黄河下游沿岸湿地景观格局变化研究

在遥感和GIS技术的支持下,结合研究区湿地的区域特点确定沿黄湿地景观分类系统。构建了湿地景观格局变化表征模型,综合利用景观多样性指数、景观破碎化指数、景观要素斑块分布质心空间变化等景观格局指标和斑块数量,斑块面积、斑块平均面积、斑块数量等景观类型指标,比较系统地分析了近七年研究区湿地景观格局的动态变化。结果表明:①研究区湿地的分布面积呈显著下降趋势;②随着人类干扰强度的增加,景观多样性上升;③湿地景观要素中,稻田湿地、滩涂面积在减少,而水库坑塘、黄河面积都在不断增加。     

黄河三角洲人类干扰活动强度变化及其景观格局响应

本研究以湿地变化较为剧烈的黄河三角洲为研究对象,基于RS技术和GIS空间分析方法,利用人为干扰度模型,结合区域人工沟渠建设情况,从区域和局地两个尺度直观揭示人类干扰强度时空分异特征,并探究区域景观格局对人类干扰活动的响应,以期为黄河三角洲滨海湿地生态保护与人类活动调控提供决策支持。结果表明：① 1995-2015年现代黄河三角洲区域人为干扰度和人工沟渠密度均明显增加,空间分布呈现从西南部向东部、北部,自内陆向沿海的扩展趋势;② 随着人类活动强度增强,研究区自然湿地面积减少,区域景观多样性和空间异质性增加,景观整体连通性减弱,景观复杂性降低;③ 景观格局对人类干扰强度变化的响应关系呈现出地区和时间差异;人类干扰活动强度相对较低的保护区受人工沟渠建设的影响,也呈现出斑块团聚程度降低、景观多样性增加和景观复杂性降低的变化趋势;④ 人为干扰度指数和人工沟渠密度指标互为补充,互相印证,可以较为全面、客观地反映黄河三角洲地区人类干扰活动强度。     

1992-2010年基于DMSP-OLS图像的环渤海城市群空间格局变化分析

从DMSP-OLS数据提取城市区域的经验阈值法存在固有的缺陷,经验阈值对不同的空间区域不具备通用性,不适用的经验阈值,将导致城区面积提取具有较大误差,可采用统计数据对经验阈值进行修正以降低误差。本文在大时空尺度条件下以少量样本城市的统计数据对经验阈值方法进行了修正;另采用Elvidge二次多项式模型对DMSP-OLS时间序列数据进行了校正。在此基础上选取总斑块数量、景观总面积、平均斑块大小、最大斑块面积比、斑块密度、景观形状指数、总边界长度、平均边界密度和斑块平均回旋半径共9个景观生态学指标,采用FRAGSTATS 3.3软件计算分析了1992-2010年环渤海区域城市发展的空间格局变化特征。结果表明:1992-2010年间,环渤海区域城市化进程持续较快发展,城市建成区总面积增加了2.14倍,平均城市建成区面积增加了76%,提取到的城市斑块平均回旋半径增加了约26.5%,并且城市景观斑块的复杂度明显上升,可检测到的城镇总个数增加了82%。但是,每100km2内孤立的城市景观斑块数却降低了约76%;大城市持续扩张的相对速度慢于中小城市,城市区域边界密度和整体城市分布景观格局破碎度逐渐降低,核心城市与周围卫星城市的景观斑块的联通性逐步增加。     

基于景观格局的汶上县城市空间布局评价

在县域城市快速发展的背景下,以汶上县为研究对象,利用景观生态学的分析方法,选取斑块数、平均斑块面积、最大斑块指数、景观形状指数、平均斑块分维数、平均形状指数、平均邻近指数等指标,对城区不同土地利用类型的现状景观格局进行评价,分析整体及局部布局特征并指出存在的布局问题,对城市未来的发展提升提出建议。     

秦淮河流域近30年不透水面景观格局时空演变研究

不透水面作为表征城市化的重要指标,具有极其重要的生态学意义。本文选取多时相Landsat影像,以秦淮河流域为研究区,通过旋转森林算法得到9年土地利用覆盖图,并综合不透水率动态变化分析、土地利用变化轨迹分析、景观格局指数分析探究大流域尺度在近30年间不透水面景观格局的演变过程,旨在揭示其在城市化背景下的时空演变规律。研究结果表明：近30年来,秦淮河流域城市化进程推动下的景观格局变化显著,不透水面积增长近4倍,景观优势度大幅提升;城市化格局演变在2001-2003年前后具有明显差异,前期城市扩张以南京城区与江宁区为主,后期南京城区不透水面扩张大大减缓,而溧水区与句容市扩张速度大幅提升;城市化建设后期,流域内不透水面斑块形状复杂度降低、散布与并列情况减少、斑块的连通性、聚集度逐步增加,其中连通性水平较高的地区主要集中在南京城区和江宁区。     

1979—2019年武汉市重点水体多要素协同的时空演变特征

城市发展对水体多方面要素产生了巨大影响,尤其是对水资源丰富的城市,迫切需要开展相关监测研究。研究以武汉市为例,通过梳理国内外相关研究以及武汉水体保护政策,提出融合水体面积、水质、水体景观、滨水区生态环境4个方面要素的分析技术路线以更为全面的反映城市尺度的水体时空演变特征,具体的,利用随机森林模型基于1979—2019年遥感影像获取武汉67个重点水体信息,并以此获取水体面积和水体景观的变化特征;同时,通过梳理多年水质监测数据分析水质变化特征;另外,基于遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index, RSEI）分析滨水区生态环境变化;最后,采用多尺度地理加权回归模型（Multi-scale Geographically Weighted Regression, MGWR）对重点水体面积变化的影响因素研究,希冀为政府制定差异化的水体保护政策提供科学支撑,并为其他地区水体的多要素分析提供有益借鉴。结果表明：① 武汉市水体面积呈下降趋势,水体总面积、重点水体面积分别减少10.75%及13.12%,中心城区及郊区水体变化存在显著差异;② 水体景观呈退化趋势,周长面积分维数、平均斑块面积、聚合指数及结合指数分别减少了6.43%,79.35%,1.55%及10.94%;③ 重点水体水质总体呈恶化趋势,其中江河及水库多数常年为III类及以上水体,中心城区湖泊多为V类及以下水体,郊区湖泊多为IV类及V类水体;④ 中心城区及郊区滨水区遥感生态指数（RSEI）分析表明滨水区生态环境呈恢复态势,其中中心城区滨水区平均RSEI增长了14.29%;⑤ MGWR分析表明,自然气象因素中,相对湿度的增加对江夏区湖泊恢复影响更为显著,降水对水面较小的水体恢复影响更为显著;社会经济因素中,各行政区GDP的增加有助于水体恢复,对中心城区、黄陂及新洲的水体保护影响更为显著;滨水缓冲区内不透水面占比（IS）的增加导致大多数水体面积的减少,然而,对于少数重点修复水体,IS增加是受相关保护政策影响,IS增加有助于这些水体恢复。     

湿地景观结构遥感动态变化分析

景观镶嵌结构是景观异质性的重要表现,同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。本文以北京市野鸭湖湿地自然保护区为区域背景,以RS、GIS和GPS为技术手段,监测获取了1996-2002年研究区域湿地土地利用／土地覆盖景观空间格局变化,探讨了土地利用/土地覆盖景观空间格局变化对湿地环境的影响。故此,对1998-2000年和2000-2002年湿地资源景观镶嵌结构的动态变化进行详细分析。结果表明:(1)利用遥感信息多尺度、多时相、多波段的特点,在GIS、GPS技术的支持下,能够快速及时准确地反映湿地景观类型的动态变化,为湿地资源监测、保护与利用提供科学依据。(2)借助景观生态学中的相关原理,通过景观空间格局计算模型解释不同类型湿地景观的分布、变化,剖析湿地景观演化机制,为湿地景观规划与评价服务。(3)分析认为,野鸭湖湿地景观格局发生了较大的变化,水域面积减少严重,耕地面积增长幅度不高,旅游用地和堤坝面积明显增加。(4)湖泊和沼泽草甸是控制和影响湿地景观格局的主体。野鸭湖整个湿地景观的破碎化程度降低,人类活动干扰湿地在不断减弱,湿地景观异质性在逐渐降低,斑块之间的连通性提高,生境斑块相互之间的隔离度大大减少,湿地景观趋向稳定。     

下辽河平原景观格局演变与预测分析

以下辽河平原为研究对象,选取1980年、2010年和2018年Landsat TM/ETM+OLI卫星图像进行解译,得到3期土地利用数据,定量分析下辽河平原近40年土地利用时空变化特征.结合地形、交通通达度及限制转化因子采用FLUS(Future Land Use Simulation)模型对流域未来土地利用变化情景及景观格局进行了预测.结果表明:1980-2018年水田、林地、草地、沼泽面积均减少,其中水田面积减少量最大,占比减少了8.59％,旱地、水域和城镇的面积均有所上升,旱地的增长面积最大,占比增加了6.19％;水田、林地、水域转入为旱地面积最大,旱地转出为建设用地面积最大;1980-2018年景观格局发生了较大变化,景观的破碎化程度降低,斑块之间的连通度、聚集程度升高,土地利用的集约化程度增大;2018-2040年,下辽河平原建设用地和水田的变化面积最大,城市化过程更加显著,景观的多样性及空间异质性降低,人类对环境的干扰能力变大.     

基于地理国情普查的县域景观格局分析与优化建议——以佛山市三水区为例

快速城镇化进程带来城市地表覆盖类型及其空间组合关系的剧烈变化,由此造成资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题。景观格局分析与优化方法对合理利用和优化配置土地资源至关重要,而地理国情普查为此提供基础数据支撑。本文选取景观斑块水平和景观类型水平指数,基于地理国情普查数据,对佛山市三水区地表覆盖景观类型特征和景观格局特征进行量化分析。研究结果表明:三水区水域和林地构成景观基质,山水城市特征明显;城乡人文景观优势度相对较高,城市开发对生态景观破碎化作用显著;三水区土地综合整治工作有待加强。     

珠海市城区景观空间格局特征分析

本文以遥感影像、野外调查和统计资料为数据源, 在ArcGIS 支持下, 建立以珠海市主城区为起点设置的不同方向的两个空间样带, 结合景观格局指数和空间梯度分析方法, 分析了珠海市城区景观空间格局沿梯度变化的规律。结果表明:珠海市城区15 年来城乡建设用地、道路和林地的面积均呈增加趋势, 农田、裸地, 水体、灌丛和滩涂等类型面积减小, 证明了研究时段内城市扩展在城乡交界区域明显;随着空间样带由城区中心向外围移动, 样带上建设用地的面积均下降, 农田面积逐渐上升, 表明了珠海城市化的发展具有一定的梯度性和方向性。通过空间格局梯度变化特征的分析, 能够定量化地分析珠海城市化进程的发展, 对于珠海的城市规划与管理具有重要理论意义。     

快速城市化地区交通主干道对景观格局变化的影响

交通主干道建设对两侧景观格局变化有着深远的影响,探索其影响机制对道路生态环境评价和区域可持续发展规划具有重要指导意义。本文以京沪高速公路(简称G2)为例,利用TM遥感影像,提取出1995、2000、2005和2010年长江三角洲地区土地利用/覆被图。同时,用缓冲区分析和景观生态学方法,分别计算不同时段和地域段G2缓冲带景观数量结构特征指数和景观格局指数变化率;并结合相关分析和非线性回归方法研究指数变化率与缓冲带距离的关系,据此判断G2对沿线景观格局变化的影响程度和范围。研究结果表明：(1)G2沿线地区景观格局变化程度与缓冲带距离呈现显著的负相关性,G2对景观格局变化的影响呈现明显的“轴带”规律;(2)G2对沿线景观格局变化的影响范围比自然生态脆弱区的道路建设更广,2000-2005年为6 km,2005-2010年扩大到9 km;(3)从整体来看,2005-2010年间的景观数量结构特征指数相关系数明显高于2000-2005年间,而景观格局指数相关系数则相反,“轴带”影响存在时间差异性;(4)从不同区域段来看,苏北和苏南段景观动态度相关系数均高于上海段,在城市化水平较低的地域段,“轴带”影响更加显著;(5)通过对比道路沿线地区不同时段、不同地域段的相关景观特征指数变化率,并结合缓冲带分析和数量统计方法,较好地评估了交通主干道对沿线景观格局变化的影响程度和范围。     

Spatio-temporal variation of landscape heterogeneity under influence of human activities in Xiamen City of China in recent decade

Xiamen is an economically competitive and highly urbanized city along the coastal area of Fujian Province, China. The research on spatio-temporal variation of landscape heterogeneity under the influence of human activities is of great importance to the further study on the relationship of landscape pattern and ecological process. It is also crucial to the discovery of spatial variation and intensity distribution of human activities. The research analyzed the intensity of human impacts and the spatial variation features and dynamics of landscape patterns by introducing statistical theories and approaches. We analyzed spatio-temporal variation of landscape heterogeneity using the geostatistical techniques, such as semivariogram and Kriging interpolation.Results show that there is a higher correlation between landscape heterogeneity indexes and human impact index. Both the indexes show a moderate spatial autocorrelation as well as an obvious characteristic of anisotropy. From 1998 to 2008, the spatial differentiation of the changes in the intensity of human activities and the changes in landscape heterogeneity shows that the landscape patterns in Xiamen are closely related with the urban land utilization methods, the condition of traffic and geographical location and the physical geographical condition such as the terrain and the ecological environment. The process of urbanization has a significant impact on the urban landscape pattern.     

福州市城市不透水面景观指数与城市热环境关系分析

城市化致使城市环境问题的产生,城市热环境问题就是其中之一。本文从不透水面方面研究对城市热环境的影响。根据福州市1989年和2001年LandsatTM/ETM+遥感影像数据,利用线性光谱分解法提取两时相不透水面信息,并离散化分级为中低、中、中高、高密度区4个区域,分别计算这4个区域的地表温度(LST)、归一化植被指数(NDVI),并进行相关性分析;根据阈值法和范围法分别计算不透水面的PD、AI、LPI等景观指数,结果表明:两时段内不透水面的面积有所增加,在高密度区增加明显;不透水面与地表温度的呈正相关,相关系数分别为0.66和0.71;不透水面景观指数对FISA敏感,景观指数整体的变化趋势与地表温度的变化趋势相一致,FISA值越大,温度越高,且各斑块的形状越来越复杂,空间的连续性越强;聚集度越高,人类活动也越强。     

“双评价”视角下基于FLUS模型的武汉大都市区土地利用模拟和城镇开发边界划定研究

城镇开发边界的划定对于保障资源合理利用、促进城镇有序发展具有重要意义。国内现有研究多以规划实践的技术探讨为主,但对资源环境的定量化评估不足,且较少在大都市区尺度开展研究。本文以武汉大都市区为研究案例,提出在耦合多种要素构建“双评价”体系的基础上,结合FLUS模型进行土地利用模拟和城镇开发边界的划定,并运用景观格局指数等对结果进行分析校验。结果表明:① 土地利用模拟KAPPA系数为0.95,总体精度为0.96,能较好的反映未来用地变化情况,且结果显示城镇建设用地呈蔓延式扩张,有必要通过划定边界来控制城镇开发;② 根据模拟结果划定城镇开发边界,能够避免城镇建设集中占用生态或农业价值较高的区域,并在优化形态的基础上改善武汉大都市区的城镇空间布局,有很强的适用性;③ 驱动体系评价表明,相较于单一因子库,“双评价”因子库精度更高,且更能优化景观格局,促进建设用地斑块集聚发展并填补建成区空白,更符合区域发展诉求;④ 扩张结果评价表明划定结果与武汉大都市区的未来发展模式吻合,未来空间管控应重点关注临空港片区、阳逻片区、光谷-未来城片区、纸坊片区扩张的潜在价值。本研究验证了FLUS模型在武汉大都市区内应用的有效性,为规划管控及建设用地布局优化提供一定参考。     

基于生态空间胁迫的大都市区增长情景模拟

大都市区增长是当前中国城镇化发展的一种主要模式,如何确定其最佳空间增长形态是新型城镇化关注的重要内容之一。本研究立足于未来“生态城市”建设理念,从自然资源生态敏感性和城市发展适宜性角度构建双重约束条件,利用元胞自动机模型构建了生态空间胁迫下的城市增长过程模拟框架,探讨了边缘性增长、生态性增长与协调性增长3种发展模式,并从建设适宜性、生态安全性与斑块紧凑性等角度构建评价指标对模拟方案进行定量化对比。最后,以长江中游城市群的南昌大都市区进行实例应用,结果表明,协调性空间增长模式能最大程度降低城市建设对生态安全空间的侵蚀,大都市区在制定城市增长边界等空间政策时宜参考此种发展模式,基于生态空间胁迫分析的城市增长过程建模是一种有用的规划决策情景分析工具。     

Predicting Surface Urban Heat Island in Meihekou City,China: A Combination Method of Monte Carlo and Random Forest

Given the rapid urbanization worldwide, Urban Heat Island(UHI) effect has been a severe issue limiting urban sustainability in both large and small cities. In order to study the spatial pattern of Surface urban heat island(SUHI) in China's Meihekou City, a combination method of Monte Carlo and Random Forest Regression(MC-RFR) is developed to construct the relationship between landscape pattern indices and Land Surface Temperature(LST). In this method, Monte Carlo acceptance-rejection sampling was added to the bootstrap layer of RFR to ensure the sensitivity of RFR to outliners of SUHI effect. The SHUI in 2030 was predicted by using this MC-RFR and the modeled future landscape pattern by Cellular Automata and Markov combination model(CA-Markov). Results reveal that forestland can greatly alleviate the impact of SUHI effect, while reasonable construction of urban land can also slow down the rising trend of SUHI. MC-RFR performs better for characterizing the relationship between landscape pattern and LST than single RFR or Linear Regression model. By 2030, the overall SUHI effect of Meihekou will be greatly enhanced, and the center of urban development will gradually shift to the central and western regions of the city. We suggest that urban designer and managers should concentrate vegetation and disperse built-up land to weaken the SUHI in the construction of new urban areas for its sustainability.     

基于空间突变特征的城市边缘区提取方法

城市边缘区位于城市与乡村之间的过渡交接地带,既是城市扩张的前沿,也是城乡建设和用地置换中最具活力的地区。准确识别城市边缘区的空间范围一直是城市空间结构研究的核心问题,有助于从城乡对比的角度来衡量城市化程度。本文以城市边缘区的空间突变特征为切入点,基于格网尺度评价构建基于多源数据的城市边缘区特征识别指标,然后采用小波变换检测进行特征值突变点群的识别,并利用基于Delaunay的自动边长阈值的边界提取算法识别突变点群内外边界,从而实现了一种基于空间突变特征的城市边缘区提取方法。最后,以江阴市作为研究区进行了实证分析,并将本文方法提取结果与通过信息熵模型和土地利用程度综合指数模型提取城市边缘区的经典方法提取结果进行对比,经典方法所提取的城市边缘区结果更为混乱分散,而本文结果更为完整客观。将本文方法提取结果与使用土地利用数据与行政区划统计年鉴数据构建城市边缘区识别指标进行突变检测的不同指标方法提取结果进行对比,二者重叠度达88.03%,体现了本文方法的正确性,而从局部细节分析来看,本文结果更符合实际情况。为了更好地验证本文方法的有效性,利用景观格局指数对本文方法和不同指标方法提取的城市建成区、城市边缘区和乡村腹地的范围进行检验：从斑块类型层级指数分析, 2种方法划定的区域都具有典型的空间特征;而从景观层级指数分析,本文识别出的边缘区所计算的斑块密度、最大斑块指数、景观分离度、景观破碎化指数和香农多样性指数均高于对比方法,而蔓延度和香农均匀度均低于对比方法,说明本文识别的城市边缘区范围内景观破碎化程度和异质性更高,景观分布不均匀,社会经济条件更复杂,从而证明了本方法的有效性,尤其适合于非闭合环状的城市边缘区的提取。