁越严重，生态环境恶劣。对于研究区内的沙漠化土地，RSDI的变化可以反映沙漠化程度的波动；对于未沙漠化土地，RSDI的变化可以进一步反映生态状况的正向或逆向发展。

4. 工程实施区沙化结果变化趋势分析利用两种非参数化方法Mann-Kendall（M-K）检验与Theil-Sen Median（Sen）趋势度来判断RSDI的变化情况，将研究区内的RSDI分为不显著变化、显著恢复、显著退化三种类型，用来评价沙化及生态状况的变化趋势。

四、应用成效

根据Collect Earth验证数据集的检验，RSDI方法总体精度达到了89.2%，Kappa系数达到了0.80，具有较高的监测精度。该方法能实现大尺度生态状况动态变化和发展趋势的快速监测，对科学评价草原保护建设工程实施成效具有重要的推广示范意义，可为生态工程的实施、管理与生态提升提供科学参考价值。

研究表明，2000年至2020年北方防沙带RSDI年平均值在0.45至0.52之间波动，整体呈显著下降的趋势，表明工程区内由于生态保护建设工程的实施，沙化程度在减轻，生态呈现恢复的态势。其中，显著恢复的区域占比34.1%，显著退化的区域占比6.0%，保持稳定的区域占比59.9%，说明20年来北方防沙带内生态状况整体向好发展。

据本项目监测，北方防沙带草原植被净第一性生产力（NPP）以年均2.47g C/m2的速度增加；京津冀协同发展区年增速最大，为6.24g C/m2，内蒙古高原生态区其次，增速为3.31g C/m2，与沙化监测结果一致。

五、适用范围

该技术适宜于草原保护建设工程实施后的生态成效的快速监测，适用区域为北方草原；现阶段在北方防沙带内得到推广应用。