景观演化特征指数及其应用

随着中国城市化建设的快速推进,城市蔓延式增长和生态空间持续性萎缩成为普遍的现象,以地表硬化为主要特征的城市景观格局变化得到广泛关注,而景观扩张指数(Landscape Expansion Index, LEI)是测度这一现象的重要工具。但在新型城镇化背景下,由于大城市空间结构调整优化以及城市绿化率的提高,硬化地景观的收缩与消亡已成为城市景观演变的另一重要形式,因此亟需新的有效手段来刻画城市发展的新特征。在此背景下,本文在LEI指数的基础上,提出景观演化特征指数(Landscape Evolution Characteristic Index, LECI),尝试综合描述城镇化过程中硬化地景观斑块扩张与收缩的动态特征;并基于邻域特征计算的景观演化特征指数,包括景观演化模式识别指数(Landscape Evolution Pattern Index, LEPI)和景观演化规模指数(Landscape Evolution Area Index, LEAI),协同分析两个或多个时相景观格局演变过程中的斑块新生与消亡。本文将LECI指数应用于武汉都市发展区1990-2010年期间的城市硬化地景观演变过程中,与基于最小包围盒的景观扩张指数(LEI)对比分析,结果表明：①LEPI能准确识别不同规模和形状斑块的空间扩张模式,LEAI能够较好反映斑块扩张强度并表征景观扩张方向;②LEPI能有效识别城市景观演变中消亡斑块的湮灭模式,研究区内硬化地景观消亡现象明显加剧,可能与政府加强城市内部改造及绿化建设有关;③LECI指数变化分析发现,武汉都市发展区研究期内的城市景观扩张强度有所放缓,飞地式和边缘式空间增长构成斑块演变的主体,城市硬化地景观扩张模式在空间上呈现明显的梯度分异规律,随距主城区的远近呈现填充式/包围式、边缘式/邻接式到飞地式/孤立式的演替。     

城市热岛斑块遥感识别及空间扩张路径研究——以北京市为例

研究利用MODIS地表温度数据产品,引入概率阈值算法提升城市热岛斑块空间识别精度。在此基础上,构建城市热岛扩张指数将城市热岛斑块时空变化过程分解为飞地型、边缘型、填充型扩张模式和缩减型模式。基于土地利用变化过程,开展城市热岛斑块空间扩张模式的路径分析,准确识别城市热岛斑块空间扩张路径的来源和归趋。研究表明：2020年北京市夏季昼夜城市热岛斑块总面积分别为3932 km²和2 266 km²,占北京市总面积比例23.96%和13.81%。2005―2020年夏季昼夜城市热岛斑块面积比例分别增加43.40%和24.44%。增长型城市热岛斑块面积大于缩减型城市热岛斑块面积。边缘型扩张模式是增长型城市热岛斑块最主要的模式。耕地、城市建设用地、农村居民点是增长型城市热岛斑块主要的空间扩张路径。研究结果为揭示城市热环境形成过程和精细化管理提供理论依据和数据支撑。     

地表城市热岛效应的概念内涵与定量刻画

明晰城市热岛（UHI）效应相关概念内涵、厘清其定量刻画方法是有效开展UHI效应研究的重要基础。全球城市化进程使UHI效应越发普遍,相关研究数量迅速增长并出现了UHI效应的多样认知,尤其对具有空间异质性表征优势的地表城市热岛（SUHI）效应开发了多样的定量刻画方法,但目前尚缺乏对其定量刻画方法的系统梳理。因此,本文对城市热岛、城市热岛效应、地表温度和城市热环境等易混淆概念进行了辨析,总结了各类UHI典型空间位置和尺度范围。在SUHI效应定量刻画中,将SUHI范围识别方法归结为城乡温度阈值、温度等级阈值、高斯拟合参数、温度衰减突变四大类,指出当前SUHI范围识别研究侧重于对SUHI影响规模的认知。研究同时对各类范围识别方法所对应的SUHI强度表征指标进行了梳理,认为理解指标本质内涵是掌握指标间潜在差异的前提。未来研究应整合多维度数据以突破单一SUHI监测途径,发展大尺度SUHI定量刻画方法以拓展定量研究的广度,认知连通化SUHI空间形态以挖掘范围识别研究的深度。     

基于GlobeLand 30的南亚各国人造地表变化时空特征分析

以南亚各国为例,基于2000、2010和2020年三期GlobeLand30数据,通过空间扫描统计法、景观扩张指数和洛伦兹曲线对2000—2010年和2010—2020年两个时段南亚各国的人造地表扩张情况进行统计分析,研究南亚各国人造地表的时空变化和空间结构的发展特征。结果表明：（1）南亚人造地表面积持续扩张,扩张率由2000—2010年的0.42%增长到2010—2020年的2.59%。（2）近20年来,印度人造地表面积扩张量最大,不丹的扩张率最快,南亚在人造地表扩张的过程中出现了显著的空间热点区域,并且在不同时段表现出空间热点的迁移现象。（3）巴基斯坦西部、斯里兰卡中部、孟加拉国西北部以及印度东部和南部飞地式斑块增加,人造地表呈现出分散凌乱的扩散特点;印度北部、斯里兰卡东部和孟加拉国东南部的新增斑块类型由飞地式转化为填充式和边缘式,表现出从扩散式阶段发展到趋于紧凑的聚合式阶段的变化趋势。（4）南亚各国人造地表的扩张在不同规模的城市尺度上存在很大差异,导致人造地表扩张过程表现出明显的不均衡性。     

基于夜间灯光数据的呼包鄂城市群空间扩张特征及驱动力研究

为了揭示呼包鄂城市群时空演化特征和主导因素并明确其所处发展阶段,利用夜间灯光数据提取城市群1997年、2002年、2007年、2012年和2017年5个时期建成区轮廓,运用规模扩张指数、重心偏移模型和景观格局指数对其扩张过程、扩张方向和空间格局特征进行量化描述,在此基础上构建驱动力模型,探究其时空扩张驱动力。结果表明:(1)呼包鄂城市群呈现“先快后慢、先强后弱”的中心圈层式扩张的空间形态演变特征;(2)扩张方向上呈现“顺势转移、逐心而动”和“大幅东进、加速南移”的空间重心迁移特征;(3)空间格局上呈现核心-边缘分布以及“由极化转向集聚”的组织结构特征;(4)动力机制上以行政力和内源力平行驱动为主,市场力和外向力对城市群空间扩张影响作用依次递减。区域城镇化进程较快,总体处于快速发展的低级一体化阶段。     

基于多维分析框架的中国城市收缩时空演化特征分析

从城市收缩的维度类别、维度数量、时序演化3个方面入手,提出了一套新的多维度分析框架,并将其应用于中国城市收缩的时空演变特征分析。结果表明：1）在1995—2000、2000—2005、2005—2010和2010—2015这4个时期中,人口收缩城市占中国城市总量的比例分别为9.55％、20.34％、15.34％和19.72％;经济收缩城市占比分别为5.32％、4.85％、0.47％和8.29％;空间收缩城市占比分别为7.04%、3.44%、3.76%和1.72%。2）相对于欧美发达国家,中国的城市收缩现象并不是很严重,大部分人口收缩城市的收缩率均低于3％。3）中国的城市收缩现象存在3个悖论：93.03％的人口收缩城市的建成区面积在扩张,92.37％的人口收缩城市的国内生产总值（GDP）在增长,94.57％的经济收缩城市的建成区面积在扩张。这与中国的要素依赖型经济增长模式和地方政府的土地融资模式等存在较强的关系。文章所构建框架具有较好的灵活性和较强的适应性,有助于增强收缩城市研究的可比性。此外,该框架在推动城市多维度收缩的类型学研究,分析城市收缩的时序演化规律等方面也具有较大的潜力。     

基于UCI指数的1988—2021年莆田市城区不透水面时空演变分析

基于时序Landsat影像采用城市组分指数(urban composition index, UCI)获取1988—2021年莆田市城区不透水地表分布图,综合分析莆田市城区不透水面的时空变化特征,探究其演化的相关驱动因素。结果表明：1988—2021年莆田市城区不透水面面积呈增长趋势,增加面积为127.42 km²,扩张速度由快变慢;空间分布为分散-聚集格局,主要扩张方向为东南沿海方向,以市中心为内核不断完善周边建设,以交通为轴向进行带状扩展。在政府政策引导和控制城市发展进程下,人口和经济的增长是莆田市城区不透水面扩张的决定性因素,地形和交通也有着一定的驱动作用。     

赣南山地丘陵区城市人口增长与建成区扩张耦合关系

随着中国经济发展逐步进入转型期,新型城镇化的深入推进成为区域经济持续发展的强大引擎,但在城镇化进程中产生的耕地安全、空间冲突等问题日益突出。分析山地丘陵城市人地关系,有利于把握城市发展质量、为山地丘陵区深入推进新型城镇化战略提供认识基础。研究以赣南原中央苏区为例,在2001年、2012年城市人口与建成区面积数据基础上,通过修正集中度构建了基于山地丘陵地区人口增长-建成区扩张耦合指数模型,利用数理统计及空间分析方法对其进行深入分析。结果表明:2001—2012年,城市人口及建成区集中度呈现出典型的幂分布特征,空间分布上则形成核心-边缘结构。城市人口与建成区集中度间的关联性显著增强,空间布局均以东北-西南方向为主,但二者由不均衡逐步趋于拟合,城市人口增长-建成区扩张的空间格局、规模差异均较大;趋势线在东西方向上变化十分显著,南北方向上起伏度变化则进一步增大。2001—2012年,赣南苏区主导城市类型由人口增长型转变为人地协调型;而人口增长-建成区扩张耦合格局则以建成区扩张型城市为主,城市蔓延式扩张现象明显。研究立足各级城市人地发展现状,提出促进赣南苏区城市人地协调发展差别化建议及措施。     

西安市绿地景观吸收雾霾生态系统服务测算及空间格局

大城市日益严重的雾霾现已成为影响城市生存发展的重要问题。城市绿地是城市社会—经济—自然复合生态系统的重要组成部分,发挥着重要的生态功能。测算城市绿地吸收雾霾的生态功能价值及空间格局,对城市雾霾治理以及生态与经济健康协调发展有重要意义。运用景观生态学和生态系统服务理论,基于西安市的TM遥感影像和Arc GIS 10.1、Fragstats 4.1软件,对西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务价值进行了测算和空间分析。结果表明:1西安市建成区不同景观类型的破碎程度差异较大;2西安市建成区绿地景观吸收雾霾的生态系统服务总价值为2954.13万元,各类绿地生态景观对吸收雾霾的贡献率有较大差别;3西安市建成区绿地景观吸收雾霾的总生态系统服务功能值密度和各单项生态系统服务功能值密度具有明显的城市中心区到边缘区的圈层递变特征;4西安市建成区各绿地景观指数与绿地吸收雾霾服务功能密度值之间具有显著的相关关系。绿地斑块与廊道镶嵌存在且斑块分布均匀的绿地景观格局对吸收污染气体、滞尘、净化大气有着重要作用,而且景观斑块平均面积越大、破碎度越低,对大气污染物的净化功能越明显。     

基于夜间灯光影像的云南省建成区时空演变及影响因素分析

利用2012年、2015年、2018年和2020年的夜间灯光数据与统计数据,在4期建成区提取结果相对误差均小于5%的基础上,采用局部空间自相关、标准差椭圆、地理探测器等方法进行建成区时空格局与影响因素分析。结果表明：建成区扩张速度分布由2012—2015年的从中央到四周递减转变为2015—2020年的四周增速较高而中央较低,2012—2020年扩张强度有所提升,中强度及以上州市占比由2012—2015年的31.25%增加到2018—2020年的50%;建成区扩张速度的高高聚集区与热点区域均分布在滇中与滇东北,且建成区3个时间段内重心呈西北—东北—东南迁移趋势;扩张速度演变的主导单因子为路网密度、用水总量和人口密度,且因子间的交互作用均大于单因子作用。因此,需采取多管齐下、因地制宜的合理调控与正向激励政策来促进平衡发展。     

半干旱区典型工业城市热岛时空分布及演变特征——以包头市为例

基于2000 年、2008 年和2015 年landsat5 TM影像和Landsat8 OLI影像,以单窗算法反演地表温度,研究包头市区近15 a 的城市热岛时空分布及演变特征,并对下垫面土地利用/覆盖类型、 NDVI 与城市热岛的关系进行了定量分析。研究结论表明：包头城市热岛15 a 来呈逐步扩展趋势,且主要集中于裸地区、工矿区、商业和人口密集区三类区域,空间演变趋势与城市扩张格局呈现出高度的一致性;城市热岛效应强度增强,但2008-2015 年以来,市中心区高温区面积比重大大降低;下垫面土地利用/覆盖类型是影响城市热岛空间分布的重要因子,地表温度呈现出裸地>工矿用地>建设用地>城市绿地>农用地>水体的规律;地表温度与 NDVI 呈现显著的负相关关系,即植被指数越高,城市的地表温度越低。     

基于TM影像的哈尔滨市主城区绿地降温作用研究

选取2001年、2005年、2013年和2015年的4期同季TM影像为数据源,利用单窗算法反演哈尔滨市主城区地表温度,以SPOT影像为数据源提取30块城市绿地斑块,将地温空间格局与城市绿地斑块进行空间耦合分析,以揭示绿地对城市热岛地温格局的干扰影响。结果表明：从空间上看,哈尔滨市主城区热岛效应显著,主城区分布着大面积高温区和次高温区,极高温区则呈点状、面状或带状孤岛型分布特点;从动态上看,城市热岛的空间格局呈现从城市中心的老城区逐渐向外围新开发建设区域扩展的特点。绿地斑块内部平均温度除与自身特征有关外,还与其空间布局和周边景观格局相关。绿地斑块降温程度和降温范围与绿地斑块面积呈正相关关系,与绿地斑块形状指数呈负相关关系,绿地降温范围与绿地斑块周长呈正相关关系。当绿地斑块面积为0.055 km²时,绿地斑块对周边温度的降温效率较好,当绿地斑块面积在0.070 km²时,绿地斑块对周边降温的面积效率较好。     

长沙市城市扩张对边缘区景观格局的影响

以长沙市建成区为研究区域,选取2000年、2005年和2010年的遥感影像作为数据源,在ArcGIS和Fragstats4.0软件平台的支持下,运用缓冲区分析和景观指数方法,对长沙市的城市空间扩张及其对边缘区景观格局的影响进行研究,结果表明:2000-2010年期间,长沙市城市空间扩展在速度上呈前期低速蔓延、后期加速扩张的特点,在方向上呈前期东拓西控、后期北扩南伸的特点;城市空间扩展对类型层次和景观层次的景观格局指数变化的影响均不同。在类型层次上,城市空间扩张对耕地的影响最大,与城市边界距离3 000~4 000m处是城市扩张与耕地减少的空间边界;在景观层次上,随着城市空间扩张,景观的斑块密度减小、蔓延度增加、香农多样性先减后增、聚集度增加。     

城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响研究进展

随着全球城市化的快速发展和气候变暖及极端高温事件的加剧,城市热岛效应已成为了21世纪影响人类生存发展的重要环境问题。因此,阐明城市热岛强度时空变化特征,揭示多空间尺度下的形成机制是人文地理学和气候学研究的热点和前沿交叉科学问题。从街道峡谷微观尺度、城市街区局部尺度和城市宏观尺度全面总结和系统梳理了城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响和耦合机制,提出了未来通过定量表征城市热岛强度、城市空间形态的空间格局、时间演化特征及规律,构建空间关系分析模型,进而揭示城市空间形态在不同时空尺度对城市热岛强度的作用机制,为城市规划、宜居城市建设以及气候变化的响应与适应研究提供理论指导。     

东北地区收缩城市活力演化及影响因素分析

利用市辖区人口变化识别2010—2018年东北地区的收缩城市,重新定义城市活力并构建城市活力多指标评价体系,刻画东北地区城市活力时空格局,剖析东北地区收缩城市的城市活力演化特征与影响因素,结果表明：(1)东北地区现有16个收缩城市和7个增长城市,资源衰竭型城市为典型的收缩城市,整体表现为“收缩与增长并存,收缩集聚性显著”的空间特征。(2)东北地区城市活力水平整体提升,呈现出“核心–边缘”的空间整体格局和“北低南高”的省际空间差异格局。(3)收缩城市的综合活力水平普遍低于增长城市。从不同活力系统看,收缩城市的经济活力水平普遍较低,但个别城市的环境活力、文化活力和社会活力水平表现反而优于增长城市。(4)收缩城市活力系统协调度演变特征不显著,城市的原有活力基础和本底条件对于城市活力水平变化具有重要的影响意义,保持高水平高协调的发展结构对于提升城市活力具有重要影响作用。(5)城市活力的主要影响因素为功能混合度、第三产业占GDP的比重和城镇生活污水处理率,对收缩城市而言,优化建成区环境和生态环境质量、提升城市空间多样化容纳程度、加快产业转型升级,是提升城市活力水平的关键。     

基于改进景观扩张指数苏锡常地区城镇扩展空间形态变化

针对目前景观扩张指数计算存在的问题,提出一种改进计算景观扩张指数的方法用于动态分析城镇空间形态变化特征。将景观格局的3 种增长模式:填充式、边缘式和飞地式分别表示为3 种拓扑关系:包含、相交及相离关系,通过判断新增城镇建设用地斑块之间的拓扑关系计算景观格局扩张的各项指数,据此对苏锡常地区1985~2008 年各阶段城镇扩展空间形态变化进行分析。从总体景观扩张模式的变化来看,苏锡常地区建设用地增长方式以边缘式的紧凑增长为主;从增长形态的空间位置来看,各市市区和各镇行政中心的增长形态基本可以归纳为以边缘式增长为主的紧凑增长形态,普通城镇则可能是紧凑增长形态或者蔓延增长形态。计算结果表明,改进的景观扩张指数方法能够动态的反映苏锡常地区城镇用地空间格局形态变化过程。进一步计算反映城镇用地分形特征的盒子维数作对比分析,从计算结果来看,随着时间推移苏锡常地区城镇用地分维数值逐渐增加,从1985 年的1.220 增加到2008 年的1.504,但增长幅度不大,说明城镇空间格局始终处于集中和均衡之间;而景观扩张指数计算结果反映,从1995 年飞地式增长模式的数量和分布开始增加之后,给城镇发展的主导的紧凑模式带来了扰动,这种扩散式的增长导致各城镇扩张的结果在空间形态上出现与总体趋势分异的现象。新建设用地的增长点引起了城镇空间结构的变化,这种发展增加了城镇空间形态的随机性和结构的不稳定性,这个结果可以作为前述盒子维数计算结果的补充,说明景观扩张指数可以解释分形这种形态结果的空间变化过程;并且通过计算景观扩张指数,决策者可以了解城镇扩展空间形态的变化趋势,从而从宏观上控制城镇的无序蔓延。     

长株潭城市群核心区城镇景观空间扩张过程定量分析

城镇扩张是城镇化过程最直接的表现,定量研究与揭示城镇空间扩张模式,对理解区域城镇化过程及城镇空间规划具有重要的意义。利用景观扩张指数定量研究了长株潭城市群核心区1993-2006年城镇景观空间演化过程,揭示其城镇景观空间扩张规律。结果表明:①研究时段内,城镇用地发展经过了凌乱分散的初级发展阶段后正趋向局部紧凑和区域布局合理;②1993-2006年间,长株潭城市群核心区城镇景观扩张主要是以边缘式增长为主,但是不同的时期,景观扩张表现出相异的空间扩张模式:1993-1996年间,景观扩张方式主要是以边缘式和飞地式为主,这一阶段长株潭城市群核心区处于快速城镇化过程的初级阶段;1996-1998年城镇化过程加快,这一阶段的城镇发展显得凌乱而分散,飞地式扩张明显;1998-2001年处于快速城镇化发展的扩散阶段,以边缘式扩张为主;2001-2006年间,处于快速城镇化的聚合阶段,城镇发展主要以边缘式和填充式为主;③长株潭城市群核心区在1993-2006年间,其平均斑块扩张指数和面积加权平均斑块扩张指数都呈上升趋势,表明城镇景观扩张更趋于紧凑。     

珠三角村镇建成区的空间型态：特征、类型和产业影响因素

改革开放以来,珠三角地区的工业迅速发展,村镇土地利用快速非农化,其中以东莞、中山、佛山3市最为典型。论文以3市为案例,探讨2010年来珠三角村镇建成区空间型态。研究数据主要包括广东省2015年土地利用现状数据和2009—2015年间3市的土地利用数据。首先,通过斑块密度、空间离散度、空间均匀度、平均斑块面积、分形维数、景观破碎度、缓冲区分析、Moran's I指数这8个指标,分析建设用地的空间形态特征。其次,分析工业用地与非工业建设用地、建设用地与交通道路的空间分布关系,比较并总结3市的村镇建成区空间类型。最后,基于灰色关联分析法,探讨影响空间类型的产业发展因素。研究发现,东莞村镇建设用地呈现高度破碎均匀分布型,佛山呈现团状离散型,中山介于二者之间,为中度碎化分散型;3市的产业发展能较大程度上影响其形成不同的建成区空间型态。未来,基于产业经济作为村镇建成区空间特征变化的主因,珠三角可以结合粤港澳大湾区规划建设,通过调整产业结构、布局以及交通和土地利用,优化村镇空间布局。     

基于Landsat TM/ETM+遥感数据的福州热环境研究

以福建省福州市为研究区,使用1994年5月12日Landsat TM、2002年3月7日LandsatETM+和2009年3月10日Landsat TM数据,采用普适性单通道算法对研究区进行地表温度反演算,反演得出福州地面温度的分布情况,并根据研究结果对福州市热环境空间分布格局及动态演变过程进行监测分析.研究结果表明:福州市存在明显的城市热岛现象,不同时相遥感数据反演得到的福州市地表温度的空间分布趋势基本一致;城区地表温度明显高于郊区,水体温度最低.1994年福州市热岛中心分布范围较小;1994—2002年间福州市高温区域明显增加,主要分布在城区建筑物比较密集的区域和裸地区域;2002—2009年间高温区增加得比较缓慢,同1994年和2002年相比,2009年城区范围内大面积高温区减少且分布比较破碎.     

江汉平原乡村聚落形态类型及空间体系特征

依据国土空间用地GIS数据及村镇统计数据,采用聚类分析及分形学方法,探索江汉平原乡村聚落空间形态类型及空间体系特征。研究表明,江汉平原因其内部自然环境基质的差异,形成了“二类四型”聚落空间形态:低丘岗地地域,主要是均衡镶嵌型聚落空间形态,可分为高密度（斑块）低丘点状形态及中密度（斑块）岗地团块形态2种亚型,此类聚落形态的村镇呈现出“星点”式空间结构;河渠水网地域,主要是轴带依附型聚落空间形态,可分为低密度（斑块）滨湖弧带形态和中低密度（斑块）河渠直线形态2种亚型,此类聚落形态的村镇呈现“点轴”式空间结构。江汉平原“二类四型”乡村聚落形态及空间体系结构在长江中游平原水网农区有一定的典型性,可以为此类乡村聚落空间重构、乡村居民点体系优化提供理论基础及实践指导。