元阳县土地利用空间格局及其变化的图谱方法研究

信息图谱为区域土地利用空间格局及变化提供了一种谱系化、定量化与定位化相结合的研究方法.以云南省元阳县为例,在遥感、GIS空间分析和统计分析模型的支持下,从土地利用时空演变模式、空间扩展过程、斑块的空间分布特征三方面建立土地利用空间格局及变化信息图谱,并对其图谱特征进行分析.结果表明:土地利用时空演变征兆图谱更直观形象地揭示了区域土地利用变化的基本模式,提供了时空复合的表达方式;土地利用斑块形态与空间扩展图谱的建立应用空间格局研究中的相关概念和方法,将微观、宏观层次的图形信息与变化过程相结合;利用等步长变距离缓冲区分析法建立的VCM曲线可直观地描述不同土地利用类型斑块的空间分布特征及不同研究时段内其空间分布特征的变化情况.     

基于景观生态学的人口空间数据适宜格网尺度研究——以山东省为例

以山东省为研究区,在100m、200m、300m、400m、500m、600m、700m、800m、900m、1km 10个格网尺度人口格网数据的基础上,引入景观生态学的相关指数和方法,探索不同格网尺度表达人口空间分布的适宜性。结果表明:在用传统的基于土地利用/覆被的人口数据空间化方法进行人口空间化的过程中,并不是尺度越精细所能表达的信息越细致、完整,400m是一个人口尺度变化上的特征点,所反映的人口分布信息最细致且完整性好。由此可得,在进行山东省人口空间化的过程中,400m是一个比较适宜的尺度。     

河流过程的累积现象和随机模型

累积现象普遍存在于河流过程中,准确考虑前期水沙条件的累积影响对冲积河流河床演变规律的研究至关重要。为揭示累积现象的物理实质,本文对国内外多条典型冲积河流上枢纽修建后其上下游河道冲淤实测资料进行了分析。定义水沙条件变化为外部扰动,并假定其发生概率符合泊松分布及单个扰动引发的系统反馈强度随时间呈指数衰减。本文运用统计力学中的随机理论给出了冲积河流外部扰动诱发的内部反馈随时间的累积过程及其时空间演进的数学描述和理论模型,并将其应用于枢纽修建后其上下游河道形态时空调整过程的模拟。结果发现,从时间上看,断面垂向、横向及全河段的冲淤调整速率早期较快,之后迅速减缓,河床累积冲刷深度、河宽及河段累积淤积量随时间不断增大直至平衡,表现出典型的累积特性;从空间上看,坝下河段冲刷强度沿程非线性衰减直至消失,这种空间分布上的不平衡是外部扰动引发的系统反馈在空间传播的同时随时间衰减的综合结果,是河流过程累积特性的另一外在表现。模型应用结果表明,河道垂向、横向、纵向及全河段的时空冲淤调整过程均可用归一化公式来描述,计算值与实测值符合较好,相关系数R ²达0.92、0.93、0.76和0.95。本文模型同时考虑了河流过程的累积特性和系统反馈的空间传播特性,可为定量描述扰动后非平衡态河道的时空调整过程提供理论依据和新的计算方法。     

黑河流域植被净初级生产力的遥感估算

利用光能利用率模型C-FIX,高时空分辨率的SPOT/VEGETATION遥感数据,全球格网化气象再分析资料以及黑河流域土地利用图,估算了1998—2002年黑河流域不同生态系统净初级生产力(NPP)的年总量和平均生产力,输出了黑河流域NPP年累积量空间分布格局图、NPP季节动态图,分析了近5a来黑河流域NPP时空变化特征,评价了不同土地利用类型下的生态系统生产力水平差异。其结果表明,黑河流域陆地生态系统NPP空间分布及其季相变化特征是流域自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水分条件是控制黑河流域陆地生态系统NPP空间格局的决定因子。1998—2002年黑河流域山区高覆盖度草地和下游荒漠区净初级生产力持续下降,反映出这些地区生态环境恶化严重。这些研究结果可以为黑河流域的水-生态-经济系统的合理设计与有效实施提供科学数据集。     

岷江上游土地利用的时空分异

运用土地利用变化率、土地利用类型综合转换速率、土地利用结构差异度系数和信息熵等指标,分析了岷江上游土地利用的时空分异特征.研究表明:1986～2000年间,岷江上游土地利用类型趋于多样化,土地利用结构趋于均匀化,呈现与牧草地、耕地和建筑用地挤压林地的趋势;空间单元土地利用结构整体差异性变化不大,土地利用系统不同程度地趋于复杂无序;上地利用的空间生态效应与海拔梯度、人口密度变化具有一定相关性;土地利用变化与空间生态效应变化呈现逆向关联特征;区域开发政策、人口密度、资源分布、产业活动强度等的变动驱动了土地利用时空变化.     

快速城市化地区景观组分在地形梯度上的分布特征研究

采用地形位指数综合描述深圳市龙华地区的地形差异，并在此基础上，利用无量纲的分布指数对景观组分的空间分布特征进行了半定量分析，结果表明，地形位指数可以综合地反映地形条件的空间分布和差异信息，分布指数用于描述某各组分的实际分布与标准分布的差异，可以排险面积的干扰，为各种经较分析创造了条件，研究时段内龙华地区景观组分在地形位梯度上整体分布格局的复杂性显著增加，人为景观改造活动主要表现为一种中尺度土地利用结构调整行为，并有助于对不同地形条件下的土地利用进行加严格的分工，地形差异则是大尺度景观整体格局形成的基本骨架。     

基于斑块聚集的城市土地利用空间布局研究

研究土地利用空间格局及其演变特征是了解其空间格局形成原因,进而拟定合理土地利用方向和改造利用措施的前提。该文以景观生态学斑块理论为基础,对武汉市的居住用地、商业用地和工业用地空间布局开展实例研究,首先建立基于土地利用斑块的单元特征指数和空间布局指数,其次利用ArcGIS软件对数据进行斑块格网化空间叠置分析和邻域聚集度指数计算,并以SPSS软件对斑块聚集度指数进行聚类分析。研究结果表明:基于土地斑块聚集度的城市空间布局研究方法将数量统计和空间分析有效结合,能较好地揭示主要用地类型聚集与分散的空间格局分布特征和规律,为土地集约优化利用和可持续发展提供依据。     

景观扩张指数及其在城市扩展分析中的应用

景观指数是定量分析景观格局的一种常用手段,但目前大部分景观指数,往往只侧重于对景观斑块或格局的几何特征进行简单分析和描述.忽略了景观格局动态变化过程的信息.缺乏将景观空间分布格局与其变化过程相结合的深入研究.作者提出了一种新的景观指数一景观扩张指数(Landscape Expansion Index,LEI),与传统的景观指数相比,LEI包涵了景观格局的过程信息,可用来分析两个或多个时相景观格局的动态变化.而传统景观指数则只能反映某一时相景观格局的信息.将景观扩张指数应用于东莞市1988-2006年期间的城市景观扩张过程中,研究结果表明.LEI能够很好的识别城市扩张的三种类型一填充式、边缘式以及飞地式.此外,通过对东莞市城市扩张过程LEI的变化分析,发现东莞市城市扩张规律与城市增长相位理论是相符合的.     

丘陵山区土地利用的景观空间格局与农业景观生态设计

通过对2002年TM遥感影像(4、3、2波段)的解译并结合土地利用现状图,首先在区域尺度上将研究区(咸宁市)划分出六类农业景观生态功能区,据此又将农业景观类型在不同尺度上划分为广域型景观和镶嵌型景观,其中广域型景观19个,镶嵌型景观(单元)类型36个.在GIS的支持下实现了景观类型图的编绘和空间格局分析,结果显示:(1)中山地天然林区多样性指数最低,为0.111,破碎度指数也最低,为0.016,反映该区景观类型单一,山地林地景观面积和规模较大;而山间盆地农林牧区最高,为0.932,反映该区景观类型多,人类土地利用受地形影响较大;(2)平原高产农业区均匀度指数最高为0.755,反映该区土地利用方式主要受人类控制而有规律分布;(3)低山地用材林区优势度指数最高为0.990,反映该区既受自然条件控制又受人类活动影响,但自然条件占主导;(4)岗台地农林渔区和平原高产农业区破碎度指数较高分别为0.028、0.029,反映该区每类景观面积规模不大,但呈有规律相间分布的特点.在此基础上,根据研究区景观空间格局与自然环境特征,结合生态过程和社会经济需求,提出了该地区农业景观设计的目标和不同类型农业景观的生态设计模式.     

近10年重庆市归一化植被指数变化分析

运用1 km分辨率经过Savitzky-Golay滤波技术平滑处理的SPOT/VGT数据,通过对1998~2007年的归一化植被指数(NDVI)时间序列数据、NDVI与气象因子的关系、10 a来NDVI变化率的空间分布以及NDVI与海拔高度的关系等进行分析,研究重庆市植被变化及空间分布情况。结果表明,重庆市NDVI年变化相对稳定,在空间上变化较大,东北及东南部分地区植被退化,而西部地区NDVI变化率增加,表明植被覆盖有所增多。另外引起NDVI时空变化的原因中,温度远大于降水量,海拔高度也与NDVI有较好的相关性。     

区域土地利用变化信息图谱模型研究

信息图谱为区域土地利用变化提供了一种谱系化、定量化与定位化相结合的研究方法,借助信息图谱模型探讨区域土地利用变化及其时空过程的多维性与复杂性,为土地利用变化的驱动力诊断、机理模型与预测模型的构建提供科学依据。选取吉林省长岭县为研究区,在遥感与GIS技术支持下,以土地利用时空演变模式、空间扩展过程、景观特征等为框架,建立土地利用变化信息图谱模型,对图谱方法在土地利用变化研究中的应用进行实证分析。     

哈尼梯田土地利用空间格局及其变化的信息图谱研究

以云南省元阳县为例,建立土地利用空间格局及变化信息图谱,对其图谱特征进行分析。结果表明:土地利用时空演变征兆图谱更直观形象的揭示区域土地利用变化的基本模式,提供时空复合的表达方式;土地利用斑块形态与空间扩展图谱的建立应用空间格局研究中的相关概念和方法,将微观、宏观层次图形信息与变化过程结合;土地利用变化景观特征图谱建立以度量空间格局变化为目标的景观指数体系。     

基于3S技术的中国东北地区林地时空动态特征及驱动力分析

利用3S技术和中国资源环境数据库中用LandSat TM(ETM)解译获取的东北地区1985,1995,2000年林地空间分布数据,建立林地时空演变模型,定量分析东北地区林地变化时空特征。结果表明:1985~2000年东北地区林地发生较大幅度变化,时空差异明显;1995~2000林地急剧减少趋势得到有效遏止,有林地面积出现一定程度增长,但林地变化的广度和强度仍然超过1985~1995年,突出表现在大兴安岭地区林地动态度增加。从空间格局上看,大小兴安岭、长白山山麓地带林地动态变化最强烈,主要表现为林地与耕地和草地相互转换。     

关于景观格局演变研究的几个问题

针对特定的生态过程,将景观格局与生态过程相结合的格局分析是未来景观格局研究发展的方向。景观格局变化与景观过程改变互为因果,了解格局演变时空规律及其演变驱动机制是结合生态过程进行景观格局分析的前提与基础。文章归纳了景观格局演变分析方法有景观格局指数与景观空间统计特征比较法、马尔柯夫转移矩阵法和主要以细胞自动机理论为基础的景观格局动态模拟。主要分析了景观格局演变的人文驱动力系统,介绍典型相关分析与逐步回归分析两种定量判别景观格局演变驱动力的方法,简要总结景观格局演变的驱动机制。最后提出今后研究所要突破的方面。     

Progress and prospect of research on forest landscape model

The Forest Landscape Model (FLM) is an efficiency tool of quantified expression of forest ecosystem''s structure and function. This paper, on the basis of identifying FLM, according to the stage of development, summarizes the development characteristics of the model, which includes the theoretical foundation of mathematical model, FLM of stand-scale, primary development of spatial landscape model, rapid development of ecosystem process model as the priority, and developing period of structure and process driven by multi-factor. According to the characteristics of different FLMs, this paper classifies the existing FLM in terms of mechanism, property and application, and elaborates the identifications, advantages and disadvantages of different types of models. It summarizes and evaluates the main application fields of existing models from two aspects which are the changes of spatial pattern and ecological process. Eventually, this paper presents FLM''s challenges and directions of development in the future, including: (1) more prominent service on the practical strategy of forest management''s objectives; (2) construction of multi-modules and multi-plugin to satisfy landscape research demand in various conditions; (3) adoption of high resolution''s spatial-temporal data; (4) structural construction of multi-version module; (5) improving the spatial suitability of model application.     

郑州市2001~2007年城市扩张过程中城市用地景观特征分析

城市用地景观对理解城市扩张过程中土地利用的内部特征及其动态变化具有重要意义。利用2001年Landsat7和2007年Spot4影像,采用人工神经网络方法,提取郑州市土地覆被变化信息;并利用景观指数中的平均斑块面积指数、景观形状指数、平均分维指数和平均连接度指数对土地利用景观沿主要方向进行梯度分析。揭示了城市扩张与土地利用的景观变化是一个过程的两个方面;主要经济发展区已成为城市空间扩张的推动力,在提高平均地块面积和地块连通性方面起到一定积极作用,在距市中心10 km范围内紧凑度提高,整体上松散式和紧凑式扩张并存。     

挠力河流域湿地景观演变的累积效应

基于累积效应方法和原理,利用遥感和GIS技术,分析了挠力河流域湿地景观时空演变过程及其产生的累积效应。结果显示,该流域湿地景观变化是人类土地开发活动不断叠加、影响强度和空间范围不断扩大的结果。产生的直接累积效应包括湿地景观面积丧失、景观结构破碎化、水文情势变化和生态系统退化;间接的累积效应主要包括生物多样性下降和区域气候趋暖变干。目前,挠力河流域湿地景观变化已经超过了阈值条件,累积效应达到了极为显著的程度。其中,湿地景观多样性趋于丧失,植物物种多样性发生显著变化,某些珍稀水禽种群数量显著下降,有些保护物种已经消失,流域湿地生态正面临极为严重的形势。     

黄河源区达日至玛曲段近50年径流量变化趋势分析

本文提出了用于长时间序列变化趋势预测分析的局部主周期分析方法,并依据黄河源区达日至玛曲段1956~2000年长时间序列径流量实测资料,对天然径流量多时间尺度变化特征及未来变化趋势作了实例分析预测。结果表明:①径流量序列具有多时间尺度变化特征,并且存在3.2a、7.5a、19.5a和36.5a左右的主周期。②径流量变化趋势为:在1956~1969年偏多、1969~1975年偏少、1975~1986年偏多、1986~2004年偏少、2004~2017年偏多、2017~2020年为平水期。1986年以来出现的枯水期,在2004年左右以后将得到改变。③径流量年际变化主要是受气候变化影响所致,人类活动作用不显著。④主周期具有时效性,只有在一定时段内才有意义。     

湿地景观变化对水禽生境影响研究进展

湿地是自然界重要的生态系统和景观类型,具有巨大的资源潜力和环境功能,是水禽赖以生存的重要繁殖地和越冬地。几十年来,由于人类活动影响造成的湿地景观巨大变化,不仅改变了湿地景观原有的功能,而且在景观或区域水平对水禽的生存环境产生重要影响。湿地景观变化主要在湿地大面积丧失、湿地景观异质性变化和湿地景观破碎化等方面对水禽需求的生境类型和生境要素产生重要影响。我们从湿地景观变化的特征出发,概述了国内外湿地景观变化对水禽生境的影响。发现该方面的研究在研究思路方面发生了方向性的变化。随着对水禽保护的重视,研究和保护战略从过去的研究和保护物种途径转到保护物种所生存的生态系统和景观——即水禽生境的研究和保护受到高度重视;另一方面的变化是研究方法的进步。主要表现为结合野外调查,利用遥感和GIS技术研究水禽生境时空变化及其对水禽种类和种群数量的影响。最后应用累积效应的原理和方法,对深入研究的科学问题进行了展望,提出一些需要深入探讨的问题。     

景观敏感度的理论及其应用意义

1. 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春130012; 2. 中国科学院研究生院, 北京100039